Автор: Михаил Семенов OldMike

С момента появления работоспособных усилителей на транзисторах не прекращаются попытки приспособить их к получению гитарного звука, поскольку первые же эксперименты показали, что звук «каменных» усилителей радикально отличается от привычного лампового, и, к сожалению, не в лучшую сторону…Примерно тогда же зародилось и течение «Tube Simulation» в звуковой схемотехнике, участники которого разными (и подчас весьма хитроумными) способами пытались получить на «неламповых» компонентах «ламповый» звук. Предлагаемый вашему вниманию материал не претендует на истину в последней инстанции, а просто содержит описание еще одной попытки получить естественный звук неестественными методами и средствами :) .
Прежде всего, рекомендую всем, кто этого еще не сделал, прочитать уже ставшую классической статью http://www.sugardas.lt/~igoramps/article68/article.htm . Именно эта работа подтолкнула меня к собственным изысканиям. Для самых ленивых (сам такой :) ) повторю наиболее важные для понимания процесса моделирования лампы на ПТ моменты из этой статьи.

Часть 1.(не моя :) ). Лампы
Рассмотрим работу типичного для гитарных усилителей лампового каскада:

12ax72

Обратите внимание на диод D1 ярко красного цвета – это он для того такой красный, чтоб было ясно – на самом деле его там нет! :) Его роль с успехом выполняют два компонента лампы – сетка и катод. Пока верхняя полуволна входного сигнала не превышает по амплитуде напряжение на катоде (типичное значение от 0.7В до 1.6В в зависимости от типа лампы и ее режима), диод закрыт и не влияет на форму входного и усиленного лампой сигнала. Вот так выглядит сигнал на аноде лампы 6Н2П-ЕВ в этом случае:

tube0

Все линейно (в пределах разумного, «вкусные» гармоники лампа генерит и в этом режиме из-за легкой кривизны линейного участка ВАХ) и красиво.
Добавим немного входного сигнала. Резистор R1 в нашем случае изображает внутреннее сопротивление источника сигнала (иногда его нет в явном виде, но в гитарных усилителях практически всегда он присутствует в лице выходного сопротивления предыдущего каскада). Нижняя полуволна входного сигнала беспрепятственно проходит на сетку и линейно усиливается, а верхняя полуволна, начиная с уровня напряжения на катоде, плавно ограничивается диодом «сетка – катод» и усиливается лампой уже в таком виде. Вот так выглядит сигнал на аноде лампы 6Н2П-ЕВ в этом случае:

tube1


Т.е. нижняя полуволна выходного сигнала уже плавно и мягко ограничена, верхняя – еще нет.
Продолжим добавлять входной сигнал на нашу бедную лампу. Верхняя полуволна входного сигнала продолжает ограничиваться входным диодом, нижняя проходит неискаженной. Но! Тут выходной сигнал на аноде упирается в конечное напряжение питания (+350В в нашем случае), которое он превысить не может, хотя и стремится к этому. И верхняя полуволна выходного сигнала жестко ограничивается по питанию.
Выглядит это на аноде лампы 6Н2П-ЕВ так:

tube3

Т.е. нижняя полуволна выходного сигнала плавно и мягко ограничена диодом, верхняя – жестко ограничена по питанию. Это типичная картина ограничения синусного сигнала ламповым триодным каскадом. Обратим еще внимание на то, что длительности импульса и паузы в сигнале различны (скважность не равна 2), это тоже очень важный параметр, динамически изменяющийся с изменением входного сигнала. Это обусловлено несимметричностью входного сопротивления каскада (перезарядом входной разделительной емкости, и, как следствие, сдвигом рабочей точки каскада) – в одном направлении оно заметно меньше из-за диода «сетка – катод», причем его точное значение зависит от уровня сигнала.

