Fuzz-mäßiger Overdrive – Teil IV

Quellen und Ausblick

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• Der sowjetische Fuzz •
• Ausblick an Bratstufe

Der sowjetische Fuzz

Später, nachdem die Idee, einen nichtlinearen Differenz­verstärker als Begrenzerstufe in einem Verzerrer zu verwenden, weitgehend ausgearbeitet war, fand sich beim Aufräumen auf dem Rechner eine Bilddatei mit sechs verschiedenen Effektgeräte­schaltungen mit russischsprachigen Bildunterschriften. 

Nun, die erste der abgebildeten Schaltungen enthält die „Klampfomat-mäßige“ Begrenzer­schaltung – da war vor Jahrzehnten schon jemand so schlau gewesen ;-).  Die Schaltungen stammten den Angaben in der Bilddatei nach aus dem Jahre 1980.  Über den Namen der Datei ließ sich dann die Quelle rekonstruieren, ein Journal für Elektronik­bastler namens „В помощь радиолюбителю“ [W po­moschtsch radioljubitelju – Hilfe für Radio­liebhaber / Funk­amateure (?)]. Dass eine solche Schaltung in einer Zeitung für Funkamateure erscheint, ist nicht so verwunderlich – nicht nur in der Sowjetunion sind die Elektronik­bastler aus den Radio­bastlern und Funk­amateuren hervorgegangen. 

Hier also ein Faksimile aus dem Journal mit dem Schaltplan und einigen Erläuterungen, nachfolgend eine grobe Übersetzung: 

Die ungefähre Übersetzung: 

„Die schematische Dar­stellung eines von ihnen (eines Fuzz; der Autor) ist in Abb. 1 zu sehen.  Die Transistoren V₁ und V₂ bilden ge­mein­sam einen linearen rausch­armen Verstärker, wobei V₁ zur Ver­ringerung des Rauschens im Mikro­strom­modus arbeitet.  Der Transistor V₃ verstärkt weiter, aber die Be­grenzung der Signal­amplitude erfolgt in der Differenz­verstärker­stufe mit den Transistoren V₄ und V₅ wegen deren Übergangs in die Sättigung.  Die Symmetrie der Be­grenzung wird über die Auswahl des Wider­standes R₅ fest­gelegt, während die Emp­find­lich­keit über das Potentio­meter R₄ ein­ge­stellt werden kann.  Die Strom­auf­nahme des Verstärkers steigt nicht über 2 mA, was die Mög­lich­keit eröffnet, das Gerät im Dauer­betrieb mit einem gal­vanischen Element zu be­treiben, zum Bei­spiel mit einer Batterie des Typs ‚Krone‘.“

Dazu ein paar kurze Anmerkungen:

Transistoren

Bei den verwendeteten Transistoren handelt es sich – soviel ließ sich herausfinden – um Silizium-Kleinsignal-Transistoren: 

Tabelle 5.1:  Kenndaten von sowjetischen Transistoren

Transistor	Typ	Ptot	h21e
V1	КТ342Б (KT342B)	250 mW	250–500
V2	КТ312Б (KT312B)	225 mW	25–100
V3–V5	КТ315Г (KT315G)	150 mW	50–350

Dioden

Die Diode Д223А (D223A) ist eine Siliziumdiode mit einem maximalen Dauerstrom von 50 mA.  Laut der Kennlinie, die im Netz zu finden war, ist bei einem Diodenstrom von gut 1 mA mit einer Spannung von etwa 600 mV über der Diode zu rechnen. 

Sternchen an den Widerständen

Für die Stern­chen an den Wider­ständen R₁ und R₅ fand sich im Text keine grund­sätzlicher Er­klärung – Es fiel aber auf, dass in den Zeich­nungen des Artikels Wider­stände, die ent­weder den Arbeits­punkt eines Teils der Schaltung be­ein­flussen, unter­schied­liche Strom­verstärkungs­faktoren aus­gleichen und / oder „krumme“ Werte haben, regel­mäßig mit diesen Stern­chen bezeichnet waren.  Daher liegt die Ver­mutung nahe, dass mit einem solchen Stern­chen auf eine not­wendige An­passung dieses Wider­standes hin­ge­wiesen wird. 

