¿Diseño Opamp para fuentes de baja impedancia?

Pastilla de guitarra de baja impedancia

Estoy terriblemente confundido... Hace algún tiempo intenté construir una pastilla de guitarra de baja impedancia.

Introducción rápida de recogida LowZ

Básicamente, solo dos bucles de aluminio con dos imanes, una pastilla de guitarra humbucker con un solo bucle por imán.

Las tres lengüetas son los terminales, pero las exteriores están conectadas de manera que solo hay una salida más tierra. Los polos de los imanes están en la parte superior e inferior, uno de ellos gira 180 grados. Esto da como resultado el efecto humbucking deseado.

El plan

Conecté todo el shebang a mi interfaz de audio (conectado a los pines Gnd y Hot de un XLR con el frío en cortocircuito a tierra) y he aquí que en realidad hay audio proveniente de esta cosa.

El problema es que la salida es súper silenciosa y tengo que aumentar la ganancia a +30db antes de poder escuchar algo. Mi plan era diseñar un preamplificador opamp simple para aumentar la señal lo más cerca posible de la fuente.

Ahora definitivamente no soy ingeniero eléctrico, pero este no es mi primer rodeo. Así que busqué el circuito opamp inversor básico y lo conecté a una placa de prueba. Más específicamente, utilicé los esquemas de aquí , pero los modifiqué para darme una ganancia de aproximadamente 35x (alrededor de +30db). Conectó la salida como antes, señal a caliente, gnd a gnd y frío. Este es un TL072 para pruebas, quise cambiarlo por un amplificador operacional de ruido ultra bajo una vez que esto funcione.

Opamp en Breadboard

(Si no recuerdo mal, esta es la Figura 4 del artículo Nuts'n'Volts, solo para darle una idea de mis condiciones de protoboarding, noté que ni siquiera muestra la conexión de salida)

El problema

¡Tararear! En lugar de dulces sonidos de guitarra, obtengo un zumbido. Definitivamente no hay señal ahí.

lo que probé

Con fines de prueba, conecté un potenciómetro para controlar la ganancia y descubrí que el zumbido desaparece con la ganancia unitaria. La señal vuelve a ser audible entonces.

Hizo un diseño de dos etapas con una ganancia unitaria y una etapa de ganancia de 35x. Todavía tarareando, sin señal.

Comprobé el ancho de banda de ganancia unitaria, pero a 3 MHz para la ganancia TL072 35x no debería ser un problema.

Probé un transformador de 1:35 en su lugar ... Pero los transformadores son mágicos para mí y no logré obtener nada de ellos.

La pregunta

Sospecho que es la impedancia súper baja de la propia pastilla. Básicamente es un corto contra el suelo. Pero aquí es donde mi conocimiento eléctrico me falla.

TL;DR: ¿Qué me estoy perdiendo al diseñar mi preamplificador de pastilla de guitarra LowZ?

los cables largos en la placa captarán el ruido
Tal vez mi cabeza esté de lado esta mañana, pero en la foto de arriba, el pinout para el TL072 se ve mal en la placa. Tal vez te perdiste donde crees que está el pin 1... también, ¿conexiones de alimentación?
@ChrisKnudsen El pin 1 debe estar en la parte superior izquierda de la imagen, los pines son 1OUT, 1IN-, 1IN+, Vcc-; 2IN+, 2IN-, 2OUT, Vcc+ según la hoja de datos. Conexiones de alimentación -> Bastante justo... Probablemente debería quitar la foto... La tomé en algún momento durante la construcción o después del desmontaje aparentemente.
@jsotola De acuerdo, pero es más el tipo de zumbido de "poner el dedo en la línea de señal". Profundo y vibrante. Zumbido de tierra.
@fho - De hecho (mi cabeza está de lado). Estaba pensando en el pinout del 071. Será mejor que busque más café.
Diseño interesante. Mi sugerencia sería buscar circuitos de preamplificación diseñados específicamente para micrófonos de cinta, que tienen una impedancia de fuente extremadamente baja similar. Básicamente, desea pensar en la captación como una fuente de corriente, no como una fuente de voltaje, por lo que "amplificador de transimpedancia" podría ser un término de búsqueda útil.
En caso de que cambie la mala recepción (percibida) de esta pregunta: la captación directamente en un mezclador produce una señal casi utilizable. Pero mi mezclador es un poco viejo y esperaba obtener un mejor resultado con un preamplificador dedicado con un amplificador operacional más actual. Pero hasta ahora no he podido obtener ningún resultado utilizable de mi TL072s... Para ser justos, desconocía por completo el suministro mínimo de +-11V. Creo que vi otros diseños en línea que usaban el TL07xs de una batería de 9V. se encoge de hombros
@fho - ¿Qué +/- 11 V mínimo? La página 10 de la hoja de datos de TI dice que funcionará una diferencia de 10 voltios (+/- 5), por lo que funcionará con 9 voltios. El problema es que necesitará construir un terreno virtual si usa una sola batería. Y por favor, por el amor de la piedad, deshazte de la imagen y reemplázala con una imagen de lo que realmente estás usando.
Micrófono de cinta @DaveTweed o un amplificador de gramo de bobina móvil (son bastante similares). Si está haciendo lo del amplificador operacional, desea un dispositivo bipolar diseñado para una fuente de baja impedancia (el ruido de voltaje de un 07x lo matará por esto), pero realmente una gran cantidad de transistores Rb 'bajos en paralelo es la forma de apostar.

