Aion FX „Anomaly“ und der Blues­berry-Mod

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• Die Schaltung •
• Der Bausatz •
• Der Blues­berry-Mod •
• Der „Überlauf“-Transistor Q₁ •
• Build Notes •
• Eigene Anpassungen •
• „Heim­werkern wie die Profis“

Die Schaltung

Der Ver­zerrer „Crowther Hot­cake“ gehört zu den Vintage-Effekten abseits des üblichen Nach­bastler-Main­streams.  Er wird seit Ende der sieb­ziger Jahre gebaut von einem kleinen neu­see­ländischen Unter­nehmen gebaut und verkauft; natürlich wurde die Schaltung über die Jahre verändert und um Mo­di­fi­kations­mög­lich­keiten erweitert. 

In der Schaltung wird versucht, die End­stufen­ver­zerrung eines VOX AC30 (keine Gegen­kopplung, Betonung der Höhen in der Ver­zerrung) zu emulieren, in dem ein Operations­verstärker mit einem Tief­pass gegen­ge­koppelt und das Ausgangs­signal des Ver­zerrers hinter diesem Tief­pass ab­ge­griffen wird.  Genaueres zur Theorie findet der Leser u. a. im Artikel zum Bausatz von uk.electronic. 

Der Bausatz

Beim Kit / Bausatz „Anomaly“ des Anbieters „Aion FX Guitar Effects“ (im Folgenden kurz „Anomaly“ und „Aion FX“) soll es sich um einen Nachbau eines neu­eren Crowther Hotcakes handeln.  Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die Schaltung des Effekt­gerätes – die Schalt­pläne sind der Dokumentation des Bau­satzes folgend nach­ge­zeichnet. 

Im ersten Teil des Schalt­plans, der den eigent­lichen Audio­pfad beinhaltet, sind die von „Aion FX“ vorgeschlagenen Mo­di­fi­ka­tions­möglichkeiten farb­lich hervorgehoben (genauere zu den Mo­di­fi­ka­tions­mög­lich­keiten hier und hier): 

Das ähnelt, mit Ausnahme von Q₁ (Teil des sogenannten „Blues­berry-Mods“) und C₉ (Teil des sogenannten „XLF-Mods“) schon dem „originalen“ Hotcake, wie er auch auf dieser Seite im Kapitel Crowther Audio Hot Cake beschreiben wird. 

Der zweite Teil des Schaltplans beinhaltet die Spannungs­versorgung – dieser Teil der Schaltung sowie die hier nicht dargestellt An­steuerung der Effekt-LED befinden sich bei „Aion FX“ auf der Fuß­schalter­platine – vermutlich, um die Ver­kabelung mehrerer Bau­sätze zu standar­di­sieren: 

Im Unter­schied zu anderen Anbietern war „Aion FX“ schlau genug, die Status-LED samt Vor­widerstand vor dem Sieb­glied (bestehend aus R₁₂, C₁₁ und C₁₂) an­zu­schließen – die LED braucht keine Siebung und keinen Ver­pol­schutz und der Ein­schalt­strom­stoß einer LED hinter der Siebung könnte die Betriebs­spannungs­versorgung des Gerätes be­einflussen und als Ploppen im Audio­signal auftauchen. 

Der Blues­berry-Mod

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• Prinzip des Mods •
• Testschaltung erster Anlauf •
• Statische Messungen

Prinzip des Mods

Hier noch einmal kurz zur Funktion des Blues­berry-Mods – anhand der gemein­samen Darstellung des Daten­blattes des TL071 mit dem Transistor Q₁ in der folgenden Abbildung 3: 

Der Mod besteht im Wesent­lichen aus dem pnp-Tran­sis­tor Q₁ und dessen Ansteuerung.  Q₁ bildet dabei eine Art „oberen Spannungs­über­lauf“ – steuert er durch (weil die Spannung am Ausgang des OPV U_A,OPV bzw. am Emitter U_E,Q1 einige hundert Milli­volt größer ist als die Spannung an der Basis U_B,Q1 bzw., im Schaltplan, V_C), so fließt ein Strom durch Q₁ in den zweiten Eingang zur Offset-Korrektur des OPV (im Datenblatt OS2 genannt), der darauf­hin die Ausgangs­spannung des OPV so verschiebt, dass immer nur ein kleiner Strom durch Q₁ fließt, wobei die Höhe der not­wendigen Offset-Korrektur mit der Höhe des Eingangs­signals steigt. 

Mit anderen Worten, der OPV fährt in der oberen Halb­welle nicht mehr „gegen die Decke“ (was unter Umständen mit scharf­kantigen Ver­zer­rungen und / oder Über­schwingen verbunden ist), sondern begrenzt etwas definierter (und möglicherweise etwas weicher) an der Strom-Spannungs-Kenn­linie des Basis-Emitter-Über­gangs von Q₁. 

Dazu muss natürlich eine geeignete Basis­spannung (U_B,Q1 bzw., im Schaltplan, V_C) für Q₁ bereit­ge­stellt werden.  Es wird also zum einen die Betriebs­spannung des OPV um einen Wert von vermutlich etwa 1,5 V herunter­gesetzt zur Basis­spannung von Q₁.  Gleich­zeitig wird auch die Bias-Spannung des Operations­verstärkers geändert von etwa 4,6 V auf etwa 4,2 V bis 4,4 V, indem dem oberen Wider­stand R₉ des Bias­spannungs­teilers ein Wider­stand R₁₁ parallel­geschaltet wird. 

An der Frage der Auswahl einer geeigneten Z-Diode gab es nun bezüglich des Bausatzes von „Aion FX“ „Dis­kus­sions­bedarf“ – dem Autor schien es, dass die Spannung über der im Bausatz enthaltenen Z-Diode 2,7 V / 1,3 W bei einem Dioden­strom von 40 µA bis 50 µA (Strom durch R₉, R₁₀ und R₁₁ – siehe Abbildung 2) zu klein sein könnte. 

Das ist nach­voll­ziehbar, wenn man be­rück­sichtigt, dass eine Z-Diode mit einer Be­last­bar­keit von 1,3 W für wesent­lich höhere Ströme optimiert ist (in der Größen­ordnung ab 100 mA, sonst würde ja auch Z-Diode mit einer Be­last­bar­keit von 500 mW reichen) – der Autor hatte mehrere Z-Dioden mit unter­schied­licher Be­last­bar­keit (0,5 W und 1,3 W) durch­ge­messen. 

Deswegen hier auch Butter bei die Fische – das Dia­gramm in folgender Abbildung 4 mit den Kenn­linien von Z-Dioden 2,7 V / 0,5 W Be­last­bar­keit und 2,7 V / 1,3 W Be­last­bar­keit bestätigt den Verdacht der zu geringen Dioden­spannung: 

Vielleicht ist es sinnvoll, hier einmal „Aion FX“ selbst zu Wort kommen zu lassen – sie (bzw. der von ihnen um Rat gefragte Foren­teil­nehmer „Rob Strand“) beschreiben den Blues­berry-Mod ähnlich, scheinen aber davon auszugehen, dass über einer Z-Diode 2,7 V unabhängig vom Dioden­strom immer eine Spannung von 2,7 V abfällt: 

Ausschnitt aus der Ankündigung des Bausatzes auf der Seite von Aion FX (Zum Öffnen klicken): 

Übersetzung durch den Autor: 

… aber dies ist das erste Mal, dass ich die Offset­kompensations-Funktion (Pin 5) eines Operations­verstärkers in einem Pedal­design verwendet gesehen habe. 

