Marshall 5010 - Presence

Torno dopo più di un mesetto su questo schema per descrivere la rete di "presence", posta immediatamente a valle del circuito di controllo toni già analizzato. A differenza di quanto accade con quest'ultimo, la funzione presence ha nome sufficientemente arcano da evitare che se ne possa capire la funzione a prima vista. Dai manuali reperibili in rete si evince che cotal rete dovrebbe modifica il trasferimento alle "altissime frequenze"; nel caso in esame, la faccenda appare però un po’ più complicata, come vedremo. Lo schema è riportato in Fig.1, ed include per completezza anche la resistenza $R_{10}$ di polarizzazione della base del transistore $\mathit{TR}_3$ dello stadio di potenza; punto di alta impedenza che si può utilizzare per "rompere" il circuito. I valori dei componenti sono:

Fig.1: schema della rete di presence

• $C_7 = 2.2~\mathrm{nF}$, $C_8 = 220~\mathrm{nF}$, $C_{15} = C_{16} = 2.2~\mathrm{mF}$, $C_{13} = 22~\mathrm{nF}$, $C_{14} = 2.2~\mu\mathrm{F}$
• $R_{10} = 22~\mathrm{k}\Omega$, $R_{12} = 10~\mathrm{k}\Omega$, $R_{13} = 33~\mathrm{k}\Omega$, $R_{15} = R_{16} = 2.7~\mathrm{k}\Omega$
• $\mathit{VR}_2 = 100~\Omega$, $\mathit{VR}_6 = 22~\mathrm{k}\Omega$
• $\mathit{TR}_1 =$ BC184

Analizziamone il funzionamento, anche in questo caso in modo approssimato: iniziamo ad eliminare le reti RC di filtraggio delle alimentazioni positiva e negativa, costituite da $R_{15} - C_{16}$ e $R_{16} - C_{15}$. La loro costante di tempo è infatti circa 27 mHz, quindi più che sufficiente per smorzare le oscillazioni a frequenze di 100 Hz e multipli del segnale raddrizzato dal ponte di diodi. Notiamo poi che in emettitore di TR₁ ritroviamo la tensione di base (uscita del controllo-toni) riportata in bassa impedenza, quindi eliminiamo $\mathit{TR}_1$ e sostituiamovi un generatore ideale che costituisce l’ingresso dello stadio (la frequenza di taglio del transistore è di circa 150 MHz, quindi non presenta il minimo problema). Anche la resistenza $R_{13}$, che serve a polarizzare $\mathit{TR}_1$, può ora essere eliminata (è in parallelo al generatore di tensione), così come il condensatore $C_{14}$, di valore molto elevato, che non interviene su segnale; applichiamo quindi l’ingresso direttamente ai capi di $\mathit{VR}_6$.

La funzione del Master volume $\mathit{VR}_2$ è abbastanza semplice: è un partitore che regola la tensione di uscita. Come già discusso, questo regolatore di volume non va a modificare il guadagno di un amplificatore, come accade per il primo stadio, ma semplicemente determina quale frazione del segnale in uscita dal blocco amplificatore + controllo-toni va inviata allo stadio finale di potenza. A valle di $\mathit{VR}_2$ c’è il condensatore $C_7$, che determina la banda passante del filtro:

Fig.2: schema semplificato per $x_6 = 0$.

Fig.3: schema semplificato per $x_6 = 1$.

$$f_7 \ge \frac{1}{2\pi C_7 R_{10}} \approx 3.3~\mathrm{kHz},$$

dove la resistenza ai suoi capi è certamente minore di $R_{10}$ e $C_8$ è considerato un corto-circuito. Analogamente, il condensatore $C_8$ fissa il limite inferiore:

