Putkisärön mallintaminen puolijohdekomponenteilla

Abstract

Työssä tutkittiin kitaran putki- ja puolijohdevahvistimien säröytymisen eroja. Työssä tutkittiin väitettä, jonka mukaan putkivahvistin tuottaa puolijohdevahvistimia voimakkaampaa 2. kertaluvun harmonista säröä. Suunnittelun lähtökohtana oli 2. kertaluvun harmonisen särön synnyttäminen epälineaarisella puolijohdevahvistimella. Työssä käsiteltiin teoriaa elektroniputkista ja tutkittiin vahvistimen epälineaarisuuden vaikutusta 2. ja 3. kertaluvun harmonisen särön syntymiseen. Työssä tutkittiin myös 2. ja 3. kertaluvun harmonisten säröjen vaikutusta aaltomuotoon. Putki- ja puolijohdevahvistimien eroja tutkittiin mittausten avulla. Työssä mitattiin Peavey 6505 -putkivahvistimen sekä 2N3904-transistorin säröytymistä.

Kitaraefekti suunniteltiin operaatiovahvistimella toteutetulla rajoitinpiirillä, joka täytti sille asetetut vaatimukset. Vaatimuksina olivat vahvistuksen ja säröjen voimakkuuden säädettävyys ja putkivahvistimen säröjen mallintaminen. Kitaraefektissä huomioitiin kitaran suuri ulostuloimpedanssi kytkemällä puskurivahvistin rajoitinpiirin tulopuolelle. Kitaraefekti toteutettiin piirilevylle ja vaatimuksena oli piirilevyn pieni koko.

Tutkimuksen ja mittausten perusteella selvisi, että yliohjattu putkivahvistin ja epäsymmetrisesti yliohjattu puolijohdevahvistin synnyttävät 2. kertaluvun harmonista säröä. Työssä suunniteltu epälineaarinen puolijohdevahvistin tuotti lähes putkivahvistimen kaltaiset harmoniset särökomponentit, mutta se ei kuulostanut samalta kuin putkivahvistin. Tutkimus osoitti, että putkivahvistimen paremmuutta ei voida selittää pelkästään 2. ja 3. kertaluvun harmonisten eroilla.

The purpose of thesis was to research differencies between distortion of tube and solid state amplifiers of guitar. The research dealt with issue that tube amplifier creates more 2nd harmonic distortion than solid state amplifier. The purpose was to design nonlinear solid state amplifier to model tube amplifiers distortion and create 2nd harmonic distortion.

Thesis dealt with theory of vacuum tubes and research of how amplifier nonlinearity effects on existence of 2nd and 3rd harmonic distortion. 2nd and 3rd harmonic distortions effect to waveform was also researched. Measurements were done to research differencies between tube and solid state amplifiers distortion. Peavey 6505 tube amplifier and 2N3904 transistor were measured.

Guitar effect was designed with limiter ciruit, which filled all requirements. Adjust of gain and amount of distortion were required. Guitars great output impedance needed also to be considered by designing common-collector amplifier before input of limiter circuit. Guitar effect was made to printed circuit board as required.

In research appeared that overdriven tube amplifier and asymmetrically overdriven solid state amplifier created 2nd harmonic distortion. Harmonic distortion of designed nonlinear amplifier was almost the same as tube amplifiers, but it sounded worse. Research proves that tube amplifiers better sound can’t be explained with differencies of 2nd and 3rd harmonic distortion.