В статье за номером 76 был мельком упомянут зверь под названием миллениум байпас. Давайте посмотрим на него повнимательнее.
Начать следует с того, что легко вытекает из названия - слово миллениум было популярно на стыке 1999-200х годов и данный термин тут точно описывает время появления данного способа распайки кнопки включения и выключения гитарного эффекта. Судя по статье от R.G.Keen активное развитие как раз заняло период с 1998 до 2004 года.
В конце девяностых и начале нулевых расцветала деятельность по публикации схем гитарных эффектом, разводки печатных плат для них силами гитарных энтузиастов и распространения их (схем, не энтузиастов) через форумы и сайты для воспроизводства в домашних условиях посредством ЛУТ технологии.
И в то время ещё не было привычным делом использование кнопки 3PDT с девятью контактами для реализации тру байпаса со светодиодной индикацией. Сейчас практически всегда используют именно её и популярные варианты распайки я приводил в статье номер 77.
Но 20 лет назад такие кнопки встречались крайне редко и цена на них была космическая. Между прочим считается что первым начал применять кнопки 3PDT в гитарных педалях Джордж Триппс, который в те времена продвигал свою продукцию под брендом Way Huge.
И потому в самодельных гитарных педалях применять 3PDT кнопки было достаточно дорого. Альтернатива - кнопки SPDT (3 контакта) или DPDT (6 контактов), они стоили дешевле и встречались чаще. SPST была совсем уж плохим вариантом для домашнего использования. На ней нельзя было построить качественную схему байпаса без применения каких-то дополнительных компонентов, что увеличивало цену полного решения и усложняло использование. Так что более перспективными были варианты на DPDT кнопках, которые как раз уже позволяли обеспечить настоящий true bypass без дополнительных компонентов. Но не решали "из коробки" вопроса индикации.
И одним из вариантов добавления индикации был вариант, примененный в педалях Proco Rat (это был предок миллениум байпаса)
Квадратиками обведены две группы контактов кнопки DPDT, одна группа коммутирует вход, вторая - выход. При этом есть вспомогательная схема с составным транзистором по схеме Дарлингтона (в данном случае важно только то, что у такого транзистора очень высокий коэффициент усиления по току) и высокоомного (10 мегаом) резистора, соединяющего коллектор и базу транзистора. То есть всего лишь два дополнительных элемента, которые широко распространены, легко доступны и недорого стоят. Дальше у нас есть конечно ещё токоограничивающий резистор и светодиод, но их можно не считать, поскольку они будут в любом варианте индикации.
Как же работает эта схема?
1) Положение кнопки как на рисунке.
Сигнал со входного гнезда идёт на выходное (обозначен зелёным). Эффект выключен (находится в байпасе). При этом нам надо, чтобы светодиод был выключен. Это обеспечивается за счет того, что база транзистора контактами кнопки соединена с выходом эффекта. Переменная составляющая сигнала с выхода эффекта нас не интересует. На выходе Proco Rat стоит конденсатор, который отсекает постоянное напряжение. И после конденсатора стоит резистор (обозначен голубым), подтягивающий выход на землю. В схеме индикации применён высокоомный резистор, подтягивающий базу на плюс питания (обозначен красным). Таким образом на базе транзистора будет напряжение, определяемое соотношением величин этих двух резисторов. Резистор на выходе - имеет номинал небольшой, порядка 10 килоом. Резистор на плюс имеет большое значение в 10 мегаом. Так что напряжение на базе будет меньше одного вольта. Этого мало для открытия транзистора, так что ток через него не течёт, светодиод не горит. Так нам и было надо.
2) Второе положение кнопки
Сигнал со входного гнезда идёт на вход печатной платы, с выхода печатной платы - на выходное гнездо. Эффект включен. Светодиод должен светиться.
Так ли это? Да, потому что теперь база транзистора подключена только к +9 вольтам через резистор 10 мегаом. Напряжение на базе высокое. Проблема только в том, что ток мал (ведь он ограничивается резистором с очень большим номиналом в 10 мегаом). Поэтому нам и нужен составной транзистор, чтобы тока в микроамперы хватило для открытия транзистора. Ток через транзистор потечет и светодиод зажжется. Схема работает.
Итак, повторим: у нас настоящий тру байпас. Пока педаль в байпасе - аудиосигнал не идёт не через какую часть схемы. При этом часть выходного каскада педали работает в качестве управляющей схемы для индикации. Это не страшно, пусть себе работает, на звук оно никак не влияет. Когда педаль включена - аудиосигнал снова идёт только по кратчайшему пути, не заходя на схему индикации, снова не оказывается никакого влияния на звук. Включение индикации обеспечивается именно отключением от схемы индикации выходной части схемы. Достаточно остроумное и элегантное решение. Причем добавочных элементов, напомню, всего два. Потому довольно заманчиво применять таком метод в самодельных педалях. Но есть и ограничение - требуется чтобы на выходе эффекта был резистор на землю. Без него не получится обеспечить нужное напряжение на базе транзистора, чтобы закрыть транзистор и погасить светодиод в режиме байпаса.