Часть 2. ПТ
Как показано в статье http://www.sugardas.lt/~igoramps/article68/article.htm, ПТ без дополнительных ухищрений похоже на лампу передает только верхнюю, ограниченную питанием, полуволну выходного сигнала. Для правильной передачи нижней полуволны выходного сигнала необходимо искусственно ограничить верхнюю полуволну входного сигнала.
Первая мысль, которая приходит в голову – да просто диод с затвора на землю. Оказывается, в большинстве случаев выходной сигнал достигает минимума (около 0В) раньше, чем сработает диод и плавного ограничения не происходит. Ну, нас такими трудностями не запугать :) , и мы пробуем германиевый диод или диод Шоттки (результат у них оказывается довольно похож). Сигнал на стоке ПТ выглядит так:

fet2

На первый взгляд – похоже на искомое… А на второй – мы видим, что нижняя полуволна закруглена слишком мягко, и звук такого каскада тоже отличается мягкостью, спектр гармоник не походит на ламповый…
А дальше пытливая научная мысль пошла в таком направлении: представим каскад на ПТ, как некую модель лампового каскада в уменьшенном масштабе! Для простоты рассуждений масштаб возьмем 1:10 (питание схемы на ПТ +30В, ламповой +300В), на самом деле он немного отличается в каждом конкретном случае, но для удобства работы с моделью примем значение 1:10. В этом случае для правильного протекания процессов в схеме модели все сигналы (и входные и выходные) необходимо уменьшить тоже в 10 раз. (Обращаю внимание на то, что усиление мы не меняем – только уровень сигналов. При построении преампа это означает, что сигнал с гитары для идентичности тоже должен быть ослаблен в 10 раз, хотя представляется более рациональным уменьшить в 10 раз усиление первого каскада). Это сразу приводит нас к пониманию простой вещи – для правильной передачи формы ограничения входного сигнала необходим диод, пороговое значение которого будет примерно в 10 раз меньше, чем у кремниевого диода (или раза в 4 меньше, чем у диода Шоттки…). А главное – вся ВАХ такого элемента тоже должна быть пропорционально уменьшена в 10 раз, простая подача смещения тут не поможет – порог мы сдвинем, а форму ограничения изменить с помощью простого смещения не получится! И поскольку в природе такого компонента не существует (по крайней мере, автор о нем не слышал), нам придется его придумать… :)
Очень кстати вспомнилось, что для самых разных операций с аналоговыми элементами еще на заре всякой вычислительной техники был изобретен Операционный Усилитель, главная деталь Аналоговой Вычислительной Машины (кто не в курсе – это не шутка, в начале восьмидесятых в КПИ (Киевский политех) еще обучали студентов работе на этих динозаврах, каждый внутренний ОУ такой машины был собран на 3х лампах). Осталось только придумать, как использовать измельчавших потомков тех чудовищ в наших мирных целях…
После некоторых размышлений родился вот такой экспериментальный монстр:

jfet-emu-1

Схема 1

Ну, каскад на ПТ в пояснениях не нуждается (надеюсь :) ), единственно отмечу – это был КПС104А. А вот схема на двух ОУ с причандалами – это и есть наш «масштабируемый» диод. По порядку: ОУ А1 стоит в качестве буфера, для исключения влияния «управляющей» схемы на сигнал. Каскад на ОУ А2 имеет КУ=-10 и, собственно, и задает масштаб изменения ВАХ диода D1. Диод D2 вспомогательно-необязательный, для предотвращения входа ОУ А2 в насыщение и связанных с этим неприятностей. Виртуальный наш диод оказался подключен, как и у прототипа, между затвором и истоком. Для полноты картины еще был прицеплен не показанный на схеме резистор нагрузки 200к между землей и конденсатором С2. К слову, резистор R47 в моем случае был потенциометром, и значение 18к получилось экспериментально, что неплохо совпало с предварительными прикидками. На экране осциллографа получилась вот такая картинка:

schem2a

И хотя она еще была далека от совершенства, стало понятно – мы на правильном пути, по крайней мере, форма ограничения нижней полуволны стала похожа на ламповую. Схема «масштабируемого» диода позволяла плавно регулировать ее крутизну. Плюсом этой схемы было и то, что собственно звук через ОУ не проходил, ОУ использовался, как вспомогательный «сервоэлемент» при ограничении.
Как конечный продукт, эта схема не очень-то годилась – во-первых, требовала двух ОУ на каждый каскад, что не смертельно для нынешней микроэлектроники, но, как выразился соратник и коллега KMG (Михаил), «не изящно» :) . К тому же, большим недостатком данной схемы было то, что ее свойства частично зависели от параметров ПТ – в частности, от коэффициента его усиления в данном включении и от напряжения отсечки, и не могли регулироваться независимо. (Подозреваю, полностью от этого влияния избавиться нам не удастся никогда и ни за что, но хотелось бы свести его к возможному минимуму). Кроме того, диапазон входных сигналов был ограничен отрицательным напряжением питания ОУ – для устранения этого недостатка пришлось бы городить отдельный источник +/-15В для ОУ. И хотя возможности у схемы оказались приличными, было решено на этом варианте не останавливаться.
Была опробована вариация этой же схемы на одном инвертирующем ОУ, которая работала похоже, но ничем существенным, кроме отсутствия первого ОУ и возможности работать с большим диапазоном входного сигнала, не отличалась, да и проще и изящнее заметно не была…
Чувство глубокого удовлетворения все не возникало… :)