Respuestas (2)

Aparte de que el TL074 requiere una fuente de alimentación mínima de 10 voltios para garantizar que funcione correctamente, se enfrenta a una gran lucha cuesta arriba con esta idea. No usaría un sitio que recomiende ejecutar este chip (o el TL064) con una batería de 9 voltios.

Considere que un humbucker adecuado tiene quizás 1000 vueltas en cada cachorro y esto significa que para una determinada vibración de cuerda obtendrá 1000 veces la señal en comparación con una sola vuelta.

Luego, debido a que la señal de salida básica es tan baja, está "luchando" contra el zumbido y el ruido de otras fuentes (como el cableado básico de su obra maestra a los potenciómetros y el enchufe). Este zumbido/ruido no puede ser contrarrestado por el principio de zumbido.

Sumado a esto, puede usar un amplificador operacional con un rendimiento de ruido moderado para mantener a raya el silbido de un humbucker normal, pero para su obra maestra necesitará un rendimiento de ruido que podría ser 1000 veces mejor. Un amplificador operacional de audio razonable típico tiene una densidad espectral de ruido equivalente a unos 10 nV por H z pero el dinero no comprará uno que sea 1000 veces mejor.

Olvídese de esta loca idea y enrolle más vueltas y obtenga más señal.

Debo agregar que esto no es de ninguna manera "mi loca idea". El diseño básico lo venden compañías como Lace (Alumitones: goo.gl/images/ZdpBhn ). No parten las lengüetas en tres, y básicamente utilizan una pinza amperimétrica en la parte compartida. También existen varias publicaciones antiguas en foros de audio de bricolaje donde las personas construyen este tipo de camioneta.
Además: mi plan era poner el amplificador operacional en una pequeña placa de circuito impreso en el interior de la camioneta, lo más cerca posible de la fuente. Piezas Smd con la parte posterior de la placa de circuito impreso siendo contactos de cobre con las lengüetas.
Es tu idea loca a menos que puedas demostrar que es lo mismo que un producto/diseño comercializado. El diablo está en el detalle; He leído todos los detalles de su diseño y si alguien más propusiera lo mismo y me dijera que podría vender cientos al año a clientes satisfechos probados, entonces sugeriría que alguien se engaña. Como no tengo información de diseño detallada sobre los que están actualmente disponibles en el mercado ni idea sobre la opinión del cliente, no puedo comentar más que reiterar que su idea básica es defectuosa y loca frente a mi respuesta.
No importa qué tan cerca coloque su opamp, no puede anular sus fallas básicas en el sentido de que producirá demasiado ruido de fondo / silbido para ser algo más que una curiosidad. ¡He construido cachorros por cierto!
Andy tiene razón, su señal queda enterrada en el ruido con este enfoque. Puede probar un circuito amplificador de transimpedancia para tener una esperanza de éxito. Comience con una ganancia de entre 1000 y 10 000.
¿Y Lace vendiendo un producto similar (usando un transformador para "amplificación") no cuenta para usted? Para no desacreditar tu respuesta, definitivamente no soy el experto aquí.
Vale... Probaré suerte con un amplificador de impedancia de trance. 👍
@fho, tienes toda la razón, independientemente de la respuesta innecesariamente histriónica de "Andy aka". Su pastilla es muy similar a la pastilla "Lace Alumitone" que se ha vuelto popular recientemente, que es básicamente una "pastilla de una vuelta". Lo que no veo en su circuito, que tienen los aluminone, es un transformador elevador. para aumentar el voltaje. Recientemente se publicó un video sobre este diseño de pastilla, que puede ser interesante para usted: youtube.com/watch?v=5qMdDuUzgig . Tenga en cuenta que Dylan hace referencia a la patente, por lo que es posible que desee ver eso para obtener la especificación del transformador.
@MikeBattaglia mi respuesta no es histriónica y, si la idea detrás de la pregunta era buena o útil, ¿quizás los medios se olvidaron de informar sobre este hecho?
Variando las vueltas cambia la relación tensión/corriente pero no la potencia . Más vueltas dan un voltaje más alto pero una corriente más baja . El equipo de audio típico es sensible al voltaje, por lo que más voltaje generalmente se traduce en "más fuerte". Pero hay compensaciones. Más giros significan una mayor autocapacitancia, lo que les da su distintiva resonancia de rango medio, pero menos agudos. Es perfectamente válido construir una pastilla de bobina de 1 vuelta: solo necesita alimentar eso en un equipo de detección de corriente ... que probablemente tendrá que hacer usted mismo.