Batterie

Mit der Batterie „Крона“ (Krone) ist ein 9V-Block gemeint. 

Quelle

Das gesamte Heft 68 von „В помощь радиолюбителю“ fand sich in den Archiven von http://publ.lib.ru entweder gescannt als gepacktes *.djvu-Archiv (ein Archiv mit vielen Scans, kann zum Beispiel mit Irfanview geöffnet und durchgeblättert werden) oder als Word-Datei und konnte dort herunter­geladen werden.  Der Artikel befindet sich auf den Seiten 39 ff. des Journals. 

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Ausblick an Bratstufe

Nun, herausgekommen ist kein Fuzz, sondern ein Gerät, das sich gut als (Fuzz-artiger) Overdrive einsetzen lässt – die erreichbare Verzerrung ist etwas geringer, eher runder, weicher, muffiger und weniger sägend.  Der (schaltbar) verkleinerte Ein­gangs­konden­sator lässt den Sound auch noch einmal schlanker werden.  Dass die Verzerrung geringer ist, liegt vor allem daran, dass die letzte Stufe des Verzerrers (hinter dem Gain-Regler) eine geringere Verstärkung, das heißt wesentlich weniger Gain hat und auch das Signal weniger hart begrenzt als ein Fuzz. 

Weiterhin ist gut möglich, dass eine „richtiger“ Germanium­transistor das Signal (zumindest an einer Halbwelle) gar nicht so „sanft“ begrenzt, und das der Ansatz einer weichen Klippstufe für einen „Germaniumsound“ nicht so sinnvoll war. 

Schlussendlich konnte so nicht eindeutig herausgefunden werden, welche spezielle Art und Weise der Verzerrung an dieser Stelle denn nun wirklich „germaniumtypisch“ ist.  Versuche, das genauer herauszufinden, schlugen fehl – bei einem Testaufbau der Originalschaltung mit passend gekauften Germanium­transistoren auf dem Steckbrett fiel zuallererst der allzuhohe Reststrom der Germanium­transistoren, bei, daraus resultierend, völlig verkorksten Arbeitspunkten auf.  Deswegen wurde versucht, wenigstens einmal die „spezielle“ Kennlinie eines Germanium­transistors messtechnisch zu erfassen.  Bei dieser Kennlinienmessung traten allerdings keine wesentlichen Unterschiede zum Silizium­transistor zutage – soweit unter nicht-Labor-Bedingungen (schwankende Betriebstemperatur des Transistors, schwankenden Restströme) eine detallierte Kennlinienmessung überhaupt möglich ist. 

Also bleibt wieder einmal nur die Theorie: Generell wird Germanium ein weicheres Begrenzen im Bereich kleinerer Kollektorströme (Cut-Off-Bereich) nachgesagt, das heißt, die Begrenzung der oberen Halbwelle ist etwas weniger hart und abrupt. 

Im Zusammenhang mit der Emulation sowohl von Germanium als auch von „alten“ Transistoren (Transistoren mit geringerer Stromverstärkung) wird gelegentlich das sogenannte Piggyback-Verfahren vorgeschlagen.  Bei diesem Verfahren wird dem Basis-Emitter-Übergang des klippenden Transistors der Basis-Emitter-Übergang eines weiteren Transistors in Serie mit einem Vorwiderstand parallel­geschaltet.  Der Kollektor des weiteren Transistors bleibt unbeschaltet. 

Zumindest in der Simulation konnte eine Vergrößerung des Cut-Off-Bereiches nicht erkannt werden, die Verringerung der wirksamen Stromverstärkung funktioniert allerdings.  Setzt man einen solchen piggy backed Transistor in eine ansonsten unveränderte Schaltung (d. h in unveränderter Dimensionierung, die Schaltungen sind ja gelegentlich eher heilig als verstanden), so ändern sich natürlich auch die Arbeitspunkte, was u. U. zu einem anderen Zerrverhalten führt. Ob das nun wieder „germaniumtypisch“ ist?

