MOSFET Overdrive

Overdrive et distorsion · Circuit · Bronze

Un booster à MOSFET qui attaque deux MOSFET écrêtant en douceur, chacun à travers la diode intrinsèque de l’autre.

Une overdrive aux bords arrondis. Joue doucement et elle touche à peine ton son ; attaque plus fort, ou monte le Gain, et les notes se penchent dans l’écrêtage et s’aplatissent en douceur au lieu de casser, un genou souple plutôt qu’un mur. Elle a beaucoup de marge avant d’écrêter, si bien qu’elle peut aussi pousser fort un ampli à elle seule. Pour un crunch rythmique chaleureux, ou un solo blues qui s’épaissit quand tu attaques plus fort et se rouvre quand tu joues plus léger.

Son histoire

Il n’y a pas une pédale derrière : elle enchaîne les deux façons dont les fabricants de pédales se servent d’un petit MOSFET. Un MOSFET est un transistor dont l’électrode de commande est isolée du courant qu’elle commande par une fine couche d’oxyde, une sorte de verre. Poussé trop fort, il ne coupe pas d’un coup : comme l’explique Blackstone Appliances, qui fabrique la Blackstone Mosfet Overdrive à New York, il écrête progressivement, comme la plupart des lampes, et dans certains montages très doucement. Un écrêtage doux arrondit le sommet de l’onde ; un écrêtage dur l’aplatit d’un coup et met plus d’énergie dans les harmoniques aiguës.

Le premier usage est l’étage de gain : un MOSFET qui amplifie la guitare. Le BS170, le petit MOSFET dont ce modèle est tiré, est la pièce au cœur du booster Super Hard On de Z.Vex, monté sur un support pour que le guitariste puisse le changer. Le second usage est la diode : certaines overdrives écrêtent sur des MOSFET qui ne sont jamais passants, et c’est la jonction à l’intérieur qui écrête. Blackstone fait remarquer que cela n’a rien à voir avec l’écrêtage doux d’un étage de gain à MOSFET.

La variante que tu joues

La MOSFET Overdrive est écrite pour Robine Studio à partir de ces deux usages :

• un booster : un MOSFET qui amplifie sur 9 V, polarisé depuis son propre drain pour rester bien placé quel que soit le gain. Gain court-circuite sa résistance de source, de 5,1 kΩ jusqu’à 100 Ω : de 0 à 30 dB ;
• deux écrêteurs : deux MOSFET, chacun la grille reliée au drain, tête-bêche en série. Chacun conduit par son canal au-dessus de son seuil dans un sens, et par sa diode intrinsèque dans l’autre : dans les deux sens, le canal de l’un est en ligne avec la diode intrinsèque de l’autre. Le signal est tenu à environ 2,4 V de part et d’autre, avec le genou souple d’une loi quadratique ;
• Volume, après les écrêteurs.

Dans la bibliothèque, elle s’appelle MOSFET Overdrive, avec les overdrives.

Ce qu’elle n’est pas :

• une pédale en particulier : elle ne copie ni la Blackstone, ni la Super Hard On, ni aucune overdrive qui écrête sur des MOSFET ;
• un modèle complet du transistor : les trois MOSFET sont un BS170 réduit à ce qu’un modèle de niveau 1 simule ici, son seuil, sa transconductance et sa diode intrinsèque. Ses résistances et ses capacités d’accès sont laissées de côté ;
• une vraie alimentation : le 9 V est idéal.

Pour commencer

• Gain en bas, Volume à ton goût : le booster n’ajoute presque rien, les notes restent sous les 2,4 V des écrêteurs, et le son reste clair.
• Gain à partir de midi : jusqu’à 30 dB de plus, et les notes atteignent les écrêteurs. Plus tu attaques fort, plus elles s’arrondissent.

Le circuit

Une ligne par composant : son nom, les nœuds où il est branché, sa valeur (1e7 vaut 10 MΩ, 1e-5 vaut 10 µF). Une ligne M est un MOSFET (drain, grille, source, substrat) ; les écrêteurs M2 et M3 ont leur grille sur leur drain. Une ligne P est un potentiomètre (ses deux extrémités puis le curseur entre les deux) ; curseur sur une extrémité, PGain est une résistance variable dans la source du booster.

Robine MOSFET overdrive
* Written for robine-spice. Not a model of a particular pedal: the two uses
* pedals make of a small MOSFET, one after the other.
*   - M1 is a common-source booster on 9 V, biased from its own drain (Rf,
*     Rg) so that it sits right whatever the gain. Gain shorts its source
*     resistance, from 5.1 kOhm down to 100 Ohm: 0 to 30 dB.
*   - M2 and M3 clip. Each has its gate tied to its drain, so it conducts
*     above its threshold one way, and through its body diode the other
*     way. Back to back in series, one's channel is in line with the
*     other's body diode in both directions: the signal is held within
*     about 2.4 V either side, with the soft knee of a square law.
* The model is a BS170 reduced to what a level 1 model simulates here:
* threshold, transconductance and the body diode. Its terminal resistances
* and capacitances are left out.
Vin in 0 DC 0
Rin in 0 1e6
C1 in g 1e-7
Rf d g 1e7
Rg g 0 1e7
M1 d g s s bs170
Rd vcc d 5.1e3
Rs s sg 1e2
PGain sg 0 0 5e3 taper=antilog pos=0.6
Vcc vcc 0 DC 9

C2 d a 1e-5
Ra a 0 1e5
Rclip a clip 4.7e3
M2 clip clip mid mid bs170
M3 0 0 mid mid bs170

PVolume clip out 0 1e5 taper=log pos=0.7
Rload out 0 1e6
.model bs170 NMOS(LEVEL=1 VTO=1.824 KP=0.1233 IS=1e-15)
.input Vin
.output out

Mesurée face à

Aucune vraie pédale : il n’y en a pas qu’elle prétend être. Elle est mesurée face à ngspice, le simulateur de référence, sur le même circuit et le même signal : l’écart est de −116,1 dB à 48 kHz et −114,9 dB à 192 kHz, et ses deux boutons sont d’accord avec lui, aux deux bouts de leur course et au milieu. Les tests de robine-spice la tiennent aussi à la sortie de ngspice : un changement du moteur qui la ferait bouger casse la compilation.

Sa note

Bronze, score 100. Le calcul est juste : sur tout ce qui pouvait être mesuré, elle a la note pleine. Elle reste au bronze parce que rien de réel ne lui a été comparé (la note dit : 0 réglage sur 1 proche d’un vrai appareil), et rien ne peut l’être, puisqu’elle n’est la copie d’aucune pédale.

Sources : Blackstone Appliances, Mosfet Overdrive, Audiofanzine, un avis d’utilisateur sur la Z.Vex Super Hard On, Distortion (music) (Wikipédia).