Análisis buffer LME. Tipos de circuitos y espectograma

Análisis Buffer LME

En este artículo vamos a adentrarnos en datos más técnicos, en cuanto a electrónica, y el análisis buffer realizados por el equipo de LME.

Una cuestion típica que nos suelen hacer es como o por qué añadir un buffer a una pedalera. Lo primero, este tipo de circuitos previenen la pérdida de definición del sonido de la guitarra debido a las cargas o grandes longitudes de cable. Los cables no son ideales. Estos tienen una resistencia y una capacitancia que se hace más grande cuanto mayor es la distancia. Esta resistencia y capacitancia hacen de filtro pudiendo notar una pérdida de frecuencias, sobre todo en los agudos. Esto es incrementado debido a la alta impedancia que presentan las pastillas de la guitarra.

Si queremos evitar este problema es recomendable usar un buffer al principio de la cadena de efectos. El buffer tiene una alta impedancia de entrada y una impedancia baja de salida con una ganancia cercana a 1. Es un excelente añadido si lo colocas delante de tu antiguo wah-wah o otro tipo de circuito que pueda afectar a altas frecuencias. Los buffers son simples y fáciles de usar.

El espectograma de señal con buffer vs sin buffer:

Análisis buffer Señal con buffer vs sin buffer

Para empezar el análisis buffer observar esta imagen de la comparativa entra una señal con buffer respecto a otra sin buffer. Se ha utilizado la misma guitarra conectando esta a la entrada del analizador de espectograma. La única diferencia radica en la utilización del buffer. En la parte de arriba se ha utilizado el The King Buffer y en la parte de abajo el mismo acorde pero con la guitarra directamente al analizador. Además se han utilizado 10 metros de cable y ningún elemento más.

Como se puede observar hay una gran cantidad de los agudos que se pierden. Ahí radica la magia del buffer.

Una vez visto graficamente el análisis buffer, introduzcamosnos un poco en la electrónica.

Previo, Voltaje de referencia, Vr:

Como obtener voltaje de referencia

Antes de todo, vamos a ver un fragmento de un circuito que será necesario para algunas variaciones del buffer. Como se muestra en la izquierda, el bloque resistencia/condensador propociona el voltaje de referencia que se puede utilizar para polarizar el transistor o el amplificador operacional con el mejor rango operátivo posible.

El punto marcado como “Vr” (Voltaje de referencia) está conectado al punto también marcado como Vr en el esquema

Si ya se ha establecido un voltaje de referencia en un circuito al que se va a agregar una entrada en búfer, el Vr existente se puede aprovechar y usar para la referencia del búfer.

El buffer simple JFET:

Buffer JFET sin polarizar

Probablemente, el búfer más fácil sea el JFET con Drain común al amplificador. La impedancia de entrada está determinada por el valor de R1 y es 1M (común para guitarras) como se muestra en este ejemplo. El valor de R2 no es demasiado crítico y puede tener cualquier valor desde 3.3k a 10k sin mucha variación en el sonido.

Nosotros preferimos usar valores más bajos, ya que esto permite más impulso en la parte negativa del ciclo de audio, donde el único pull-down es la resistencia de origen. Esta configuración tiene menor número de componentes, pero está limitada porque si la tensión de entrada excede el gate-source, el voltaje directo + el voltaje de polarización en la fuente, la señal se recortará.

Esta configuración no es normalmente aplicable a transistores bipolares o mosfets, que requieren un voltaje de polarización positiva (para dispositivos tipo N). La impedancia de entrada es aproximadamente la del valor R1.

La impedancia de salida dependerá del JFET y será del orden unos pocos cientos de ohmios.

Añadimos Vr a nuestro buffer JFET:

Buffer con JFET polarizado con Vr

El buffer Jfet basico del que hemos estodo hablando anteriormente se puede mejorar conectando una resitencia en el GATE al voltaje de refencia en lugar de a tierra.

Esto permite que el voltaje en el GATE funcionar con un voltaje de polarización másalto, que incrementa el headroom y permite un gran nivel en la entrada antes de recortar la señal.

El punto Vr en el circuito se conecta a una fuente de voltaje de polarización tal y como se muetra en el primer párrafo.

La impedancia de entrada vuelve a ser aproximadamente el valor de R1.

Se puede aumentar fácilmente hasta 10 M o más para obtener un sonido más limpio con fuentes de señal de alta impedancia, como humbuckers de alta potencia o piezoeléctricos, con solo una ligero incremento en el ruido aportado por el valor más salto de R1.

