Categoría: Electrónica

¿Qué es la impedancia de salida y por qué debería importarme?

La impedancia de salida o impedancia de la fuente Ri de una fuente de señal perfecta es 0Ω. Cuando se habla de fuentes de voltaje de CC, también se le llama resistencia interna (por eso la llamo Ri aunque la pastilla de una guitarra sea una fuente de señal de CA). La pastilla (pasiva) de una guitarra no es en absoluto una fuente de señal perfecta (Ri > 0Ω). Esto significa que el voltaje de salida caerá cuando se conecte a una carga (pedales de efectos, amplificador). Este efecto será más significativo cuanto mayor sea la impedancia de salida de la pastilla de tu guitarra y menor sea la impedancia de entrada de tu amplificador/pedal de efectos (divisor de voltaje entre Ri y RL).

Hace poco simulé el circuito de un Fuzz Face con LTspiceIV y me di cuenta de que la impedancia de salida de la guitarra afecta a la forma de onda de salida final del pedal de efectos.

Ejemplo:

Esquema del Fuzz Face:

Forma de onda de salida de un Fuzz Face con una fuente de señal perfecta(Ri=0Ω) En la entrada:

Forma de onda de salida de un Fuzz Face con una fuente de señal realista (Ri=10kΩ)En la entrada:

Tienes que descubrir por ti mismo si te gusta el sonido de estas interacciones o no. Si no te gusta, deberías replantearte el orden en el que están dispuestos los efectos de tu guitarra en la cadena de señal. Los pedales de buffer y booster/previo tienen una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Se pueden utilizar para conservar la forma de onda original que proviene de las pastillas de tu guitarra cuando se usan como el primer pedal de la cadena de señal. Las pastillas activas de guitarra son incluso mejores que los pedales de buffer porque el cable de la guitarra también es una carga (capacitiva).

¿Cómo medir la impedancia de salida de la pastilla de tu guitarra?

Para medir la impedancia de la fuente de tu guitarra necesitarás un osciloscopio. Si no tienes uno, puedes usar mis resultados, ya que no variará demasiado. Por cierto, el modelo exacto de la pastilla de mi guitarra es una Seymour Duncan SH-4 JB en la posición del puente.

1. Mide el voltaje pico a pico con la salida abierta:
   Sube el volumen de tu guitarra al máximo para asegurarte de que los potenciómetros no influyan en tu medición. Luego rasguea una nota (yo rasgueé la cuerda Mi más gruesa).
   

   

2. Mide el voltaje pico a pico con una carga (RL=1kΩ):
   Rasguea la misma nota con la misma intensidad que antes para obtener los mejores resultados.
   

3. Calcula la impedancia de salida de la pastilla de tu guitarra:
   Finalmente, podemos tomar las fórmulas del divisor de voltaje de arriba y sustituir las variables por nuestros valores medidos.
   
   Resultado: La impedancia de salida de mi guitarra es de unos 10kΩ.

Nota: La impedancia cambia con la frecuencia. Este resultado solo es válido para la cuerda Mi grave, sin embargo podemos asumir que no cambiará drásticamente. Para obtener un resultado más detallado puedes repetir este procedimiento a diferentes frecuencias (diferentes notas).

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Las guitarras tipo Gibson suelen tener dos pastillas humbucker, un potenciómetro de tono y uno de volumen para cada pastilla, y un conmutador selector. ¿Cómo están cableados exactamente estos componentes y cómo afecta la posición de los potenciómetros a tu sonido? En este breve artículo daré respuesta a estas preguntas y te explicaré algunas ventajas y desventajas de este esquema de cableado. También te mostraré la respuesta en frecuencia de los distintos ajustes.

Esquema de cableado

En el diagrama puedes ver que cada pastilla tiene controles independientes de tono y volumen. La ventaja evidente de este esquema de cableado es que puedes configurar dos sonidos independientes y cambiar fácilmente entre ellos con el selector.

Ejemplos de configuración:

• Rock clásico
  Nastilla del mástil: Volumen 100%, Tono 0% (sonido solista cremoso)
  Pastilla del puente: Volumen 70%, Tono 100% (sonido rítmico crujiente/crunch)
  Este es un ajuste típico de guitarra para rock clásico en el que puedes conmutar entre el sonido solista y el rítmico.
• Boton de silencio (Kill Switch)
  Nastilla del mástil: Volumen 0%, Tono 100% (cortocircuito: sin salida)
  Pastilla del puente: Volumen 100%, Tono 100% (sonido rítmico o solista de gran salida)
  Esta configuración se puede utilizar como un efecto especial en lugar de un kill switch: mueve rápidamente el selector hacia arriba y hacia abajo para crear un efecto tipo trémolo.

Una desventaja del control de volumen independiente es que la posición combinada del selector solo es útil si igualas los ajustes de volumen de ambas pastillas. Si no lo haces, una pastilla se impone a la otra y no se aprecia mucha diferencia respecto al sonido de una sola pastilla.

Otra desventaja del control de volumen pasivo en general es que, con ajustes de volumen bajos, la impedancia de salida es muy alta -> Tu señal es más sensible a las interferencias electromagnéticas y genera más ruido. Este problema no existe con las pastillas activas para guitarra.

Respuesta en frecuencia

Simulé la respuesta en frecuencia de diferentes ajustes usando LTspice XVII. La fuente de señal que utilicé tiene una respuesta en frecuencia plana y una resistencia de salida de 10k.