По прошествии некоторого времени пришла одинокая, но, в принципе, верная мысль – а зачем нам, собственно ОУ? :) Нам нужен усиленный (примерно в 10 раз, а для диода Шоттки можно ведь и меньше!) и проинвертированный входной сигнал? Так у нас же есть сигнал на собственном стоке! И усиленный, и проинвертированный. Правда, возникло небольшое противоречие – к выходу каскада с высоким выходным сопротивлением предстояло прицепить некий делитель, и не очень высокоомный, что явно грозило снижением усиления каскада. Напрашивался повторитель, но было решено сначала попробовать без него.

jfet-emu-2

Схема 2

По крайней мере, выглядело это поизящнее…Задумка была такова – ООС уплощает форму нижнего ограничения, как и в случае применения ОУ, а положительное смещение в точке соединения R47 и R48 имитирует положительное смещение на катоде лампы, изначально подзапирающее диод «сетка – катод». На экране осциллографа появилась вот такая картинка:

fet21

Радости не было предела: ну вот оно! Просто, изящно(!), красиво…
Причем похоже на лампу каскад вел себя и при большем сигнале, и при немного меньшем. Вот только совсем чистым он становиться не хотел (см. дальше)…
Большим плюсом этой схемы являлось еще и то, что форма ограничения не зависела от усиления каскада. Т.е. добавление конденсатора параллельно истоковому резистору только меняло необходимый для начала искажения уровень входного сигнала. КУ, правда, подупал – КУмах около 25, зато вдвое уменьшилось выходное сопротивление каскада.
При вдумчивом макетировании обнаружилась и пара ложек дегтя…
Во-первых, все очень зависело от параметров ПТ (ну тут вся схема параметрическая), и повтор даже на однотипном ПТ требовал некой подстройки. В минимальном варианте требовалось установить рабочую точку каскада истоковым резистором, но такая регулировка была довольно приблизительной.
А при первичном макетировании выяснилось, что форма сигнала зависит не только от параметров ПТ, но и от параметров элементов обвязки – например, от номиналов резисторов цепи затвора. Если подробнее: дальнейшее увеличение номинала R47 и R48 не имело смысла, т.к. диод должен быть подключен к точке с низким, по сравнению с R1, сопротивлением, уменьшение же их грозило резким снижением усиления и диапазона выходного сигнала. А при уменьшении R1 до 24к схема работала вообще не «по-ламповому». Кроме того, диод Шоттки имеет довольно большой ток утечки в закрытом состоянии, что тоже ощутимо влияло на рабочую точку ПТ и ее термостабильность.
И главное (во-вторых), что подпортило впечатление от работы этой схемы: формы искаженного сигнала действительно были близки ламповым, но! В отличие от ламповых, диапазон неискаженного сигнала оказался намного меньше, а при понижении питания он еще уменьшался. Т.е. даже на самых низких уровнях сигнала сохранялась ощутимая асимметричность. (Для демонстрации этого явления привожу осциллограмму каскада при питании 9В, хотя и при 24В картинка далека от совершенства)

pict0046

Если же попробовать настроить более симметричную форму, нарушается похожесть искаженного сигнала.
Ну, даже в таком виде это уже было немного похоже на победу! Только совершенству нет предела …