Buffer JFET alternativo, sin Vr:

Buffer JetSi no tienes una fuente de polarización disponible para Vr y quieres mantener el número de componentes, la polarización del GATE puede establecerse mediante un par de resistencias, como se muestra en este ejemplo. La impedancia de entrada es el valor de R1 en paralelo con R3, o 500k ohmios como se muestra en este ejemplo, pero puedes aumentar fácilmente sus valores hasta 2M para mantener la entrada Z de 1M.

 

 

Buffer alternativo con transistor bipolar:

Buffer con transistor bipolar

Un transistor bipolar también se puede poner en funcionamiento  si la impedancia de entrada no tiene que ser tan alta como la suministrada en los JFET. La ventaja es que los bipolares generalmente tienen una menor impedancia de salida y generalmente son más fáciles de encontrar. La desventaja es la menor impedancia de entrada disponible en comparación con los FETs.

 

 

Buffer con Transistor Bipolar con Vr:

Buffer con bipolar polarizado con Vr

Ahora mostraremos una configuración alternativa que usa la polarización de voltaje en la entrada de la misma manera que el segundo ejemplo de jfet anterior. Este es el buffer utilizado en los famosos pedales Overdrives Ibanez TS -series.

 

 

Buffer con Mosfet:

Buffer Mosfet

Si usas un diodo zener de 9v (D1) se usa para protección estática en el GATE del mosfet. Los Mosfets tienen capacitancias elevadas entre sus electrodos y, aunque no existe un Efecto Miller* para multiplicar esas capacidades, su valor puede, no obstante, ser lo suficientemente alto como para causar un desplazamiento de altas frecuencias según las características individuales de los transistores Mosfet.
* El Efecto Miller da cuenta del incremento en la capacitancia de entrada equivalente de un amplificador inversor de voltaje debido a la amplificación de la capacitancia entre los terminales de entrada y salida. La capacitancia de entrada adicional debida al efecto Miller está dada por la ganancia del amplificador y C, la capacitancia de retroalimentación.

También es posible usar un par de resistencias de 10M para proporcionar el voltaje de polarización en el GATE del mosfet.

Buffer con operacionales:

Buffer opAmp Vr

Un amplificador operacional es la mejor opción para fabricar un buffer aunque muchos creen que son un poco más fríos y más estériles que las versiones de transistores.

La ganancia de amplificador operacional es exactamente la unidad y la impedancia de salida es más baja; normalmente se mide en decenas de ohms en lugar de cientos como con los transistores. También utiliza menos componentes que cualquiera de los búferes simples presentados aquí.

Polarización del buffer con operacionales sin Vr:

Polarizando buffer OpAmp

La polarización del divisor de tensión también es posible con el amplificador operacional y la impedancia de entrada es calculada de la misma manera que con las versiones de transistor con polarización similar.

 

Este búffer basado en amplificador operacional invierte la señal, lo cual es útil cuando se usa junto con las siguientes etapas de ganancia que también invierten la señal y, por lo tanto, harían que la salida no se invirtiera en comparación con la entrada. Esto es importante si la señal se mezcla con otras señales de la misma fuente, ya que de lo contrario podría producirse una cancelación.

Ganancia Unitaria en el buffer con Op-Amp:

La ganancia es unitaria y está configurada por R2 / R1. El pequeño condensador de 5pF es opcional y gradualmente salen las altas frecuencias por encima del rango audBuffer OpAmpible. La impedancia de entrada de este circuito es el valor de R1. T

Varios:

Tras el análisis buffer de los diferentes tipos. La elección del tipo de transistor JFET o bipolar no es crítica, ya que casi cualquier transistor funcionará bien sin problemas. La ganancia de las versiones de transistores es ligeramente inferior a 1, probablemente de 0,9 a 0,96. Los transistores con mayor hfe estarán un poco más cerca de la ganancia de la unidad.
Los circuitos basados en transistores tienen un rechazo de ruido de fuente de alimentación muy pobre. Alimentarlos con pila funciona bien con ellos, pero si se usa con un adaptador de CA, debe estar bien filtrada y libre de zumbidos o el ruido se combinará con la señal.
Para los circuitos JFET o Mosfet que usa una sola resistencia en el GATE para la polarizacion, puedes aumentar el valor de R1 para proporcionar una impedancia de entrada más alta. Normalmente se usa JFETs en entradas y bipolares para buffers de salida donde se necesitan mejores características de dinámica.

Puedes consultar el artículo anterior al análisis buffer, del blog sobre buffers:

¿Qué es un buffer para guitarra?

Gracias al gran Jack Orman: http://www.muzique.com/lab/buffers.htm

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