Резистор на землю есть почти у любой педали, это либо постоянный резистор на землю, либо регулятор громкости. Но вот номинал его может варьироваться и в результате соотношение резисторов будет меняться, что приведёт к изменению напряжения на базе транзистора. И возможно сломает работоспособность схемы. Проблему можно побороть, если дальше увеличивать значение многоомного резистора на плюс питания. Но в реальности номиналы выше 10 мегаом встречаются нечасто, это практически максимальный из широко распространенных номиналов.
Следующая проблема - коэффициент усиления составного транзистора высок, но имеет какое-то конкретное значение. Если мы увеличиваем номинал подтягивающего резистора, то уменьшаем ток. В итоге полученного тока может не хватить для открытия транзистора.
Так что схема рабочая, но только в некоем состоянии равновесия, когда все параметры сошлись в нужных диапазонах. Но если её улучшить, то можно получить универсальное решение, которое и получило в итоге название миллениум байпаса.
Во-первых: транзистор был заменён на полевой. Полевые транзисторы управляются не током, а напряжением. Так что проблема недостаточного для открытия транзистора тока - ушла.
Во-вторых: подтягивающий высокоомный резистор заменён на диод. Это может быть неожиданно, но тем интереснее. Диод включен в обратном включении - катодом к плюсу. Так что он закрыт и ток через него не течёт. В идеальном мире. Но наша вселенная неидеальна и диоды даже в обратном включении пропускают небольшой ток. Он настолько микроскопический, что в большинстве применений им можно пренебрегать, но в данном случае нам именно он и нужен, ведь и очень большой по сопротивлению резистор пропускает через себя очень маленький ток. Нам (напоминаю что у нас тут полевой транзистор) даже этого небольшого тока хватит, чтобы транзистор открылся. Ток течёт через светодиод, индикация работает, все довольны. А купить обычный кремниевый диод типа 1N4148 намного проще, чем очень высокоомный резистор. То есть проблему нахождения нужного высокоомного резистора мы решили универсально.
Теперь переключим кнопку, выход эффекта соединится с затвором и какой бы ни был номинал резистора на выходе эффекта, его будет достаточно, чтобы микроскопический ток, текущий через диод, ушёл с затвора на землю. Транзистор закроется, светодиод погаснет. Таким образом решилась проблема неподходящего номинала резистора на выходе эффекта. Красота!
На самом деле тут видно что есть ещё резистор на 4.7 килоома в параллель со светодиодом. Это сделано для того, что полевой транзистор может не до конца закрываться, тогда через него протекает небольшой ток, чего достаточно чтобы светодиод немного светился. Данный резистор пропускает этот ток с недозакрытого транзистора через себя, так что светодиод окончательно гаснет.
Итак: всё ещё настоящий тру байпас, дополнительных компонентов у нас три: полевой транзистор, диод и резистор. Достаточно бюджетно и удобно.
И во многих проектах печатных плат того времени, например LPB-1 от Tonepad, сразу интегрирован именно этот вариант миллениум байпаса (обведено на схеме). При этом к плате требовалось только подключить проводами DPDT кнопку и всё!
Был и вариант millenium bypass на мосфете, иногда можно встретить и его
Важное уточнение - всё-таки нам обязательно нужно чтобы на выходе эффекта был резистор на землю. Чисто теоретически можно встретить эффект, у которого нет резистора на выходе вовсе. В этом случае миллениум байпас применить не удастся, светодиод будет всегда светиться. Но не стоит забивать себе голову на этот счет, вряд ли кто-то в наши дни будет городить сам в каком-то самодельном эффекте именно миллениум байпас. А те печатки, где изначально он предусмотрен - там он конечно проверен и заработает.
А если всё это было актуально 20 лет назад, но зачем нам это всё сейчас? В общем-то больше для информации. Использовать миллениум в своих проектах смысла нет: 3PDT кнопки стали широко доступны и по цене не особо отличаются от DPDT. А варианты байпаса с использованием микроконтроллеров и реле - дают столько плюшек, что никакому миллениуму и не снилось. Но всё равно знание = сила.
Например, никто не мешает взять какую-то печатку из разведенных с миллениумом и просто проигнорировать соответствующую часть, применив любой актуальный метод байпаса по желанию.
А ещё можно посмотреть на достаточно изобретательный способ решения задачи обеспечения тру байпаса и индикации ограниченными средствами, понять применённые принципы и возможно это когда-то пригодится в жизни, если вдруг понадобится решать подобную задачу (ведь вместо светодиода транзистор может включать и какую-то другую нагрузку).