Ich weiß, wann ich über­fordert bin, also habe ich mich an (das Forum) DIYStompboxes gewandt, um zu sehen, ob dort jemand helfen kann.  Hier ist eine Erklärung von Rob Strand:

„Die Wirkung (des Blues­berry-Mods) setzt ein, wenn die Ausgangs­spannung (des Operations­verstärkers) im Falle der positiven Halb­welle die Spannung am Emitter des PNP-Transistors übersteigt. Wenn die Ausgangs­spannung des Operations­verstärkers 0,6 V über der an der Basis eingestellten Spannung liegt, fließt ein Kollektor­strom in Pin 5. 

Das bewirkt, dass der Operations­verstärker in die Be­grenzung geht, ohne dass die Aus­gangs­stufe des Operations­verstärkers in die „positive“ Sättigung unter der positiven Versorgungs­spannung geht („saturating against the positive supply rail“).  Das führt wahr­schein­lich zu einer viel saubereren Begrenzung. 

Der Zweck der Z-Diode besteht darin, eine Referenz­spannung bereit­zu­stellen, die 2,7 V unter der (positiven) Betriebs­spannung liegt.  Wenn die Basis von Q₁ mit der Betriebs­spannung ver­bunden ist, ist Q₁ deaktiviert und der Operations­verstärker geht (bei Übersteuerung) in seine „natür­liche“ Über­steuerung.  Wenn die Basis von Q₁ mit der Z-Diode verbunden ist, begrenzt der Operations­verstärker sauber an einer Spannung von 0,6 V über der Spannung an der Z-Diode; so, wie ich es zuvor be­schrieben habe – bei einer Spannung von  2,7 V − 0,6 V = 2,1 V unterhalb der Betriebs­spannung.  Die Spannung über der Z-Diode ist wahr­schein­lich absicht­lich gewählt, damit die Schaltung um Q₁ die Begrenzung unabhängig von der Begrenzung durch den Schalt­kreis steuern kann. 

Zusammen­gefasst:  Wenn der Blues­berry-Modus aktiviert ist, wird der Offset­kompensations-Eingang verwendet, um zu be­wirken, dass der Operations­verstärker das Signal begrenzt, ohne seine Ausgangs­spannungs­grenzen (without hitting the power rails) zu erreichen (was die Quelle der Härte im Nicht-Blues­berry-Modus ist).  Wenn der Blues­berry-Modus deaktiviert ist, ist Q₁ effektiv vom Rest der Schaltung getrennt und der Offset­kompensations-Eingang wird nicht verwendet. 

… “

Bezüglich der Frage der richtigen Z-Diode (z. B. 2,7 V / 0,5 W vs. 2,7 V / 1,3 W) ist von dieser Seite also leider keine Entscheidungs­hilfe zu erwarten. 

Testschaltung erster Anlauf

Der nächste Anlaufpunkt für den Autor war das Musik­ding-Forum (Forum des Bausatz-Verkäufers in Deutsch­land).  Nachdem der Autor dort die These, dass es im Bausatz des Crowther Hotcake mit einer Z-Diode 2,7 V / 1,3 W für Z₂ um eine Fehl­besetzung handelt, in den Raum gestellt hatte, stand er natürlich ein wenig unter Zugzwang und „musste liefern“. 

Begonnen wurde mit der Aufnahme von Über­steuerungs­signalen und -kenn­linien.  Dabei fand die schon halb auf­gebaute Haupt­platine des Bau­satzes mit einer Zusatz­schaltung auf dem Bread­board Ver­wendung (siehe folgende Abbildung 5): 

• Der Ausgangs­signal­pegel des Sinus­generators konnte wahlweise um 10 dB angehoben werden (Ausgangs­signal­pegel am Vorschalt­gerät 280 mV_eff bzw. 920 mV_eff – Eingangs­signal­pegel am Effekt­gerät 28 mV_eff bzw. 92 mV_eff). 

• Die Z-Diode Z₂ 2,7 V / 1,3 W wurde fall­weise durch eine kleine grüne LED ersetzt. Die Betriebs­spannung am Chip V_A sowie V_C wurden gemessen. 

• Das Ausgangssignal wurde an einer Steckbuchse für C₅, d. h. am Ausgang des Chips abgegriffen. 

• Einstellungen am Gerät / der Platine:  Gain auf 100 %, Tone auf links, Volume auf 100 % (ist ohnehin egal, da Abgriff des Ausgangs­signals u_A direkt hinter dem OPV erfolgt). 

• Da die interne Ver­stärkung im Hotcake bei voll auf­ge­drehtem Gain­regler sehr groß ist, der Ver­zerrer also schon bei kleinen Eingangs­signalen in die zu unter­suchende Be­grenzung geht, wurde das Signal zwischen dem Signal­generator und dem Ein­gang des Gerätes um 20 dB ge­dämpft (Spannungs­teiler 100 kΩ || 1 MΩ auf 10 kΩ vor dem Eingang der Haupt­platine) – ansonsten wäre es schwierig gewesen, den eingangs­seitigen Signal­pegel genau genug zu messen. 

Im Ergebnis zunächst die gemessenen Spannungen in einer Tabelle: 

Tabelle 1:  Messungen des Arbeitspunktes im Standard- und im Blues­berry-Modus in Schaltung entspr. Abbildung 5: Signal­frequenz 600 Hz; 

Modus	uE,eff [mV]	UB [V]	UB,OPV [V]	UB,Q1 [V]	uA,pp [V]
BB-Mod; LED gelb	28	9,3	8,5	6,7	5,6
	95	9,3	8,5	6,7	5,7
BB-Mod; 2,7 V / 1,3 W	28	9,3	8,5	7,6	6
	95	9,3	8,5	7,6	6,1
Standard- modus	28	9,3	8,5	—	6
	95	9,3	8,5	—	6,1

Darüber hinaus wurden Oszillo­gramme, Lissajous-Figuren und Spektren in den Betriebs­arten Blues­berry-Modus mit gelber LED, Blues­berry-Modus mit Z-Diode 2,7 V / 1,3 W und Standard-Modus bei geringer Ver­zerrung (u_E,signal = 0,028 V_eff) und mittlerer Ver­zerrung (u_E,signal = 0,092 V_eff) auf­genommen.  Begonnen wird mit den Einstellungen für geringe Verzerrungen – siehe die folgende Bilder­tabelle 2: 

Bilder­tabelle 2:  Oszillogramme, Lissajous­figuren und Ausgangs­spektren der Messungen am Aion Anomaly Distortion – geringe Übersteuerung

Oszillo­gramme

Lissajous­figuren

Frequenz­spektren

Blues­berry-Modus mit grüner LED; U_Z2 ≈ 1,7 V; u_E ≈ 28 mV_eff

u_E (gn):  25 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  25 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Blues­berry-Modus mit Z-Diode 2,7 V / 1,3 W; U_Z2 ≈ 0,9 V; u_E ≈ 28 mV_eff

u_E (gn):  25 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  25 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Standard-Modus; u_E ≈ 28 mV_eff

u_E (gn):  25 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  25 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Dazu jetzt in Bilder­tabelle 3 die Messungen bei größerem Eingangs­signal­pegel und mittleren Ver­zerrungen: 

Bilder­tabelle 3:  Oszillogramme, Lissajous­figuren und Ausgangs­spektren der Messungen am Aion Anomaly Distortion – mittlere Übersteuerung

Oszillo­gramme

Lissajous­figuren

Frequenz­spektren

Blues­berry-Modus mit gelber LED; U_Z2 ≈ 1,7 V; u_E ≈ 92 mV_eff

u_E (gn):  50 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  50 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Blues­berry-Modus mit Z-Diode 2,7 V / 1,3 W; U_Z2 ≈ 0,9 V; u_E ≈ 92 mV_eff

u_E (gn):  50 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  50 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Standard-Modus; u_E ≈ 92 mV_eff

u_E (gn):  50 mV/Div,
u_A (rt):  1 V / Div

u_E (H):  50 mV / Div,
u_A (V):  0,5 V / Div

Spektrum 20 Hz – 20 kHz

Im Blues­berry-Modus mit der gelben LED ist die fallende Flanke etwas weicher geschwungen (bei geringen wie auch bei mitt­leren Ver­zerrun­gen).  Gleich­falls in beiden Aus­steuerungen ist der An­teil der gerad­zahligen Har­monischen im Spek­trum des ver­zerrten Sig­nals im Blues­berry-Modus mit der gel­ben LED am größten und im Standard-Modus am geringsten.  Das kann aber auch in der unter­schied­lichen Symmetrie der Begrenzungen des Ausgangs­signals begründet sein. 