Для начала был приделан между выходным делителем и стоком ПТ повторитель на БТ КТ3102Е. Схема приобрела вот такой вид:

jfet-emu-3

Схема 3


Как и в варианте с ОУ, возможное негативное влияние вспомогательного элемента (биполярного транзистора) на звук было минимальным, основной звук через него не проходил (хотя в режиме повторителя БТ максимально линеен), сигнал снимался со стока ПТ. Хотя в ряде применений, при необходимости работы на низкоомную цепь можно воспользоваться и выходом с эмиттера БТ. Несмотря на некоторое усложнение, схема осталась изящной, и так же изящно и работала, ощутимо лучше своей предшественницы. Усиление выросло примерно вдвое (до КУмах=45 примерно), форма сигнала осталась столь же милой и ее стало легче регулировать, хотя влияние элементов обвязки и параметров ПТ никуда не делось. Вот сигнал на ее выходе:

pict0074

что очень похоже на правду, в смысле «Труъ» :) . Результат был получен на связке КП303Б и КТ3102Е. Смущало то, что при замене типа ПТ приходилось вновь паять потенциометры вместо резисторов со звездочками для подгонки формы, температурная зависимость от обратного тока диода Шоттки, и невозможность раздельного регулирования порога и формы ограничения нижней полуволны выходного сигнала… Поэтому была предпринята последняя (на сегодняшний день! :) ) попытка приблизится к совершенству…

Было решено отказаться от диода Шоттки в пользу кремния и добиться возможности индивидуальной настройки как формы, так и порога ограничения. Полученная модель лампы оказалась самой совершенной из разработанных, хотя и не совсем свободной от главного, на мой взгляд, недостатка – необходимости индивидуальной настройки каждого каскада. Используя предложенную схему, в процессе первичного макетирования (настройка схемы какого-либо каскада под данный тип ПТ) скорее всего придется слегка подогнать форму выходного сигнала по осциллографу. При дальнейшем повторении этого каскада, ИМХО, достаточно будет установить режим ПТ по постоянному току с помощью истокового резистора, что не очень сложно и в серийном производстве.
Итак, вот он, плод долгих и упорных стараний:

jfet-emu-4

Схема 4

Да, минус (-4v :) )такого решения сразу виден невооруженным глазом – необходимость дополнительного, хотя и низкого, но отрицательного питания (собственно, минусовое питание может иметь любое разумное значение – была испытана работа схемы при значениях -4V и -24V, отличия в номинале резистора R5). Самое простое решение этой проблемы – с помощью двух дополнительных деталей – стабилитрона КС139 и конденсатора на 100мкФ в параллель, подключенных между схемой в сборе (в схеме было 4 каскада) и отрицательным полюсом источника питания. Таким образом, просто отделяется «кусочек» в 4В от общего питания в 24В. Ну, о питании мы еще поговорим…
А по схеме – вот в чем изюминка:
Во-первых – кремниевый диод практически не влияет на температурную стабильность каскада из-за мизерного обратного тока, кроме того, схема намного менее чувствительна к номиналам резисторов затворной цепи.
Во-вторых – при данном напряжении питания (+) форма ограничения нижней полуволны выходного сигнала настраивается резистором R47, а порог этого ограничения – резистором R5 (или регулировкой отрицательного напряжения питания), небольшое взаимное влияние этих регулировок существует, но оно не фатально. Это позволяет максимально приблизиться к искомым ламповым характеристикам.
В-третьих – входной импеданс данной схемы асимметричен, подобно ламповой, т.к. в схеме присутствует аналогично действующий (в масштабе) диод. Это позволяет достичь правильного динамического смещения рабочей точки каскада подобно ламповому прототипу и получить скважность выходного сигнала, отличную от двух.
В-четвертых – форма ограниченного сигнала не зависит от усиления каскада (зависит только уровень входного сигнала, при котором начинается ограничение), что позволяет ставить конденсаторы в истоковую цепь аналогично лампам, при необходимости осуществляя коррекцию АЧХ каскада.

NOTE: По результатам работы с макетом усилителя по этой схеме, оказалось, что низкоомным выходом следует пользоваться осторожно – при относительно низкоомной нагрузке  на больших амплитудах сигнала нарушается работа повторителя, поскольку ток в нагрузку на нижней полуволне выходного сигнала обеспечивается сравнительно высокоомными резисторами R47+R48, что приводит к нарушению процесса эмуляции сеточного ограничения – на нижней полуволне образуется излом вместо плавного скругления. Для устранения этого явления можно попробовать поставить дополнительно резистор небольшого номинала параллельно цепочке R47+R48, что, правда, повысит потребление каскада и для некоторых нагрузок может оказаться недостаточным. Поэтому для корректной работы схемы рекомендуется использовать высокоомный выход out1 normal. При необходимости низкоомного выхода желательно использовать дополнительный повторитель.

Вот осциллограммы с выхода out1 схемы 4:

4v02

4v011

4v03

Правда, похоже на ламповые осциллограммы из начала статьи?

