ZVex Super Hard Onの回路の詳細説明、、、を試みてみる

この記事は5年前の記事です。当時の情報、理解に基づいておりますのでご留意ください

またまたこのネタですいません。。。

わからないことが多いと、ぐわっと興味が湧いてくるんですよね。。。あまりにわからなすぎると飽きますけど。

電子回路もあやうく飽きそうでしたが、ギリギリのところで踏みとどまっていますw



さて、ネットを探すとすぐに見つかるSuper Hard Onの回路図。無断拝借すいません。
いろんなバージョンがあるようですが、とりあえずこれで作ってみて音が出たのでこれで。



まずギター信号から。

まずギターの信号がINから入ってきます。

104というのはコンデンサですね。
ギター信号は交流なのでコンデンサを抜ける(と便宜上書いてみる)。

下の方のダイオードは向き的に信号は通らない。なのでXを描いてあります。

上の方のダイオードは通らない・・・ですよね?
向き的には通るはずですが、

1. ダイオードを通り抜けるほどの電圧があるか?
2, ダイオードの先に9Vの電源が接続されているので、ダイオードの先のほうが電圧高いに決まってるので、どっちみち通らない。


という理解で正しいでしょうか?

多分正しいでしょう。間違ってたら誰か教えてください・・・という目論見の元に書いている記事ですw

次。


ギターインプットは、BS170というMOSFETのゲートに届きます。
同時に、その手前で2つに分岐する。

下の方は1Mの抵抗を通ってグラウンドへ。
上の方は1Mの抵抗を通って、、、BS170のドレインに接続されている。

ギター信号によってBS170のゲートは開くので、そうすると後述しますが、9Vの電源の電流とともにBS170のソースに流れていきます。

その時に、ギター信号の原音も一緒にドレイン→ソースに流れることになりますね。


問1・・・ギター信号がFETのドレインに接続されているのは一体どういう意味なんでしょうか。



まあいいや。とりあえず次。


BS170のドレインに入る前に、OUTPUTに向かう左の道があります。
そこにもギター信号は行くはずです。途中で100K抵抗を通ってGNDにも逃げていきます。


まあ信号が行くと言っても、のちに説明するBS170の増幅の影響や、ゲインのつまみ(可変抵抗)の影響を受けるはずなので、原音そのままが出て行くというのとはちょっと違うのかなあ・・?

この辺よくわからない。

原音信号が流れてるといえば流れている。もちろん増幅されたのと電源からの電流と合成されるわけですが、ピュアな原音成分といえなくもないような。

こうしたほうが色付けの少ない音色になるんですかね。よくわからないけどイメージ的にはそんな感じですよね^^



一回ギター信号から離れて、電源のほうの流れを見る。



一番上の電源からまず真下に流れる。
これはダイオードの向きが逆なのでそれ以上下にはいかない。なのでバツ。

電源から右にいって5.1Kを通ってその後は分岐が複雑です。

まず真下のBS170のドレインに向かう電流があります。

と、その前に5.1Kの抵抗の意味を考える。
これは、、、この抵抗があることによって電流が小さくなっていますね。
9Vで5.1Kなので、1.764mAに絞られる。

これがないとどうなるんだろ。。。BS170のDに流れる電流は?
その先に抵抗があるのでR=0で電流が無限に流れる、、、ということはないと思います。

たぶんおそらくですが、BS170の作動領域の調整のために電流を調整しているのではないか。。。のちに書くバイアス電圧との関係でBS170に流れる電流を調整していると予想する。


問2:この5.1Kの抵抗の意味はなんでしょうか?



さて、一旦この問題をおいておいて、電流の流れを追う。

さて、ドレインに到達した電流ですが、上の図では通過しているように矢印を書いてますが、ゲートに電圧が掛かっている前提で通ります。ギター信号がなければ通らない。


それから右のOUTの方への流れ。

これはコンデンサがあるので直流は通れない。したがってバツ。


OUTと逆の左の流れ。
1Mの抵抗を通って、そのまま下の1Mの抵抗を通ってGND(グラウンド)。これもわかる。

その手前でBS170のゲートに向かう右の流れと、ギターのIN方向に流れて行くはず。

ただ、INの手前にコンデンサ104があるのでここでせき止められる。

104手前の下のほうの流れはダイオードの向きが逆なので通れない。

104て前の上の流れは・・・?


ダイオード的には通す向きです。




ここだけ整理すると上の図のようになるのかな。

ダイオードの上は、電源直結なので電圧は9V。
一方下からの流れのこのポイントの電圧は4.5Vのはず。



なぜ4.5Vかというと、1Mの抵抗2本で分圧されるから。


さっきの図に戻るとこういうわけなので、ダイオードの上のほうが電圧高いのでいずれにせよ電流は流れない。



問3:これ合ってますかね??