Insgesamt sind diese Ergebnisse zu vage, als dass sich damit ein zwin­gen­der Fehler be­gründen ließe – deswegen wurde die Unter­suchung mit statischen Messungen (ins­beson­dere Kenn­linien­messungen von Z₂ und Q₁ wie auch der gesamten Schaltung) fort­ge­setzt: 

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Statische Messungen

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• Z-Diode Z₂ •
• Die Aussteuerungsgrenzen der OPV •
• Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke von Q₂ •
• Messung des Offset-Stroms in Pin 5 •
• Zweite Messung des Offset-Stroms •
• Rechnerische Überprüfung des Bias-Spannungs­teilers

Z-Diode Z₂

Nach der Be­trach­tung des dynamischen Ver­haltens des Hotcakes mit oder ohne den Bluesberry Mod mit ver­schiedenen Dioden soll es nun um die statischen Ver­hält­nisse (Arbeitspunkte, Über­steuerungs­grenzen etc.) gehen. 

Für genauere Be­rechnungen der sta­tischen Span­nun­gen am und um den OPV muss zuerst bekannt sein, welche Spannung über der Z-Diode Z₂ abfällt (bei einem Strom zwischen 40 mA und 50 µA – siehe die Schaltung in Abbildung 2), wo die Aus­steuerungs­grenzen des Operations­verstärkers liegen und mit welcher Basis-Emitter-Spannung bei Q₁ gerechnet werden muss. 

Zuerst zur voraus­sicht­lichen Spannung über der Z-Diode Z₂ – siehe das folgende Diagramm in Abbildung 6: 

Die drei Graphen bzw. Farben bedeuten: 

Fette graue Linie: 

Strom durch die Z-Diode (40 µA bis 50 µA). 

Roter Graph: 

Bei einem Dioden­strom von 40 mA bis 50 µA fällt auf eine Z-Diode 2,7 V / 1,3 W, die dem Bausatz beilag, eine Spannung von etwa 0,9 V ab; das ist im gegebenen Fall zu wenig. 

Schwarzer Graph: 

Über der Z-Diode 2,7 V / 0,5 W führt ein Dioden­strom von 40 mA bis 50 µA zu einem Spannungs­abfall von etwa 1,5 V. 

Blauer Graph: 

Auf eine Z-Diode 4,7 V / 0,5 W, könnte – auch hier einen Diodenstrom von 40 mA bis 50 µA vor­aus­ge­setzt – eine Dioden­spannung von 2,7 V abgefallen sein.  Das führt zu der Mög­lich­keit, dass in der Schal­tung des originalen Crowther Hot­cake eine Z-Diode 4,7 V steck­te, aber beim Tracen der ver­gossenen Schal­tung eine Z-Diode 2,7 V nicht ge­sehen, son­dern nur ge­messen wor­den war …

(Das stellt sich aber bei der Unter­suchung der Arbeits­punkte als eher un­wahr­schein­lich dar.) 

Die Aussteuerungsgrenzen der OPV

Zur Ermitt­lung der Aus­steuerungs­grenzen der ver­wen­de­ten Operations­verstärker wurde die in nach­folgender Abbildung 7 gezeigte Mess­schaltung noch einmal auf dem Bread­board aufgebaut und die maximalen Ausgangs­spannungen der Operations­verstärker TL071 und µA741 (diese beiden OPV wurden nach Wissen des Autors im Crowther Hotcake eingesetzt) ab­hän­gig vom Last­strom gemessen: 

Die folgende Abbildung 8 enthält das entstandene Diagramm, begrenzt auf Ausgangsströme von maximal 2,5 mA: 

Geht man jetzt von einem maxi­malen Ausgangs­strom von etwa ±1 mA aus (siehe den Schaltplan des Hotcake in Abbildung 1 – bei hohen Frequenzen fließen Signalströme durch R₅ = 10 kΩ und R₆ = 10 kΩ bei einem maxi­malen Ausgangs­spannungs­hub von ±5 V), so muss (für den TL071) mit einer Mindest­aus­gangs­spannung von 1,6 V und einer maximalen Ausgangs­spannung von 0,9 V unterhalb der Betriebs­spannung gerechnet werden.  Der Emitter von Q₁ sollte also bei aktiviertem Blues­berry-Mod immer etwa 0,9V unter der Betriebs­spannung des Operations­verstärkers liegen. 

Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke von Q₂

In der zweiten Messung sollte die Basis-Emitter-Spannung von Q₂ in Abhängigkeit vom Basis-Emitter-Strom bestimmt werden – die folgende Abbildung 9 zeigt die Testschaltung: 

Der Wider­stand 160 kΩ fasst die Wider­stände des Bias-Spannungs­teilers, die die Z-Diode gegen Masse „sieht“, zusammen – R₁₁ = 82 kΩ || R₉ = 220 kΩ (insgesamt etwa 60 kΩ) in Serie mit R₁₀ = 100 kΩ. 

Die Z-Diode Z₂ wurde mit dem Vorschlag im Manual von „Aion FX“ bestückt – eine Z-Diode 2,7 V  1,3 W.  Das Ergebnis der Messung zeigt Abbildung 10: 

Die Ergeb­nisse bewegen sich alle im vorgegebenen Rahmen – der Zusammen­hang zwischen der Spannung über der Basis-Emitter-Strecke und dem Strom aus dem Emitter von Q₂ entspricht im Wesent­lichen einer Exponential­funktion (lineare Skala für die Basis-Emitter-Spannung, logarithmische Skala für den Emitter­strom und ein gerader Graph ) wie auch in der Shockley-Gleichung. 

Doch nun zum wesent­lichen Ergebnis der Messung (entsprechend Abbildung 9) – die Spannung über der Z-Diode Z₂ mit 2,7 V / 1,3 W liegt relativ konstant bei knapp 900 mV.  Das ist zu wenig – wenn sich die Basis-Emitter-Spannung von Q₁ zwischen 0,4 V und 0,63 V bewegt, liegt der Emitter von Q₁ nur knapp 0,3 V bis 0,5 V unter der Betriebs­spannung des OPV. 