Теперь о питании:
С практической точки зрения 24В не фатально, но и не очень удобно. Это напряжение проще всего получить так – используя трансформатор (и корпус) сетевого адаптера на 12В, делаем схему однополупериодного удвоителя (как схема анодного выпрямителя в некоторых Маршаллах) на паре диодов и паре конденсаторов. Ну а далее – LM7824 и емкость на выходе ее. Возможно, есть смысл сделать точную копию питающих цепей лампового преампа (имеются в виду RC-фильтры), только следует помнить, что кроме ПТ у нас ток потребляют и повторители, поэтому их придется запитать отдельно, мне это кажется ненужным переусложнением, хотя тут необходимо пробовать на звуке – питание влияет на динамику. Как вариант, можно использовать следующую схему, размещенную в корпусе питаемого преампа или примочки за исключением трансформатора
(и корпуса-вилки) от сетевого адаптера на 12В. Электролитические конденсаторы на 16В, С4 – на 25В. Диод D5 защищает стабилизатор 78L20 от отрицательного напряжения на выходе и дает ему возможность корректно запускаться. Нестабилизированные напряжения + и – 12В могут быть использованы для индикации и питания ОУ спиксимулятора, если таковой необходим. При желании, можно поставить еще два стабилизатора 7809 и 7909 для стабилизации и этих напряжений.

suppljfet

Ну и дополнительное исследование, проведенное по просьбе Xbananov’а и из собственного любопытства: работа схемы при пониженном питании.
Схема 2 при 9В питания и малом сигнале откровенно несимметрична (картинка была приведена выше), хотя для искажающего канала это не является очень большим минусом – разве что в случае, когда предполагается играть чистым звуком на малом гейне. При увеличении входного сигнала выходная осциллограмма приобретает вполне правильный вид. Вот так это выглядит на экране (9В, схема 2):

pict0048

Следует отметить, что масштаб развертки по вертикали у всех картинок разный – у ламповых осциллограмм – 50В/деление, у схемы 2 -2В/деление, у схемы 3 при 20/-4В питания -5В/деление.
Схема 4 тоже была опробована при пониженном питании – правда, тут использовалось 12В, разбитые на +8В и -4В.

jfet-emu-4-12

Схема 4 для 12В


Для корректной работы схемы пришлось слегка изменить номиналы R47 и R5.
Вот что получилось на выходе:

pict0086

pict00851

Т.е. все вполне корректно. Более того, вполне возможно понизить напряжение питания и до искомых 9В, уменьшив отрицательное питание до -2 -3В. Правда, следует учесть тот факт, что, несмотря на сохранение формы сигнала, усиление и динамический диапазон уменьшаются с уменьшением питания.

Выводы:
Для практического применения при необходимости точной эмуляции рекомендуется использовать схему 4, как наиболее точно настраиваемую аналоговую модель лампы.
Как, впрочем, и для серийного воспроизводства. Естественно, схема может быть без особых сложностей переведена и на другие типы элементов – скажем, повторитель может быть выполнен тоже на ПТ (хотя лично мне больше нравится предложенный вариант по причине лучшего коэффициента повторения схемы на БТ, ее более низкого выходного сопротивления и более предсказуемого и однообразного поведения). В качестве основного ПТ каскада может быть использован и MOSFET, в этом случае упрощается подача отрицательного смещения, т.к. на затворах MOSFET’ов присутствует положительное смещение относительно истока (специалист по эмуляции ламповых схем на MOSFET’ах – камрад KMG в ближайшее время расскажет о моделях, основанных на выше описанных принципах с использованием латеральных MOSFET’ов).http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1246201423/120#120
Если же точная эмуляция не нужна, а достаточно похожести характеристик, вполне можно воспользоваться и схемами 2 и 3.
Схема 1 имеет приличный потенциал как испытательный стенд, но при необходимости тоже может быть использована в работе.


Есть одна мелкая неточность в эмуляции, подмеченная Виктором Кемпфом и не устраненная на описанных моделях – выходное сопротивление каскада на ПТ (по выходу out1 normal) примерно втрое выше такового у лампы, это нужно учитывать при конструировании межкаскадных связей.
Коллега KMG обратил внимание на неточность модели в том смысле, что у лампы сеточный ток протекает через катодный резистор, а у модели на ПТ – через R48. Да, у лампы через катодный резистор протекает ток катода в фазе с сеточным током, у модели на ПТ через R48 протекает ток нагрузки повторителя в противофазе с током диода. Учитывая, что ток сетки как минимум на порядок меньше тока анода у лампы, такая неточность эмуляции в большинстве случаев останется незамеченной, тем более что у лампы сеточный ток просто вычитается из анодного слегка усиливая (менее чем на одну десятую) эффект диодного ограничения. В нашей модели это легко имитируется точной настройкой резистора R47.