さて、ギターインプット側は0Vを中心に揺れている交流。

一方で104コンデンサの右側は電源からの電圧で4.5Vにチャージされています。
チャージっていい方悪いかな。。。ともかく4.5Vのはず。


ですので、104を通り抜けたギター信号は、0V中心の波形から4.5V中心の交流信号に変換される。

こういうのをバイアスとか言うらしいです。

この辺は、ネットで「バイアス」とか「カップリングコンデンサ」とかで検索するといっぱい出てくるので、そっちの解説を見たほうが良いかと思います。

ともあれ、4.5Vの振幅にすることで電源電圧9Vをフルに使った交流信号(=音の波形)が作れることになります。0V~9Vの間で揺れている波形ということになります。


それがBS170のゲートに行く、、、と。


なんでそんなことするかというのは、FETが正しく作動するため、、、ということでこの辺も上のバイアスとかカップリングコンデンサとか、FETの作動領域とかその辺のワードでググると出て来ます。

BS170のゲートに4.5V中心の交流が流れ込むことでドレインからソースに電流が流れます。

上で言うと、BからAに流れます。。
なぜBを上に書いたのか、、、逆にすればよかった^^;
あと、もちろん、BからOUTへも流れる。

この時、4.5V中心の交流は、ゲートは通り抜けません。
ゲートの入力抵抗は極めて高いため、電流は通り抜けられない。
ゲートは、ただ電圧(4.5V中心の)を感知してゲートを開くだけ。

それで上のBの電流がせき止められていたのがAに流れるということですね。

この時OUTに向かう信号はどうなるかというと、AとBの分圧によって大きさが変わります。

これは、上のバイアスのところで書いたのと同じで、2つの抵抗の比率でOUTに向かう電圧は変化します。

Aセクションにはつまみがあります。可変抵抗というらしいですが、ようはつまみを回すと抵抗の値が変わります。

これによってAとBの抵抗の比率が変わる=OUTに向かう電流・電圧量が変わる。
ここでBS170による増幅効果があるのですが、その理屈は、前の記事で書きました。




そういうわけで、ゲインつまみで量が調整された(分圧された)信号がOUTに向かう。

この段階では、4.5V中心の交流。
10uというのはコンデンサです。

なので、直流は通れない。

もともとバイアスのところで4.5Vにブーストされていたのは直流があったからで、この10uのコンデンサを直流は通れない。

というわけで、コンデンサを通過した後は、ギターインプットと同様に0Vを中心とした交流に戻っています。

デカップリングコンデンサというそうです。


そういうわけで、エフェクター回路を通り抜けた信号は元の0V中心に戻ってるので、次のペダル、あるいはアンプも安心、、、と。


OUTの手前に抵抗があります。
ここで多少引っ張られますね。

これは、、、出力のインピーダンスを調整するものらしい。これの計算方法がまだよくわかりませんが、とりあえずはいいや。。。




さて、コンデンサと抵抗の組み合わせはフィルターを作ってしまいます。

これは、、、ハイパスフィルター回路になってます。

なので、コンデンサと抵抗の定数が適切じゃないと、低音がばっさりカットされてしまう。

なのでコンデンサと抵抗の定数は、ギターの音色に関係ない領域でカットされるように調整する必要がある。

20hz以下は人間は聞こえないというのがあるので、それよりも十分低い周波数でカットされるように調整するわけですね。

ただ、先ほどのバイアスやら、流れる電流量やら諸々考えて、パズルのように正しい値にしていかないといけないわけです。

特にOUTは、次の機器に信号を流す出力インピーダンスを決定する(はず)なので、十分に低インピーダンスにする必要があります。



なので自分でエフェクター回路を設計するとなると、この辺が計算できないといけないわけか。。。






最後。

まず下のほうの丸から。


GNDから回路本体にダイオードがあります。


問4:これ、、、なくても良いのでは?




これがなんのためにあるのかわかりません。。。なくても動く気がするんだけど。。。

GNDラインなので、0Vにつながっていることを考えると、このダイオードを通って回路の中心に電流がいくケースがない気がするのですが。。。このダイオードを通るとすると、回路中心が0V以下の電圧にならないと通らないと思うのですが、そんなケースあるのかなあ。。。よくわからない。


同様に上のダイオードもいらない気がしてならない。

どうせ信号は流れないですよね?流したくないならそもそも結線しなければいいだけの気が。





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とにかく一番わからんのは最後のダイオード。
これ、いらない気がするんですけど。。。


それ以外は、一応、一定の納得感を得ました。
記事中の4つの疑問が解ければまあ、この回路に関しては理解できた気がします。



さて、どこがどれくらい理解が違うのだろうか。
優しい電気な人に、間違いや誤解があればぜひご教授いただきたく!!!!!



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