Deswegen wurde die Z-Diode in der nächsten Messung durch eine grüne LED ersetzt: 

Die folgende Abbildung 12 zeigt das Ergebnis – es hat sich nicht viel geändert: 

Die Spannung über der Diode liegt bei 1,7 V und die Basis­spannung von Q₁ 1,7 V unter der Betriebs­spannung des OPV, so dass, bei einer Basis-Emitter-Spannung von Q₁ zwischen 0,45 V und 0,65 Volt, der Emitter von Q₂ immer mindestens 1 V unter der Betriebs­spannung des OPV liegt.  „Das sollte reichen.“ 

Messung des Offset-Stroms in Pin 5

Danach wurde auf dem Bread­board eine kleine Testschaltung mit vier Multimetern aufgebaut, um den Verdacht, mit der Z-Diode Z₂ 2,7 V / 1,3 W könne der Blues­berry-Mod nicht funktionieren, zu überprüfen (siehe die folgende Abbildung 13): 

Der OPV arbeitet mit einer Betriebs­spannung von 9 V, der nicht­invertierende Eingang hat eine Vor­spannung von etwa 4,95 V, d. h. von ≈55 % der Betriebs­spannung.  Die Vor­spannung am invertierenden Eingang lässt sich über einen Fein­trimmer Tr₁ zwischen etwa 4,7 V und etwa 5,2 V (Mittelwert 4,95 V ± 250 mV) einstellen; bei einer Verstärkung des OPV in invertierender Grundschaltung von einhundert lassen sich so alle möglichen Ausgangs­spannungen erzielen. 

Die Verschaltung des Transistors Q₁ wurde in dieser Test­schaltung leicht modifiziert.  Zum einen wurde die Kombination 82 kΩ (R₉) parallel 220 kΩ (R₁₁) plus 100 kΩ (R₁₀) – insgesamt etwa 160 kΩ – durch einen Wider­stand 150 kΩ (hier: R₇) ersetzt.  Zum anderen wurde in die Verbindung zwischen dem Kollektor von Q₁ und dem Eingang zur Offset-Kompensation OS2 des OPV ein Wider­stand R₆ = 10 kΩ (und ein parallel­geschaltetes Milli­volt­meter) eingefügt, um den Strom, der in OS2 hinein­fließt, messen zu können.  Da die Spannung über R₆ nie größer als 2 V betrug, war hier keine Beeinflussung der Schaltung zu erwarten. 

An der Position der Z-Diode Z₂ kann eben diese Z-Diode oder eine grüne LED ausgewählt werden.  Die Ergebnisse der Untersuchungen fasst das Diagramm in der folgenden Abbildung 14 zusammen: 

Das Diagramm verlangt wohl eine Erläuterung – begonnen wird mit den grünen Graphen – das Verhalten der Schaltung mit der grünen LED. 

Bias-Spannung über grüne LED – grüne Graphen: 

• Die Ein-Ausgangs-Kennlinie (Graph:  U_A – mit LED) verläuft zwischen den Ausgangs­spannungen etwa 1,8 V und etwa 7,6 V weitgehend linear; die Verstärkung (Graph:  v_U – mit LED) liegt, von wackligen Werte durch Messfehlern abgesehen, bei einhundert. 

• Die Bias-Spannung an der Basis von Q₁ lag bei 7,3 V. 

• Erreicht die Eingangs­spannung ΔU_E etwa +28 mV und überschreitet die Ausgangs­spannung einen Wert von etwa 7,7 V (rote Punkt­linien), wird die Ausgangs­spannung eher weniger sanft begrenzt.  Weiterhin beginnt ein Strom in den Eingang OS2 des OPV (Graph:  I_Offset2 – mit LED) zu fließen und die Verstärkung fällt gegen null. 

• Die Maximal­werte am Ausgang liegen bei 1,4 V und 7,8 V (Strichlinien im Diagramm). 

Bias-Spannung über Z₂ 2,7 V / 1,3 W – graue Graphen: 

Jetzt sind nicht die roten, sondern die grauen / schwarzen Graphen relevant: 

• Die Ein-Ausgangs-Kennlinie (Graph:  U_A – mit Z₂) verläuft hier weitgehend linear zwischen den Ausgangs­spannungen etwa 1,8 V und etwa 8,2 V; die Verstärkung (Graph:  v_U – mit Z₂) liegt, von auch hier von wackligen Werte durch Messfehlern abgesehen, bei einhundert. 

• Erreicht die Eingangs­spannung ΔU_E etwa +36 mV und überschreitet die Ausgangs­spannung einen Wert von etwa 8,2 V (grau­schwarze Punkt­linien), wird die Ausgangs­spannung ebenfalls eher weniger sanft begrenzt.  Allerdings fließt jetzt kein Strom in den Eingang OS2 des OPV (Graph:  I_Offset2 – mit Z₂) – das heißt, der Operations­verstärker geht von sich aus in die Begrenzung, ohne das Q₁ bzw. der Blues­berry-Mod hier eine Rolle spielen. 

• Offensichtlich war die Bias-Spannung an der Basis von Q₁ mit 8,1 V zu hoch (d. h. die Spannung über Z₂ zu klein), als dass ein Strom durch Q₁ hätte zustande­kommen können. 

• Die Maximal­werte am Ausgang liegen bei 1,4 V und 8,4 V (Strichlinien im Diagramm). 

Zweite Messung des Offset-Stroms

Als eine „richtige“ Z-Diode 2,7 V / 0,5 W zur Verfügung stand, wurde obige Messung des Offset-Stroms noch einmal wiederholt, allerdings mit einer erweiterten Mess­schaltung (siehe die folgende Abbildung 15): 

Zur Testschaltung: 

Bias­spannung: 

Die Bias­spannung für den OPV wird auch hier über einen Spannungs­teiler R₃ = 82 kΩ auf R₄ = 100 kΩ bereitgestellt. 

Eingangs­mess­spannung: 

Die Eingangs­spannung für den OPV wird ebenfalls über einen Spannungs­teiler R₁ = 82 kΩ und Tr₁ = 10 kΩ auf R₂ = 100 kΩ abgeleitet. 

Zusätzliche Last für den OPV: 

Da die Aussteuerungsgrenzen des OPV vom Ausgangs­strom abhängen, wurde mit den zusätzlichen Widerständen R₇ = 8,2 kΩ und R₈ = 10 kΩ die Nachbildung einer Last vorgesehen.  Dazu ist Spannungs­teiler mit einem Ausgangs­widerstand von etwa 5 kΩ und einer Leer­lauf­spannung von etwa 5 V sinnvoll, was über die beiden Widerstände R₇ und R₈ in Abbildung 15 in etwa erreicht wird. 

(In der Original­schaltung des Hotcake – siehe Abbildung 1 – fließt der größ­te Teil des Ausgangsstroms des OPV über die Widerstände R₅ = 10 kΩ und R₇ = 1 kΩ sowie über R₆ = 10 kΩ und dazu durch die Konden­satoren C₆ und C₇ gegen Masse, oder, ein wenig vereinfacht, über einen Last­widerstand von insgesamt etwa 5 kΩ gegen die Ruhe­spannung der Konden­satoren C₆ und C₇. Dabei ist davon aus­zu­gehen, dass diese Konden­satoren auf etwa 5 V aufgeladen sind (die Bias­spannung des OPV) – die Ausgangs­ströme des OPV fließen also de facto über etwa 5 kΩ gegen etwa 5 V.  Der Spannungs­teiler 8,2 kΩ auf 10 kΩ bildet beides in etwa nach.) 

„Krumme“ Widerstands­werte: 

Die „krummen“ Widerstands­werte 8,2 kΩ bzw. 82 kΩ wurden jeweils durch eine Parallel­schaltung 10 kΩ mit 47 kΩ bzw. 100 kΩ mit 470 kΩ realisiert. 

Realistischere Betriebs­spannung 8,4 V: 

Außerdem sorgt die hinter den Netzteil­eingang eingeschleifte Diode D₀ (eine 1N4148) dafür, dass die Mess­schaltung wie auch das Original mit einer Betriebs­spannung von etwa 8,4 V arbeitet. 