И хотя данная модель лампы отнюдь не претендует на звание идеальной, достигнутый компромисс между точностью, сложностью и повторяемостью данной схемы представляется вполне приемлемым.
А еще автор далек от мысли, что эта работа поставит точку в попытках воссоздать ламповое звучание схемами на полупроводниковых приборах… :)
И напоследок вот еще такая мысль – если б кто-либо из производителей музыкальной аппаратуры озаботил изготовителей ПТ данной проблемой, интересным решением было бы изготовление, например, такой микросхемки:

jfet-emu-4-micro

Естественно, при условии, что резисторы подогнаны под именно этот ПТ и питание.
Покупай, и применяй – просто полупроводниковая лампа (JF12AX7  :) ), рассчитанная на 9, 12, 20 и т.д. вольт питания и с такими-то вот параметрами, см. Datasheet  :)

В качестве примера готового устройства может служить схема. разработанная участником форума guitarist на основе схемотехники известного усилителя Soldano SLO100  и использующая в качестве ПТ эмуляторов вакуумных триодов схему 4.

soldano1


Вот его отзыв о звуке этого устройства:”Звук неотличим от настоящего лампового преампа. Даже характерная солдановская хрипотца слышна и все остальные нюансы – низы, середина плотная, эх-х…В общем тембр и отличительные черты Сольданы передаются весьма и весьма адекватно. И это несмотря на то, что подстройку я делал не очень тщательно (плюс/минус полвольта)…”

Вот сэмплы, записанные на этой схеме:

slo1

slo2

В процессе обсуждения этой схемы на форуме http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1246201423/0
была придумана и опробована методика настройки каскадов без использования осциллографа:

Сначала необходимо с помощью подбора R3 (схема 4) установить на стоке напряжение ПТ напряжение 6-7 В, затем замкнуть левый конец резистора R1 на + питания и проверить напряжение на стоке, оно должно быть 2,5-3В. Если напряжение заметно больше, R5 нужно уменьшать, если меньше – увеличивать. Если же для питания схемы использовать другие напряжения, без осциллографа настроить точную форму сигнала будет трудно.


Большое и отдельное спасибо коллегам и соратникам KMG (Михаил) и Xbananov (Виктор Кемпф) за сочувствие, поддержку и участие в обсуждении схем и полученных результатов, а также Игорю Шаеву за помощь в оформлении и размещении этого материала.

Часть 3      ОУ

В процессе обсуждения на форуме материала этой статьи возникла мысль попробовать обойтись вообще без ПТ для эмуляции лампы, сделать все на ОУ ценой некоторого ухудшения параметров, но с возможностью легкого повторения схемы без наладки и использования стандартного питания 9V.
Эта мысль зрела и у автора данной статьи, но первым ее успел высказать BSVi: http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1236424845/135
Были опробованы несколько схемных решений, подробнее процесс поиска можно посмотреть на форуме по вышеприведенной ссылке.
В результате родилась следующая схема, эмулирующая каскад на триоде в типовом включении  и использующая вышеописанную концепцию “виртуального масштабируемого диода”, как и в эмуляторах на ПТ.