Conclusiones:

• El control de tono es un filtro paso bajo ajustable
• El ajuste de tono no varía con los diferentes ajustes de volumen (la frecuencia de corte se mantiene constante)
• Solo se produce un cambio de tono significativo entre el 0% y el 10% del valor del potenciómetro de tono -> Recomiendo usar potenciómetros logarítmicos para compensar esta falta de linealidad

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Elegir el amplificador operacional (en corto: op amp) adecuado para tu proyecto DIY puede ser una tarea difícil. La variedad de amplificadores operacionales es comparable al número de estrellas en el cielo y la cantidad de especificaciones en la hoja de datos a veces es abrumadora, así que ¿cómo elegir el amplificador operacional adecuado para un proyecto específico? A continuación quiero darte una visión general de las especificaciones de la hoja de datos más importantes en las que deberías fijarte. Esta pequeña guía está dirigida a principiantes en electrónica que quieran profundizar un poco más en el tema de los amplificadores operacionales.

¿Qué es un amplificador operacional?

Un amplificador operacional es básicamente un amplificador diferencial con una amplificación muy alta (idealmente infinita). Tiene una entrada no inversora y una inversora, una salida y, por supuesto, pines para la fuente de alimentación. Utilizando la retroalimentación desde la salida a una de las entradas puedes realizar muchos circuitos diferentes, por ejemplo, amplificadores inversores y no inversores (con amplificación finita), integradores, diferenciadores, filtros de paso bajo y paso alto, y muchos más. Para leer más sobre los diferentes circuitos, consulta la publicación de Texas Instruments "AN-20 Guía de aplicaciones para amplificadores operacionales”.

Las especificaciones más importantes de la hoja de datos:

1. Tensión de alimentación

La especificación más importante que debes verificar en la hoja de datos es el rango de tensión de alimentación. Lo encontrarás en las Condiciones recomendadas de funcionamiento. Si tu tensión de alimentación es demasiado baja, tu amplificador operacional no funcionará correctamente; si es demasiado alta, podrías incluso destruirlo.

2. Rango de tensión de entrada en modo común

Esta especificación a veces se pasa por alto. El rango de tensión de entrada en modo común define el rango de tensión permitido en tus entradas sin que el amplificador operacional falle. Los amplificadores operacionales con entradas rail-to-rail tienen un rango de tensión de entrada en modo común de V- < Entrada V < V+, otros pueden incluir solo el carril positivo o el negativo, o ninguno.

Ejemplo:
El rango típico de tensión de entrada en modo común del TL072 incluye el carril positivo y necesita 3 voltios de margen con respecto al carril negativo:
V- + 3V < Entrada V < V+                  →a 10 V de tensión de alimentación, tu rango de tensión de entrada es de 3 V a 9 V

En las Condiciones recomendadas de funcionamiento, TI añade un gran margen de seguridad:
V- + 4V < Entrada V < V+ – 4V         →a 10 V de tensión de alimentación, tu rango de tensión de entrada es solo de 4 V a 6 V.

Si quieres diseñar tu circuito correctamente, debes utilizar el rango de tensión indicado en las Condiciones recomendadas de funcionamiento (valores mínimos); sin embargo, si estás desarrollando una unidad individual, puedes apañártelas utilizando los valores típicos mediante el descarte y selección de los amplificadores operacionales.

3. Impedancia de entrada

La impedancia de entrada de los amplificadores operacionales es de especial interés cuando la impedancia de la fuente de señal es alta, por ejemplo, al usar pastillas de guitarra pasivas. Si es así, es posible que desees elegir un amplificador operacional con entradas JFET (la impedancia de entrada alcanza hasta 1000 GΩ). Los amplificadores operacionales con entradas bipolares suelen tener impedancias de entrada de unos 10 MΩ.

4. Ruido de entrada equivalente y distorsión armónica típica

Los amplificadores operacionales no solo amplifican la señal de origen, también añaden armónicos y ruido. El ruido de entrada equivalente y la distorsión armónica típica se indican por separado o mezclados como THD+N.
Para aplicaciones de audio es esencial elegir un amplificador operacional con bajo ruido y distorsión.

5. Corriente de alimentación

Si tu dispositivo funciona con baterías, es importante vigilar la corriente de alimentación. La corriente de alimentación o corriente de reposo proporciona información sobre el consumo de energía del amplificador operacional sin carga.
Lamentablemente se aplica la regla de que las corrientes de alimentación bajas dan como resultado un ruido elevado. Como ves, elegir el componente adecuado es siempre un compromiso – bienvenido a la electrónica 😉

6. Impedancia de salida

La impedancia de salida es importante si la impedancia de carga es baja, por ejemplo, si quieres alimentar unos auriculares o un LED. La impedancia de salida tiene que ser mucho menor que la impedancia de carga; de lo contrario, habrá una gran caída de tensión en la salida (divisor de tensión entre la impedancia de salida y la impedancia de carga). Si no encuentras la impedancia de salida en tu hoja de datos, la corriente de salida de la fuente te dará información similar.

Para obtener información detallada sobre las especificaciones mencionadas anteriormente y más, te recomiendo leer la publicación de TI "Comprender las especificaciones de los amplificadores operacionales“.

¿Cómo encuentro el amplificador operacional adecuado?

A mí personalmente me gusta utilizar el sitio web de Texas Instruments, porque puedo escribir las especificaciones que son importantes para mí y el sitio web me muestra los amplificadores operacionales adecuados, incluido un precio aproximado. Si también quieres incluir a otros fabricantes, una gran manera de hacerlo es utilizar la función de búsqueda de un gran distribuidor, p. ej. Mouser.

Espero que esta pequeña guía te resulte útil. Si eres guitarrista, echa un vistazo a los productos de este sitio web: Mi empresa Songbird FX es un fabricante de pedales de guitarra recargables por micro-USB de alta calidad.