Die folgende Abbildung 16 zeigt das Ergebnis der Messungen: 

Auch diese Messung bzw. dieses Diagramm bedarf einer Erläuterung – begonnen wird hier mit den orange­farbenen Graphen – das Verhalten mit der Z-Diode 2,7 V / 0,5W: 

Bias-Spannung über Z₂ – orange Graphen: 

• Die Ein-Ausgangs-Kennlinie (Graph:  U_A – mit Z₂) verläuft hier weitgehend linear zwischen den Ausgangs­spannungen etwa 2 V und etwa 7 V; die Verstärkung liegt auch hier bei einhundert. 

• Erreicht die Eingangs­spannung ΔU_E etwa +26 mV und überschreitet die Ausgangs­spannung einen Wert von etwa 7 V (orange­farbene Punkt­linien), wird die Ausgangs­spannung eher sanft begrenzt.  Gleichzeitig steigt der Strom in den Eingang OS2 des OPV (Graph:  I_Offset2 – mit Z₂) – das heißt, der Operations­verstärker begrenzt die Ausgangs­spannung über die Offset-Verschiebung; d. h. der Blues­berry-Mod funktioniert. 

• Die Maximal­werte am Ausgang liegen bei 1,5 V und 7,4 V (graue Strichlinien im Diagramm). 

Bias-Spannung über gelbe LED – blaue Graphen: 

Das Verhalten ähnelt dem der Schaltung mit der Z-Diode 2,7 V / 0,5 W – lediglich liegt die obere Aussteuerungsgrenze etwas niedriger (etwa 0,2 V).  Vermutlich ist die Spannung über der LED etwa 0,2 V größer als über der Z-Diode 2,7 V / 0,5 W. 

Insgesamt kann man also annehmen, dass der Blues­berry-Mod mit einer Z-Diode Z₂ = 2,7 V / 0,5 W besser (oder überhaupt) funktioniert, zumindest besser als mit einer Z-Diode Z₂ = 2,7 V  1,3 W. 

Rechnerische Überprüfung des Bias-Spannungs­teilers

Infolge der genaueren Kenn­linien­messung (siehe Abbildung 16) stehen jetzt auch genauere Daten für die rechnerische Über­prüfung des Bias-Spannungs­teilers zur Verfügung. 

Minimale Ausgangs­spannung U_A,OPV,min: 

U_A,OPV,min = 1,6 V. 

Maximale Ausgangs­spannung im Normal­betrieb U_{A,OPV,max,norm}: 

U_{A,OPV,max,norm} = 7,6 V. 

Für die maximale Ausgangs­spannung im Normal­betrieb ergibt sich: 

• aus den Messungen an der Schaltung entsprechend Abbildung 13 (dort: U_A,OPV,min = 8,4 V bei einer Betriebs­spannung von 9 V), dass der OPV schon im Leer­lauf „obenherum 0,6 V verbraucht“,

• und aus dem Headroom-Verlust von 0,2 V durch die Ausgangs­ströme

ein Wert von U_{A,OPV,max,norm} = 7,6 V. 

Maximale Ausgangs­spannung im Blues­berry-Mod: 

Die maximale Ausgangs­spannung im Blues­berry-Mod (mit Z-Diode 2,7 V / 0,5 W) liegt laut Abbildung 16 bei 7,1 V. 

Spannung über der Z-Diode Z₂: 

Die Spannung über der Z-Diode 2,7 V / 0,5 W liegt bei U_Z2 ≈ 1,5 V (ergibt sich aus der Betriebs­spannung während der Messung U_B = 8,4 V und der Spannung an der Basis von Q₁ mit U_B,Q1 ≈ 6,9 V). 

Damit können die Werte für den Bias-Spannungs­teiler rechnerisch überprüft werden – es wird ja davon ausgegangen, dass dessen Ausgangs­ruhe­spannung U_bias einigermaßen exakt in der Mitte zwischen minimaler und maximaler Ausgangs­spannung des OPV: liegen soll. 

Bias-Spannungs­teiler im Normal­betrieb: 

Begonnen wird – „zum Warmwerden“ – mit dem Normalbetrieb im „aktuellen“ Hotcake (Betriebs­spannung 8,4 V, OPV: TL071).  Hier ergibt sich eine Bias-Spannung von etwa 4,6 V und ein Mittel­wert der Ausgangs­spannungs­grenzen von etwa 4,6 V (genau genommen liegen Bias­spannung und der Mittel­wert der Ausgangs­spannungs­grenzen etwa 70 mV aus­ein­ander – U_bias = 4,62 V und U_A,mittel = 4,55 V): 

Ableitung der Spannungs­verhältnisse im Normalbetrieb: 

Mit R₉ = 82 kΩ und R₁₀ = 100 kΩ liegt die Bias-Spannung bei etwa 55 % der Betriebs­spannung (a ist das Spannungs­teiler­verhältnis), 

\( \begin{eqnarray} a_{\textrm{norm}} & = & \frac{R_{\textrm{10}}}{R_9 + R_{\textrm{10}}} \\~\\ & = & \frac{100\,\textrm{kΩ}} {82\,\textrm{kΩ} + 100\,\textrm{kΩ}} \\~\\ & \approx & 0{,}55 \tag{2.1}\end{eqnarray} \)

woraus sich eine Bias-Spannung von etwa 4,6 V ergibt. 

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{bias}} & = & a_{\textrm{norm}} \cdot{} U_{\textrm{B}} \\~\\ & = & 0{,}55 \cdot{} 8{,}4\,\textrm{V} = 4{,}62\,\textrm{V} \approx 4{,}6\,\textrm{V} \tag{2.2}\end{eqnarray} \)

Für den TL071 liegt der Mittel­wert zwischen minimaler und maximaler Ausgangs­spannung des OPV bei 4,6 V. 

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{A,OPV,min}} & \approx & 1{,}6\,\textrm{V} \\~\\ U_{\textrm{A,OPV,max,norm}} & \approx & 7{,}6\,\textrm{V} \\~\\ U_{\textrm{A,OPV,mittel}} & \approx & \frac{U_{\textrm{A,OPV,max,norm}} +U_{\textrm{A,OPV,min}} }{2} \\~\\ & \approx & \frac{1{,}6\,\textrm{V} +7{,}6\,\textrm{V} }{2} \\~\\ & = & 4{,}6\,\textrm{V} \tag{2.3}\end{eqnarray} \)

Bias-Spannung im Blues­berry-Modus: 

Nun zum Blues­berry-Modus – bei einer Spannung von etwa 1,5 V über Z₂ und einem durch Zuschalten von R₁₁ veränderten Bias-Spannungs­teiler liegt die Bias-Spannung bei etwa 4,3 V und der Mittel­wert der Ausgangs­spannungs­grenzen ebenfalls bei 4,3 V. 