$$f_8 \le \frac{1}{2\pi C_8 R_{10}} \approx 33~\mathrm{Hz}.$$

In questo intervallo di frequenze il trasferimento è determinato dal blocco $R_{12}$, $\mathit{VR}_6$, $C_{13}$ e $\mathit{VR}_2$ (con $R_{10}$ in parallelo a $x_2 \mathit{VR}_2$). La rete si risolve facilmente, ma per capirne il funzionamento diamo prima un’occhiata ai casi limite di $x_6 = 0$ e $x_6 = 1$. Gli schemi risultanti sono indicati nelle Figg.2 e 3, dove abbiamo anche considerato $x_2 = 1$ (così facendo, $\mathit{VR}_2$ è in parallelo ad $R_{10}$ e può essere trascurato). Nel primo caso, $C_{13}$ è in parallelo ad $R_{10}$ e si ha un trasferimento passa-basso che attenua le alte frequenze (il polo è a circa 550 Hz). Nel secondo caso, $C_{13}$ va in parallelo ad $R_{12}$ e si ha una coppia zero-polo che aumenta il trasferimento alle alte frequenze (zero a circa 720 Hz e polo a circa 890 Hz). La posizione delle singolarità non cambia di molto con la regolazione di presence, che ha quindi la funzione di modificare il guadagno in un intervallo di frequenze medio-alte!

Vediamo ora il trasferimento della rete nel caso generale. Chiamiamo $Z_2$ l’impedenza vista da $C_{13}$ in avanti, ovvero

$$Z_2 = (1 - x_2) \mathit{VR}_2 + x_2 \mathit{VR}_2 \parallel R_{10}$$

e $Z_6$ il parallelo tra $x_6 \mathit{VR}_6$ e $(1 - x_6) \mathit{VR}_6$ e otteniamo facilmente per la tensione $V_1$ a valle di $C_{13}$

$$\frac{V_1}{V_i} = \frac{Z_2}{Z_2 + R_{12}} \frac{1 + sC_{13} Z_6 \left( 1 + \dfrac{R_{12}}{(1 - x_6) \mathit{VR}_6} \right)}{1 + sC_{13} (Z_6 + Z'_2)} = \frac{Z_2}{Z_2 + R_{12}} \frac{1 + sC_{13}x_6 ((1-x_6) \mathit{VR}_6 + R_{12})}{1 + sC_{13} (Z_6 + Z'_2)}$$

dove $Z′_2 = Z_2 \parallel R_{12}$. Da qui poi

$$\frac{V_o}{V_1} = \frac{R_{10} \parallel x_2 \mathit{VR}_2}{R_{10} \parallel x_2 \mathit{VR}_2 + (1 - x_2) \mathit{VR}_2} = \frac{x_2 R_{10}}{R_{10} + x_2 (1 - x_2) \mathit{VR}_2}.$$

Fig.4: Trasferimento $V_o/V_i$ ottenuto dalla soluzione della rete in
Fig.1 per $x_6 = 0.1; 0.5; 1$ e $x_2 = 0.5$. Il trasferimento ottenuto in
precedenza per $x_3 = x_4 = 0.5$ è anche riportato per confronto.

Fig.5 :Trasferimento $V_o/V_i$ ottenuto dalla soluzione della rete
in Fig.1 per $x_2 = 0.1; 0.5; 1$ e $x_6 = 0.5$.

L’andamento complessivo (che include anche gli elementi reattivi) è riportato in Fig.4 per $x_6 = 0.1; 0.5; 1$ e $x_2 = 0.5$. Si notano i poli alle frequenze $f_7$ e $f_8$ ed il trasferimento che attenua od esalta le frequenze sopra qualche centinaio di Hz, per poi crollare intorno ai 3-4 kHz. Confrontando la risposta con quanto è stato ottenuto in precedenza per il controllo toni (curva blu) si vede che il regolatore di presence è attivo in un intervallo di frequenze comprese tra i medi e gli alti.

La Fig.5 mostra invece l’effetto del regolatore del volume $x_2$; il guadagno è direttamente modificato come previsto (in modo non esattamente lineare) e si ha un piccolo effetto sulla risposta in frequenza, che tende ad allargarsi per alti guadagni a causa della riduzione della resistenza “vista” alla sinistra di $C_7$.

Siamo quasi alla fine; ora manca soltanto lo stadio di potenza.