Diseño de un amplificador basado en Nutube de Korg. Segunda parte: prototipado
Esta es la segunda entrega de una serie sobre el diseño de un pedal de guitarra para amplificación y distorsión basado en Nutube. Nos quedamos en el diseño del amplificador y en la elaboración de un pequeño circuito de prueba, aquí tienes la primera parte.
Circuito básico
El circuito anterior es lo mínimo que se necesita para un amplificador Nutube de una etapa. Consta de lo siguiente:
• Un regulador 3v3, en este caso, el LM317T
• Una etapa de entrada
• Polarización
• Una resistencia pull-up de salida
Se requiere un regulador
(Circuito LM317 mínimo, se debe prescindir del símbolo invertido)
Nutube requiere una polarización de aproximadamente 2,5 V y el filamento necesita 0,7 V. La tensión de la placa no depende de esto, por lo que independientemente de la tensión de funcionamiento, debemos proporcionar estas fuentes de baja tensión.
Dado que ambas fuentes tienen una corriente baja (valor de mA bajo), podemos usar un regulador lineal, y al igual que en el diseño de referencia, podemos alimentarlas a partir de una sola fuente dividiendo su resistencia.
Sin necesidad de entrar a fondo en el diseño de un regulador lineal, no son eficientes y generan calor al disminuir la tensión. La ecuación es P = (Vin – Vout) * I. En otras palabras: si la caída de tensión o la corriente son altas, también lo será la potencia. Ten esto en cuenta si vas a añadir otros circuitos al diseño y no intentes reducir la intensidad.
La ventaja de utilizar un regulador lineal es que resulta sencillo y podemos reducir el ruido del sistema en comparación con un regulador de conmutación a expensas de la pérdida de potencia adicional.
Entrada/salida pasivas
La etapa de entrada consiste simplemente en un condensador de 1 μF para el acoplamiento de CA.
La polarización se crea con un potenciómetro de 22 kΩ que permite el ajuste. Esto permite un suministro variable de 0-3,3 V. La corriente disponible con 22 kΩ es de 150 µA, que debería ser más que suficiente para proporcionar la corriente de red de 6 µA.
La salida es solo una elevación en la tensión del ánodo (esta será la tensión de salida del amplificador si la salida no está acoplada con la CA). El valor de esta elevación se puede ajustar para proporcionar más corriente de salida, pero es importante mantenerse dentro del límite de potencia del tubo: 1,7 mW.
Configuración de prueba
Para probar el circuito utilizamos un generador de onda sinusoidal antiguo que ya teníamos. No obstante, teniendo en cuenta que vivimos en la época de Arduino, puedes construir el tuyo propio con un Arduino Due siguiendo este tutorial. Un multímetro no te será de gran ayuda para averiguar lo que sucede, por lo tanto, te recomendamos que prepares un osciloscopio.
Lo primero que debemos hacer es ajustar la polarización de modo que se sitúe en torno a 2,5 V mediante el ajuste del potenciómetro; se puede usar para esto un DVM.
Después, inyectaremos una onda sinusoidal de aproximadamente 200 mV (un valor más que razonable para la pastilla de una guitarra). Tal como se puede ver en el gráfico anterior, Nutube tiene una capacidad de amplificación de 3,5 veces. Es tal como se esperaba ya que 5 veces sería el máximo y un valor inferior sería probable debido a la carga que proporcionamos al crear un divisor de potencial. ¿Pero tenemos o no tenemos una carga?
Vamos a usar un osciloscopio para medir la salida y el circuito equivalente del osciloscopio acabará siendo una resistencia a tierra de 1 MΩ de impedancia. Esto solo es 3 veces la resistencia del ánodo, así que tendrá un efecto significativo. Será necesario contemplar esto en el circuito final ya que no podemos confiar en una impedancia de entrada de 1 MΩ (o más) en el dispositivo acoplado a nuestra salida.
A continuación, podemos probar otras formas de onda: una onda sinusoidal con una frecuencia mucho más alta y una onda cuadrada (poco conveniente para un amplificador).
La onda de alta frecuencia no parece atenuarse ni distorsionarse (visualmente), por lo que Nutube está haciendo bien su trabajo y tiene un ancho de banda suficiente para el audio al menos. La onda cuadrada es interesante, ya que nos ofrece una indicación de la estabilidad del amplificador; los extremos de inicio/fin tan pronunciados pueden usarse para comprobar un aspecto denominado respuesta de paso. Un sistema estable o con un amortiguamiento alto no producirá un sobreimpulso en tal caso. Nutube ofrece sin duda un amortiguamiento alto. Esto es algo favorable y debería servir para generar un "efecto de sonido" que ayudará a cambiar el tono del audio.
Por último, debemos probar la entrada máxima antes de alcanzar la distorsión. En este caso alrededor de 1 V pico a pico. Con cualquier valor superior a este, la salida empezará a "cortarse" y se distorsionará (puede que sea el efecto deseado). Lo bueno es que podemos cambiar este umbral de corte ajustando la tensión de polarización.
Los siguientes pasos
Ya casi estamos para empezar con el proceso CAD. Debemos tener en cuenta la impedancia de salida y, posiblemente, también la entrada. No obstante, si la alimentación se recibe de otro dispositivo, se espera una impedancia de 10 kΩ, un valor al que nos aproximamos usando un potenciómetro de polarización de 22 kΩ.
La salida se optimizaría con algún tipo de amplificador buffer, que podría tratarse de un amplificador operacional o un circuito FET/BJT sencillo que simplemente cambiaría de una impedancia alta a otra más baja en la salida. Esta impedancia de salida puede ser también un problema para la configuración en cascada de dos amplificadores, por lo que será necesario utilizar el acoplamiento de CA.
Puede que queramos probar algunos sonidos en el diseño, aunque la placa de pruebas es bastante ruidosa y no nos permite obtener justo lo que esperamos. Además, ahora sería el momento ideal para probar algunos amplificadores de salida de ganancia de unidad.
Para finalizar
Tras probar nuestro sistema Nutube y habernos familiarizado con el circuito, es momento de dejarlo por ahora y despedirnos hasta la próxima entrega. Si no puedes esperar, puedes elaborar una placa perforada. Al final de la próxima entrega, podremos ponernos manos a la obra con el proceso CAD para elaborar un prototipo.