Ableitung der Spannungs­verhältnisse im Blues­berry-Modus – U_Z2 = 1,5 V: 

Durch das Zuschalten von Z₂ fällt die Spannung vor dem Bias-Spannungs­teiler um 1,5 V auf etwa 6,9 V.  Weiterhin ändert sich durch das Zuschalten von R₁₁ zum Bias-Spannungs­teiler dessen Teiler­verhältnis von 0,55 auf etwa 1 /1,6 = 0,625: 

\( \begin{eqnarray} a_{\textrm{bb}} & = & \frac{R_{\textrm{10}}} {R_9\,||\,R_{\textrm{11}} +R_{\textrm{10}} } \\~\\ & = & \frac{100\,\textrm{kΩ}} {82\,\textrm{kΩ}\,||\, 220\,\textrm{kΩ} +100\,\textrm{kΩ}} \\~\\ & = & \frac{100\,\textrm{kΩ}} {60\,\textrm{kΩ} +100\,\textrm{kΩ}} \\~\\ & = & \frac{1}{1{,}6} = 0{,}625 \tag{2.4}\end{eqnarray} \)

Daraus ergibt sich eine Bias-Spannung von etwa 4,3 V

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{bias}} & = & a_{\textrm{bb}} \cdot{} \left( U_{\textrm{B}} - U_{\textrm{Z2}} \right) \\~\\ & = & 0{,}625\cdot{} \left( 8{,}4\,\textrm{V} - 1{,}5\,\textrm{V} \right) = 0{,}625\cdot{} 6{,}9\,\textrm{V} = 4{,}3125 \\~\\ U_{\textrm{bias}} & \approx & 4{,}3\,\textrm{V} \tag{2.5}\end{eqnarray} \)

sowie aus dem Diagramm in Abbildung 16 eine maximale Ausgangs­spannung des OPV von 7,1 V und so ein Mittel­wert der ausgangs­seitigen Aussteuerungs­grenzen von etwa 4,3 V: 

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{A,mittel}} & = & \frac{U_{\textrm{A,OPV,min}} +U_{\textrm{A,OPV,max}} }{2} \\~\\ & = & \frac{1{,}6\,\textrm{V} +7{,}1\,\textrm{V} }{2} = 4{,}35\,\textrm{V} \\~\\ & \approx & 4{,}3\,\textrm{V} \tag{2.6}\end{eqnarray} \)

Somit scheint mit dem Ersatz der Z-Diode 2,7 V / 1,3 W durch eine Z-Diode 2,7 V / 0,5 W eine von außen betrachtet sinnvolle Funktion der Schaltung möglich. 

Bias-Spannung im Blues­berry-Modus – U_Z2 = 2,7 V: 

Abschließend noch die Gegen­probe – möglichweise wurde beim Tracen der Schaltung wurde eine Spannung über der Z-Diode von 2,7 V gemessen und deswegen angenommen, es müsse sich um eine Z-Diode 2,7 V handeln.  In diesem Fall stimmt diese Rechnung mit U_bias ≈ U_A,mittel nicht mehr. 

Ableitung der Spannungs­verhältnisse im Blues­berry-Modus – U_Z2 = 2,7 V: 

Es ergäbe sich eine Bias-Spannung von etwa 3,6 V

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{bias}} & = & a_{\textrm{bb}} \cdot{} \left( U_{\textrm{B}} - U_{\textrm{Z2}} \right) \\~\\ & = & 0{,}625\cdot{} \left( 8{,}4\,\textrm{V} - 2{,}7\,\textrm{V} \right) = 0{,}625\cdot{} 5{,}7\,\textrm{V} \\~\\ U_{\textrm{bias}} & \approx & 3{,}5625\,\textrm{V} \approx 3{,}6\,\textrm{V} \tag{2.7}\end{eqnarray} \)

sowie eine um 1,2 V (2,7 V − 1,5 V) geringere maximale Ausgangs­spannung des OPV, wodurch sich der Mittelwert zwischen den Aussteuerungs­grenzen um 0,6 V nach unten verschiebt: 

\( \begin{eqnarray} U_{\textrm{A,mittel}} & = & \frac{U_{\textrm{A,OPV,min}} +U_{\textrm{A,OPV,max}} }{2} \\~\\ & = & \frac{1{,}5\,\textrm{V} +5{,}9\,\textrm{V} }{2} \\~\\ & = & 3{,}7\,\textrm{V} \tag{2.8}\end{eqnarray} \)

Insgesamt lägen – bei einer Z-Diode mit einer Diodenspannung von etwa 2,7 V in der gegebenen Schaltung – die mittlere Ausgangs­spannung und die Bias­spannung des OPV um etwa 140 mV auseinander, ohne dass sich für die Verwendung dieser anderen Z-Diode irgendein Sinn erkennen lässt. 

Es kann also zusammengefasst werden, dass der Blues­berry-Mod mit einer Z-Diode 2,7 V / 0,5 W wahrscheinlich besser funktioniert als mit einer Z-Diode 2,7 V / 1,3 W. 

Der „Überlauf“-Transistor Q₁

Eine kurze Anmerkung zum verwendeten „Überlauf“-Transistor Q₁ (der pnp-Transistor, an dessen Basis-Emitter-Strecke das Signal bei aktiviertem Blues­berry-Modus begrenzt werden soll). 

Die in den Diagrammen in Abbildung 14 und Abbildung 16 dokumentierten Unter­suchungen wurden auch noch mit einer größeren und sym­met­rischen Betriebs­spannung von ±9 V vorgenommen.  Dabei wurde beobachtet, dass der Transistor Q₁ bei nicht nur wie vor­ge­sehen im Peak der oberen Halb­welle, sondern auch in der Mitte der unteren Halb­welle durch­steuerte. 

Das heißt, dieser pnp-Transistor steuert nicht nur durch, wenn seine Basis­spannung etwa 0,4 V–0,7 V negativer ist als die Emitter­spannung, sondern auch, wenn die Basis­spannung von etwa etwa 7 V um etwa 10 V positiver ist als die Emitter­spannung bzw. OPV-Ausgangs­spannung von etwa −3 V.  Das ist kein vor­gesehenes Ver­halten – der Transistor bricht durch.  Er geht dabei nicht kaputt, wohl aber führen häufige Basis-Emitter-Durch­brüche zum fort­schreitenden Ver­schleiß des Transistors. 

Die Daten­blätter weisen für beide verwendeten Transistor­typen (2N3906 und BC560) eine maximale Basis-Emitter-Spannung von 5 V bis 6 V aus (2N3906 – ROHM und ON Semi­conduc­tor: U_EB0,min  −5 V, 2N3906 – SGS Thomson: U_EB0,min  −6 V sowie BC560 – FAIR­CHILD Semi­conduc­tor: U_EB0,min  −5 V). 

In der eigentlichen Schaltung des Hotcakes (keine symmetrische Betriebs­spannung, Basis­spannung Q₁ etwa 7 V, minimale Ausgangs­spannung am Ope­ra­tions­verstärker etwa 1,5 V) ist bei aktiviertem Blues­berry-Modus mit einer maximalen Basis-Emitter-Spannung 5,5 V zu rechnen, die bei Deaktivierung des Blues­berry-Modus' auf maximal 7 V steigt. 

Letztend­lich wurde das im Bausatz mit­ge­lieferte Exemplar des Transistors 2N3906, das sich schon im Test mit einer maximalen Basis-Emitter-Spannung von −10 V „bewährt“ hatte, weiter verwendet. 

Build Notes

Kapitelinhalt:[  Überspringen ]

• Transistor Selection •
• Optional Components •
• Madbean Modifications

Nach der Lösung des „Z-Dioden-Problems“ im Bluesberry-Mod wurde noch einmal die Bau­satz-Do­ku­men­ta­tion auf weitere sinn­volle Ver­änderungen hin abgeklopft – einige sollen im Folgenden kurz angerissen werden (Übersetzung durch den Autor): 

Anmerkungen zu Mo­di­fi­kationen in der Bausatz­beschreibung: 

Transistor Selection

Im originalen Hotcake wird Q₁ mit einem BC557 bestückt, auf der Platine des „Anomaly“-Bausatzes findet ein US-amerikanischer 2N3906 Verwendung.  Dessen Anschluss­belegung folgt nicht den euro­pä­ischen Konventionen, sondern ist spiegelbildlich zu der des BC557.  Soll also ein BC557 verwendet werden, muss dieser um 180° gedreht werden. 