tubeoa

ОУ А2 выполняет функцию основного усилителя и имеет КУ по постоянному току около 36, что примерно сооответствует КУ триодного каскада без катодного конденсатора. Для возможности эмуляции коррекции АЧХ с помощью катодного конденсатора введена цепочка C2,R6, где С2 и есть “катодный конденсатор”, а R6 ограничивает усиление каскада на ВЧ на уровне около 70, что примерно сооответствует КУ триодного каскада с катодным конденсатором.
Поскольку питание схемы составляет всего 9V вместо 350, масштаб модели здесь совсем другой (1:35) примерно.
R8 задает масштаб “виртуального диода”, а R10 – порог начала ограничения. Конденсатор С1, по замыслу автора, должен был симулировать входную емкость лампы, но оказалось, что емкости диода D1 вполне достаточно, и С1 был из схемы исключен. Элементы R3,R4 и С3 создают искусственную среднюю точку для работы ОУ. И, наконец, ОУ А1 выполняет функцию согласования сопротивлений, т.к. низкое входное сопротивление каскада на А2 не позволит использовать межкаскадные связи ламповых прототипов, что также необходимо для нормальной работы “виртуального масштабируемого диода”. К сожалению, использование повторителя на ОУ на входе схемы неоптимально по шумам, что в какой-то мере компенсируется простотой схемы. Элементы C4, R1, R2 изображены для наглядности, как типовая межкаскадная связь. Следует отметить, что из-за ограничения верхней полуволны по питанию, использование разных типов ОУ дает разные результаты. Выбор был сделан в пользу TL074, ограничение которого было ровным без выбросов и сравнительно музыкальным, хотя вполне возможно, что в этом месте схемы есть смысл применить ОУ с управляемой скоростью нарастания (например КР1408УД12). Используя этот модуль для замены ламп в эмулируемой схеме, можно получить твердотельные прототипы различных ламповых приборов.
В качестве примера можно рассмотреть эмуляцию ламповой части предусилителя “Dual Rectifaer” от Mesa.
e-recto-lite2
Условно назовем эту схему “E-Recto”. Поскольку сигнал на входе модели должен быть в масштабе 1:35 от оригинала, было принято решение о замене первого каскада повторителем на ПТ J1. Номиналы R21,R22,R7 и С10 были изменены в 10 раз для улучшения шумовых свойств схемы. По этой же причине регулятор гейна был перенесен со входа схемы на регулировку усиления каскада на А2. На форму ограниченного сигнала это не влияет. Третий каскад с сильносмещенной рабочей точкой и усилением всего 2,5 оказалось проще сделать на ПТ, а четвертый – снова с использованием описанной модели. Вместо катодного повторителя использована цепочка D3,R13, работающая хотя и не идентично, но достаточно похоже на КП для наших целей.
Для проверки звучания была проведена запись одинакового музыкального фрагмента на ламповом преампе по схеме “Rectifaer” и на описываемом устройстве.

1
2

Преампы втыкались в комбик, запись велась микрофоном Shure565 прямо в SBLive!, звук гитары никак не обрабатывался вообще.
Большинство прослушавших эти фрагменты правильно определило, на чем записан каждый из них, хотя все отметили большое сходство звучания E-Recto с прототипом. Более подробно об этом можно прочитать на форуме http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1236424845/270
Вот еще несколько примеров звука E-Recto:
opamp2
opamp3
Одним из участников форума (EvgenyS) был собран  и опробован ХотБокс на описанных принципах, вот его отзыв:”…характер звука я заценил.Звук потрясный. Ощущуения очень похожие на игру в ламповый пред (я про комплексное ощущение – реакция на медиатор и т.д.). Регулировка гейна очень вменяемая, от чуть подгруженного через приятный кранч в овердрайв. Есть ощущение, что предыдущие приборы на ПТ (мю-каскод) настолько далеки от лампы по сравнению с этим подходом. В конечном счете, даже если не проводить параллель с лампой, то как самостоятельный прибор – очень и очень хорош при сравнительной простоте.”
“…Когда первый раз поиграл в лампу, то радость была не от окраса звучания, а именно от ощущений. На этой ОУшной иммитации лампы именно то самое ощущение – звук как бы отпрыгивает от гитары – ты сильнее по струнам, а он сильнее отпрыгивает. А еще я играл на 70-80% гейна открытыми аккордами на все струны – читаемость чистейшая, не на всех ламповых предах такое у меня было…”
Рекомендации по использованию модели на ОУ:
Может быть использована в разнообразных устройствах, если не ставиться цель 100% имитации лампы.  Достоинство предложенного подхода – простота, легкость повторения схем благодаря отсутствию настройки, возможность создания весьма компактных преампов и использование питания 9V при небольшом токе потребления.
Кроме некоторой неидентичности звуку прототипа, небольшой недостаток схемы заключается в несколько повышенном уровне собственного шума на максимальных гейнах. В большинстве применений это не помешает, т.к. рабочий фон гитары ощутимо сильнее, но при разработке устройств с очень большим гейном и для студийной работы это следует учитывать. Одним из путей решения этой проблемы может быть применение в качестве повторителя малошумящего ОУ , хотя это несколько усложнит разводку печатной платы.