respuesta del ingeniero

La solución más fácil, rápida y económica a este problema es copiar lo que hizo Lace con su serie Alumitone:

  1. acortar las "lenguas" juntas
  2. Acople magnéticamente un transformador de corriente alrededor de la "lengua" del medio

El transformador de corriente aumenta el voltaje de salida y la impedancia de salida, lo que hace que esta pastilla funcione mejor con el equipo de audio existente.

la respuesta del cientifico loco

Puede continuar sin el transformador de corriente, pero con mucho más esfuerzo.

Sabes que las cuerdas magnetizadas inducen una corriente en tu bobina. Sin embargo, ha roto su bobina al dejar espacios entre las 3 "lenguas" de metal. Funcionó con la entrada XLR porque a menudo están acoplados a CC y de baja z (según los estándares de audio), por lo que la falta de coincidencia de impedancia era tolerable.

Hay 2 problemas con la "bobina rota" para resolver:

  1. necesita cerrar el ciclo con un circuito (entrada de baja z)
  2. debe conectar a tierra la lengüeta central y usar circuitos duplicados para ambas lengüetas externas, si el humbucking/rechazo de ruido en modo común es importante para usted

Sugerencias de amplificador:
con un amplificador operacional tradicional, es posible que pueda salirse con la suya con algo como un circuito amplificador de fotodiodo. Incluso puede adaptar el circuito de amplificador operacional inversor típico (Fig. 3 del artículo de nutvolts vinculado), pero haga R en 0.1Ω y R retroalimente 5Ω o 10Ω para comenzar. Los otros valores en el circuito pueden permanecer sin cambios. Definitivamente, esto debería estar acoplado a CC porque, de lo contrario, el capacitor será enorme. Y probablemente sea mejor usar 2 baterías de 9 V en un suministro bipolar con tierra verdadera en el centro, por razones de estabilidad del amplificador operacional y espacio libre.

Sin embargo, puede valer la pena explorar los amplificadores operacionales de "detección de corriente" como el LM3900 o el LM13600 , ya que sus circuitos de ejemplo a menudo se construyen teniendo en cuenta las fuentes de baja z.

resumen

Realmente me gustan estos diseños de pastillas de bajo z, pero las pastillas de bajo z no tienen una gran cantidad de diseños existentes, guías de bricolaje y "tradición" general como las pastillas de alto z. Necesita suficiente experiencia para saber qué valores cambiar y cuánto deben cambiarse. Así que no tengas miedo de investigar cómo funcionan los transformadores. Puede hojear (¡u omitir!) el cálculo, pero tenga una idea de cosas como: impedancia, inductancia, acoplamiento magnético, dónde fluyen las líneas de campo y la ley de Ohm.