Optional Components

Frühere Versionen des Hotcake nutzen einen Konden­sator C₅ = 470 pF (vom Ausgang des OPV gegen Masse; der Übersetzer), der eingesetzt werden kann, wenn der Klang des Gerätes zu hell ist.  Dem Gerät in der Version von 2008 fehlt dieser Konden­sator, auch wenn es (nicht genutzte) Lötpunkte für ihn gibt. 

Außerdem:  Auch wenn der Hotcake selbst keinen Konden­sator in der Gegenkopplungs­schleife enthält, handelt es sich hier um eine bekannte Modifikation und im Anomaly wurde eine Möglichkeit vorgesehen, diese Mo­di­fi­kation zu realisieren.  Der Einsatz eines Konden­sators C₄ mit 100 pF bis 220 pF könnte hochfrequenten Rückkopplungen vorbeugen und die klangliche Schärfe der Verzerrungen (fizziness) ein wenig bändigen. 

Madbean Modifications

Der Hot Cake war lange ein Haupt­thema unter Nach­bauern / Nach­bastlern (DIYers) und über die Jahre sind einige großartige Mo­di­fi­kationen entstanden.  Brian von „Madbean Pedals“ hat eine Reihe von veränderten Bau­elemente­werten vorgeschlagen, die er gegen­über dem Original bevorzugt, um das Gain zu reduzieren und die Bässe zu verschlanken. 

• R₄: 220 Ω ↪ 2,2 kΩ

• C₂: 10 µF ↪ (omit) und C₃: (empty) ↪ 100 n

  (Diese beiden Punkte wurden in der Über­setzung zusammengefasst, sie ergeben nur gemeinsam einen Sinn – C₂ = 10 µF wird ersetzt durch C₃ = 100 n.) 

• C₄: (empty) ↪ 220 pF

• C₇: 82 n ↪ 39 nF

Eigene Anpassungen

Nach dem Zitat aus der Begleit-PDF von Aion FX sollen diese hier kurz diskutiert werden: 

Änderung R₄ von 220 Ω auf 2,2 kΩ – entfällt fast: 

Das maximale Gain wird deutlich verringert bzw. der letzte Rest im Reglerbereich des Gain­reglers von deaktiviert.  Dies dient vermutlich weniger der Klang­gestaltung als der Verhinderung von Rück­kopplungen (im Hotcake-Bausatz von uk-electronic wird mit der Verringerung von (hier) R₃ = 100 kΩ auf 68 kΩ ähnliches gemacht.) 

Der Autor übernimmt die Änderung von uk-electronic, indem auf den originalen Wider­stand R₃ = 100 kΩ ein Wider­stand R₃₃ = 220 kΩ „huckepack“ aufgelötet und damit R₃ auf etwa 68 kΩ verringert wird. 

Tausch C₂ = 10 µF (Elko) mit C₃ = 100 n (Folie) – entfällt: 

Bei geringer Gegenkopplung bzw. hohem Gain wird die Gegenkopplung des zu übersteuernden OPV in den Bässen angehoben – so entsteht möglicherweise eine weniger indifferente Verzerrung bei hohem Gain. 

Einsatz C₄ = 220 pF; parallel zu R₃ – kann getestet werden: 

Wie oben beschrieben – die Schärfe („fizziness“) der Verzerrungen soll dadurch ein wenig gebändigt werden, dass die Gegenkopplung in den Höhen angehoben wird.  Bei einem C₄ = 220 pF und einem R₃ = 68 kΩ ist mit einer −3dB-Frequenz von etwa 10 kΩ zu rechnen – d. h. ab etwa 3 kHz wird die Gegen­kopplung verstärkt und beschleunigt, was in beiden Fällen Auswirkungen auf das Über­steuerungs­verhalten des Operations­verstärkers hat. 

Insofern – diese Modifikation muss ausprobiert werden. 

Einsatz C₅ = 470 pF; am Ausgang des OPV – entfällt voraussichtlich: 

C₅ wirkt hinter Ausgang des OPV über dessen internen Ausgangs­wider­stand als Tief­pass­filter; das funktioniert aber in der Gesamt­schaltung nur dann, wenn der Operations­­ver­stärker über­steuert und die Gegen­kopp­lung nicht mehr wirkt.  Ansonsten verursacht ein solcher Last­konden­sator dem OPV nur „Stress“, da dieser im Falle einer steilen Signal­flanke am Ausgang einen erhöhten Strom aufbringen muss, um auch noch diesen Last­konden­sator schnell mit umzuladen. 

Zur genaueren Betrachtung die Innenschaltung des verwendeten TL071 – siehe die folgende Abbildung 17: 

Da auch bei Über­steuerung mindestens einer der beiden End­stufen­transistoren im leitenden Zustand ist, ergibt sich – vom Ausgang „OUT“ gesehen – ein Ausgangs­wider­stand von knapp 200 Ω.  Damit entsteht mit C₄ = 470 pF ein ausgangs­seitiger Tief­pass mit einer −3 dB–Frequenz von 1,7 MHz , was auf die klanglichen Eigenschaften wenig Einfluss haben dürfte – diese Tief­pass-Frequenz von 1,7 MHz liegt im Bereich der Unity-Gain-Frequenz – beim µA741 etwa 1 MHz beim TL07x etwa 3 MHz. 

Bei einem deutlich größeren ausgangs­seitigen Last­konden­sator C₅ besteht wiederum die Gefahr, dass sich die für eine vor­her­seh­bare geregelte („Hotcake-typische“) Über­steuerung und Gegen­kopplung notwendige Slewrate des OPV massiv verschlechtert, und der OPV nicht mehr höhenbetont, sondern einfach nur „irgendwie“ übersteuert, und so das Prinzip der Schaltung unterlaufen wird. 

Insgesamt kann also nicht ausgeschlossen werden, dass C₅ irgendwann früher einmal „gut gemeint“ war, dann aber wegen mangelnden Erfolges eingespart wurde. 

In der Realisierung durch den Autor bleibt C₅ un­be­stückt, es gibt aber einen Steck­platz.  Zum Abschluss ein Verweis auf den Begleit­text von Aion FX (Übersetzung durch den Autor): 

Ausschnitt aus der Ankündigung des Bausatzes auf der Seite von Aion FX: 

Beachten Sie, dass für den Konden­sator C₅ zwar Löt­punkte auf der Leiter­platte vorhanden sind, C₅ aber in der von uns aus­einander­genommenen Einheit nicht bestückt worden ist.  In früheren Versionen des Hot Cake war da ein Konden­sator 470 pF (vom Ausgang des Operations­verstärkers gegen Masse) eingesetzt. 

C₅ scheint also tat­säch­lich „Geschichte“ zu sein …

Änderung C₇ von 82 n auf 39 nF – entfällt: 

Die Höhenanhebung vor der Verzerrung wird frequenzmäßig etwa eine Oktave nach oben verschoben – es geht möglicherweise ein wenig vom Verzerrer in Richtung Exciter, was einfach nicht den Intentionen des Autors entspricht. 

Soweit, so gut.  Für die Konden­satoren C₄ und C₅ wurden Steck­plätze auf die Platine gelötet und dem Wider­stand R₃ = 100 kΩ ein Parallel­widerstand 220 kΩ „huckepack“ aufgelötet (das ergibt dann einen Wert von etwa 68 kΩ).  Die Lötpunkte für Z₂, die hier diskutierte Z-Diode des Blues­berry-Mods, wurden zunächst offengelassen und dafür der Mode-Schalter an den Schaltungs­punkten V_A und V_C mit dem Bread­board verbunden.  Später wurde die Z-Diode 2,7 V / 0,5 W „mit Steg“ auf die Platine gelötet. 

