今回も入力部の続きです。
前回、こちらでエフェクターに入ってきた0V中心のギターの信号は、
カップリングコンデンサを通して4.5V中心になるという話をしました。
今回はなぜ振幅の中心を変える必要があるのかという話をします。
オペアンプを動かすには、本当は電源が２ついります。
２ついるというのは、プラスとマイナスのことです。
オペアンプはプラスとマイナスの正負電源(両電源)を使うことで本来動きます。
ここで、エフェクター自作初心者の勘違い"あるある"があります。
エフェクター自作初心者のオペアンプに対する誤解
何かというと、オペアンプに信号を入れたら、
その信号自体が大きくなって出てくる。
これです。
今、え？と思われた方いるんじゃないですかねー。
実は、オペアンプに入れた信号は、
その信号自体が大きくなって出てきているわけではないんです。
オペアンプは、
入力された信号と同じような波形の信号を作って出すパーツです。
オペアンプも歪んだりするので完璧に同じではないからです。
ちょっと語弊がある言い方をしていますが、
詳しい話はトランジスタの動作原理でご紹介します。
こういう現象を増幅と呼んでいます。
増幅っていうと、
その信号が自体が大きくなるんだと誤解しがちですが、
実はそうじゃないんですね。そう見えるだけ。
とりあえずこのまま話をすすめます。
本当の増幅の姿
入力が0V中心の信号だとすると、必ずマイナス側とプラス側、両方に振れていますよね？
このとき、オペアンプは、マイナスとプラス両方に振れる信号を作って出そうとします。
じゃあその材料は？
これが電源なわけです。
というわけでプラスとマイナス両方の電源がいります。
オペアンプにもプラスとマイナスの電源をつなげるための端子がついてます。
そこにそれぞれ繋ぎます。
それに何を作るにも材料より多いものは作れません。
よって、電源電圧までしかオペアンプは信号を作ることができません。
±4.5Vの２電源で動かすなら、0Vから+4.5V、-4.5Vまでしか振れません。
実際はもっと手前までしか振れません。
さーて、ここで問題発生です。
エフェクターには、+9Vしかありません
２電源で動かしているものもありますが、お店で見るのはLeqtiqueのCLHDぐらいです。
あれはLT1026というICで昇圧しつつ内部で負電源を作ってます。
だけど普通のエフェクターは+9Vだけで動いています。
プラスしかないのに、どうやっているのでしょうか。
オペアンプはさっき、
0V中心の信号が入ってきたので、
0V中心の信号を吐き出さねばならず、
プラスとマイナスの電源が材料として必要でした。
ということは、4.5V中心の信号が入ってきたらどうでしょう？
4.5V中心の信号を吐き出すためにプラスと.....
あれマイナスいらないんじゃ？
もう少し具体的にやってみましょう。
4.5V中心の2Vp-pの信号が入ってくると、増幅率２倍として
オペアンプは、4Vp-pの信号を吐き出します。
でも4.5V中心なので、
マイナス側には2V、プラス側にも2Vあればよい、
つまり、
＋9Vから抵抗で分圧して、
+6.5Vと+2.5Vを作ってそれぞれ
オペアンプのプラス電源端子に+6.5V、
マイナス電源端子に+2.5Vつなげておけば一応動くわけです。
とはいえ別にわざわざピッタリにすることもないし、
実際のオペアンプは電源電圧まで振れないので余裕を持たせたい。
さあ、どうするか？
4.5Vからみてプラス側に最大、マイナス側に最大のところを電源端子につなげておけば、
＋9Vをうまく全部使えたことになりますよね。
4.5Vからみてプラス側に最大すなわち、+9V
4.5Vからみてマイナス側に最大すなわち、0V(GND)
をそれぞれオペアンプの電源端子に繋げればOKというわけです。
なぜ4.5Vが主流なのかみえましたね？
電源電圧9Vのちょうど半分の4.5Vにすることで、
4.5Vからみてプラス側にもマイナス側にも同じ分だけ振れることができるからです。
いつの間にか言い忘れていましたが、
この中心電圧のことをバイアス電圧と呼んでいます
単にバイアスともよく言います。
これがもし、6Vとかで8Vp-pの出力だったら？
上は9Vまでしか振れれないので、波形がつぶれます。
でも下は0Vまで振れれるので下は潰れない。
上下非対称すぎる波形になってしまう。
うまく操ればいい感じに上下非対称の歪ができるかもです。
実際Timmy
はバイアス電圧を少しずらしています。まとめ
オペアンプは正負電源で動くものなのだけど、
バイアス電圧を与え、信号の振幅の中心を変えることで、
+9Vだけでオペアンプをうごかせるようになった。
今日はもうこの辺にしておきましょう。
ただ、バイアスに関してはもう少し説明しなければなりません。
どうやって4.5Vをつくるのか、簡単な分圧回路ですが...
また、どうやってバイアスを与えるか。
設計が素晴らしい僕のお気に入りのエフェクター。