Um eine Verringerung der Strom­verstärkungs­faktoren soll es hier aber nicht gehen, ein Vorteil des verwendeten Transistorarrays CA3046 für die Gitarrenelektronik besteht ja darin, dass die Strom­verstärkungs­faktoren der Transistoren schon recht klein sind.

Sinnvoll für einen modernisierten „Tonbender“ wäre es allerdings, die „Selbsversorgung“, d.‏h. den Autobias des Transistors T₃ durch seinen eigenen Reststrom, mit den Transistoren des CA3046 zu simulieren.  Hier sei an die eingangs dargestellte Idee erinnert, den Arbeitspunkt eines Transistors über einen anderen, gleichen Transistor einzustellen (ohne, dass der erste Transistor gegengekoppelt werden müsste).  Diesen Ansatz kann man für die Emulation der dritten Stufe des Tonebenders nutzen.

Um, weiterhin, das Gain dieser Transistorstufe zu verringern und dazu, für ein „germaniummäßigeres“ Verhalten, den Cut-Off-Bereich lediglich ein wenig zu verbreitern, ist es m. E. sinnvoller, eine oder mehrere Dioden in den Emitter- oder den Basiskreis zu schalten.  In diesem Fall in den Basiskreis.  Summa summarum ergibt sich folgender Schaltungsvorschlag für die zweite Stufe des Tonebender MKIII.

Der Transistor T₃ der Originalschaltung wird hier durch T₃ und D₂ ersetzt. Der zweite Transistor T₄ mit R₁₆ und R₁₇ sowie D₃ mit R₈ sorgen für die Simulation eines einstellbaren Reststroms für T₃, der über R₈ eingespeist wird.  D₄ entspricht der Diode D₁ in der Originalschaltung und hat wie dort die Aufgabe, größere negative Spannungen (Umladungen des Koppel­kondensators C₄ durch den asymmetrischen Eingangsstrom der Stufe) gegen Masse abzuleiten. 

Über den Trimmer R₁₆ kann der simulierte Reststrom und damit der Arbeitspunkt von T₃, d. h. dessen Kollektor­ruhe­spannung eingestellt werden. Die Kondensatoren C₁₀ und C₁₁ stabilisieren den Arbeitspunkt.

Die Diode D₂ verändert nun die Kennlinie des Transistors T₃ dahingehend, dass bei einer sich verringernden Eingangsspannung, der Spannungsabfall über D₂ stärker sinkt als der über der Basis-Emitter-Strecke von T₃, so dass Basis-Emitter-Spannung wie Basis-Emitter-Strom von T₃ weniger stark sinken als ohne Diode, so dass der Cut Off zu kleineren Spannungen hin „in die Länge gezogen“ wird.  (Dieser Dioden-Effekt wurde durch statische Kennlinienmessungen mit einer oder zwei vorgeschalteter Dioden überprüft).

Da der Dioden-Effekt temperaturabhängig ist, muss auch der Basis von T₄ eine gleiche Diode vorgeschaltet werden. D₂ und D₃ können natürlich auch (gemeinsam!) weggelassen werden, der Dioden-Effekt ist nicht sehr stark.  Es könnte auch sein, dass die Dioden das germaniumtypische Rauschen mitsimulieren :-( 

Ob der letzte Transistor T₅ des CA3046, wie in Abbildung 5.2 vorgeschlagen, noch als Ansteuertransistor für einen sogenannten Millenium-Bypass verwendet werden kann (und man so mit einem 2-Ebenen-Fuss­schalter auskommt), hängt davon ab, ob darauf verzichtet werden kann, den Eingang des Gerätes im Bypass-Falle an Masse zu legen, oder ob die Schaltung dann pfeift.  Zur Erklärung: Wird ein 3-Ebenen-Fuss­schalter verwendet, so schalten zwei Ebenen des Schalters Ein- und Ausgang, während die dritte Ebene entweder die LED oder den Eingang der Schaltung mit Masse verbindet.