„Heim­werkern wie die Profis“

Ein Wort voraus:  Das Zitat „Heim­werkern wie die Profis“ – ein leicht alberner Werbe­slogan einer Bau­markt­kette aus den 90er Jahren – soll darauf hin­weisen, dass es in der Industrie – bzw. bei der Fertigung großer Stückzahlen gleicher Geräte – Lösungen geben kann, die auch bei „professionellem Eifer“ nicht un­be­dingt zur Über­nahme in den Amateur­bereich ge­eignet sind, sodass das Nach­basteln solcher Lösungen kontra­produk­tiv oder auch albern sein kann. 

Am Ende ging es um den praktischen Auf­bau des Gerätes.  Um zumindest den „Blues­berry Mod umsetzen zu können, fand ein vor­ge­fertigter Bau­satz Ver­wendung, der nach Auf­fassung des Autors ein paar un­günstige kons­truk­tive Details aufweist: 

• Die Platine wird von Potentio­metern mit langen Anschluss­fahnen und von den beiden Schal­tern ge­tragen.  Es muss sicher­ge­stellt werden, dass die Anschluss­fahnen der Potentio­meter hoch genug sind, dass Kurz­schlüsse durch die Potentio­meter­gehäuse auf der Unter­seite der Platine aus­ge­schlossen sind. 

• Weiter­hin dürfen die Schal­ter auch nur so hoch sein, dass sie die Platine nicht über die Höhe der Potentio­meter­kontakte heben.

• Schließ­lich sollte zuerst geschraubt und dann ge­lötet werden.  Ansonsten (wenn keine Zahn­scheiben verwendet werden) werden die Potentio­meter von der Platine ge­hal­ten, d. h. die Löt­stellen nehmen die Dreh­kräfte des Potentio­meters auf, wenn dieses fest­geschraubt wird. 

• Am Ende läuft es darauf hinaus, dass Potentio­meter und Schal­ter zuers­t montiert werden, wobei ihre exakte Höhe vorher u. U. mit Scheiben etc. aus­ge­glichen wird, so dass dann die Platine aufgesetzt und ver­lötet wird, um nie wieder angefasst zu werden.  Schaltungs­änderungen wie auch Fehler bei Be­stücken der Platine etc. sind damit natür­lich auch „verboten“. 

• Abgesehen davon verlangt diese Art der Her­stellung exakt gebohrte Gehäuse, wie es ein Amateur mit Bohr­maschine im Keller o. ä. nicht immer sicher hinbekommt. 

Die beschriebene Technologie kann in einer (automatisierten) in­dus­triellen Fer­tigung absolut sinnvoll sein; es mag auch Bastler bzw. Nachbauer geben, die so arbeiten, der Autor jedoch hält eine „bastler­gerechte“ Lösung in den Bausätzen für sinnvoller. 

Wie könnte eine solche Lösung aussehen?  Im „Hot­cake-Bau­satz“ von uk-electronic beispiels­weise wird die Platine nicht von den Potentio­metern, sondern von Pfosten­trägern auf den Potentio­metern ge­halten und die Potentio­meter werden mit Litze ver­kabelt.  Letzteres ist für den Bastler sinnvoll (man kommt später noch an die ganze Platine heran) und kein Zeitproblem, während das händische Verlöten von Potentio­metern in der Massen­ferti­gung ein­fach nur teuer ist. 

Im beschriebenen Bau­satz von uk-electronic ist es weiter­hin mög­lich, die Platine nach dem Lösen der Pfosten­trägern nach einer Seite hoch­zu­klappen und man kommt so an beide Seiten der Platine heran, um bspw. etwas zu reparieren (siehe auch die Abbildungen Abb. 1.16 und Abb. 1.17 im entsprechenden Artikel). 

Letzt­end­lich, da mit der Platine noch einige Ex­peri­mente nötig waren, wurde beim Auf­bau des Bau­satzes von „aion“ folgender­maßen vor­ge­gangen: 

Schalter: 

Die beiden Schalter tragen die Platine.  Damit unter den Präsenz­regler P₂ noch genug Platz vorhanden ist, um ein Isolier-Pad auf das Potentio­meter kleben zu können, wurden zwischen Schalter und Gehäuse mehrere Unter­leg­scheiben eingesetzt. 

Potentio­meter: 

Die Potentio­meter werden mit Litze verbunden – die beiden oberen (P₁ für Gain; P₂ für Volumen) von unterhalb der Platine und das mittlere Potentio­meter von oben.  Alle drei Potentio­meter werden mit Zahn­scheiben gegen Verdrehen gesichert. 

Potentio­meter­werte: 

Der Wert des Gain­reglers wurde auf 10 kΩ verringert. 

Konden­satoren: 

Für die Konden­satoren C₄ (parallel zum Gegen­kopplungs­wider­stand R₃) und C₅ (hinter dem Operations­verstärker gegen Masse) wurden Steck­plätze auf die Platine gelötet. 

Halb­leiter: 

Die Dioden wurden „mit Steg“ ein­ge­setzt, der Operations­verstärker wie vor­ge­sehen in eine Fassung und der Transistor für den Blues­berry-Mod eben­falls; letzterer wurde an­schließend einge­lötet. 

Platinen: 

Glück­licher­weise war man bei „aion“ schlau genug, die An­schlüsse von Schaltungs­ein- und Aus­gang nicht auf einem Mittel­terminal direkt neben­ein­ander zu legen, wie das bei vielen (Nach-)Bau­sätzen üblich ist.  Bei diesem Bau­satz von „aion“ scheint eine weit­gehend sinn­volle interne Ver­kabelung des Gerätes mög­lich zu sein. 

Die Ver­bindungen von der Fuß­schalter­platine zu den oben liegenden Klinken­buchsen wurden jeweils an den Rändern der Haupt­platine ge­führt. 

Die folgende Ab­bild­ung 18 zeigt die realisierte Bestückung der Haupt­platine (unter Ver­wendung einer Grafik aus den Unter­lagen des Bau­satzes): 

Die weiter oben dis­kutierten Ver­änderungen in der Schal­tung (kein C₃, wahr­schein­lich kein C₄, Experimente mit C₅ möglich, kleinerer Wert für R₃ sowie eine andere Z-Diode Z₂) wurden in roter Farbe in das veränderte Layout eingetragen. 

Last but not least erwies sich die Ver­kabelung der von Musik­ding mit­ge­lieferten Klinken­buchsen als ein wenig schwierig – hier musste etwas ge­bastelt werden: 

Der Voll­ständigkeit halber noch zwei Photo­graphien des prak­tischen Auf­baus.  Die Front­platten­gestaltung wurde mit zwei Lagen selbst­klebener transparenter Folie realisiert (das Gemansche mit den Decals / Ab­zieh­bildern war dem Autor irgend­wann zu auf­wendig) – die untere Folie wird be­druckt, die obere zu Schutz der Druck­farben darüber­geklebt. Beim Aus­schneiden der Löcher mit dem Skal­pell wurden Fehler gemacht, aber „fourn Joartn raichts“! 

Selbiges gilt auch für den Innen­aufbau – es wurde darauf ge­achtet, die Außen­ver­bindungen von Ein­gang und Aus­gang nicht neben­einen­ander zu führen, was mit dem gegebenen Platinen­layout auch durch­aus mög­lich war, auch wenn das eine oder andere Kabel ein wenig zu lang ist.