Projeto de pedal de Boost

[RenanT]

Olá, meu nome é Renan, sou novo por aqui.

Resumo (tl;dr): tô montando um pedal de drive, por favor me ajude.

História completa (se não quiser saber, pule pra parte das fotos e o texto abaixo das fotos):

Surgiu a necessidade de tocar em diferentes afinações e quero evitar ter várias guitarras por vários motivos (entre eles, falta de dinheiro). A solução alternativa mais óbvia e simples é usar um capotraste, mas isso pode atrapalhar em solos que usam as casas mais altas na escala. É um preço razoável a ser pago, mas enfim...

Achei interessante esses pedais tipo pitch shifter, e foi lançado recentemente o tal do Drop da Digitech que, supostamente, cumpre a função tão bem que possíveis perdas e atrasos são imperceptíveis mesmo a ouvidos treinados. Infelizmente eu não tenho disponibilidade pra gastar "500 pila" num pedal neste momento, então pensei em vender meu MXR GT-OD e pegar uma zoom G1 dessas mais novas (a preta e azul), que tem a função de pitch shifter com qualidade boa, conforme relatos de terceiros. Levando em consideração que um circuito de drive não é (ou não deveria ser) tão complexo assim, então acredito que eu consigo montar algo que preste pra colocar no lugar do MXR. As partes mais caras, que normalmente são a caixa e o botão, eu já tenho aqui, então é uma boa oportunidade pra eu fazer algo customizado gastando pouco, lembrando que neste momento eu estou completamente falido.

Como eu uso o pedal como boost pro valvulado (saída no máximo e distorção quase no mínimo), a ideia inicial era fazer um simples booster, talvez clone do MXR microamp. Aí depois eu pensei em modificar o booster pra colocar um EQ, já que o tone do meu GT-OD é parte importante pro meu timbre final. Aí depois eu pensei: "quer saber? Já "mete" um TL072 aí com uns "diodo" e façamos um drive junto, só pra ver no que dá". Pronto! Estava feita a besteira: estou tentando projetar um circuito quase que do zero. Várias partes do projeto foram feitas a partir de componentes que eu já tenho que é pra gastar o mínimo possível, como é o caso dos potenciômetros, que eu já tinha aqui sobrando alguns.

Eis o esquema elétrico nos dois primeiros links, e os calculos no terceiro. Depois eu falo um pouco a respeito do circuito.

Esquema 1
https://i.postimg.cc/vHM0VN08/IMG-20190913-WA0001.jpg

Esquema2
https://i.postimg.cc/SQcZjh7t/IMG-20190913-WA0003.jpg

Cálculos
https://i.postimg.cc/XJfwNVSf/contas-pedal-1.png

Conforme pode ser observado, o acoplamento na entrada forma um HiPass ajustável. Minha primeira dúvida é em relação a este ponto; pra calcular a frequência de corte, eu devo considerar R4+R5 em paralelo a R2+R3, ou somente R2+R3 já basta? Caso R4 e R5 afetem este filtro, os cálculos já estão feitos com e sem está interação, e parece influenciar pouco na frequência do filtro (segue cálculos). Meu maior receio é o R3 zoar o bias, mantendo-o em 0v, e esta é a segunda dúvida: será que o R3 no mínimo vai forçar o bias a 0v? E se eu tirar o terminal do R3 que vai pro GND e, ao invés disso, conecta-lo ao 4v5?  E se eu colocasse simplesmente o R3 em série com R2 sem mandar pro terra?

E falando no R4... É pra mudar o bias a valores diferentes de 4v5, a intenção que espero é ter distorção assimétrica (não sei se vai dar certo). Sim, eu poderia colocar uma chavinha pra colocar e tirar um diodo, mas eu quero experimentar desta maneira pra ter algo mais gradual. A terceira dúvida é justamente se esse lance de mudar o bias vai chegar no resultado de distorção assimétrica? Aguém já ou viu algo parecido?

Depois vem o circuito de distorção, claramente inspirado nos TubeScreamer da vida. Diodos em série pra distorcer pouco, afinal, o objetivo é ser mais um booster do que um drive. Um potenciômetro pra ajustar a quantidade de distorção, e um filtro com a intenção de ser um LowPass, novamente com fc ajustável. Quarta dúvida aqui: será que o R13 vai mexer muito na frequência de corte? Neste filtro eu ainda não tentei fazer os cálculos considerando R13, somente R9 e R10. Apesar de ainda não ter tentado, eu acho que talvez precise de ajuda pra calcular o filtro com essas interações.

Depois vem o booster propriamente dito. É basicamente uma cópia descarada do MXR microamp, com ajustes feitos pra bater com alguns componentes que eu já tinha aqui.
No final tem um circuitinho de transistor com ganho unitário pra manter a impedância relativamente baixa.



Duvida 1: Para calcular a frequência de corte do acoplamento da entrada, devo considerar apenas R2+R3, ou devo considerar também R4+R5 em paralelo ao R3 ? Será que é melhor deixar o R3 simpesmente em série sem mandar nada pro terra?

Dúvida 2: Quando R3 estiver na resistência mínima, ele vai fazer o bias ficar em 0v ao invés de 4v5?

Dúvida 3: mudar o bias pra valores diferentes de 4v5 vai dar em distorção assimétrica?

Nota: entendo que a ausência de um buffer na entrada poderia trazer problemas de perda nos agudos, mas eu costumo usar um pedal de gate na frente deste pedal, então por hora vai ficar assim mesmo porque o outro pedal pode fazer o buffer.

Estou aberto para escutar opiniões, sugestões e críticas.

[jplavareda]

Boa noite!

Dúvida 1 e 2: R2 e R3 estão configurados como um divisor de tensão. Assim, R3 funcionará mais como um controle volume do que de frequência. Ou seja, quando estiver no valor mínimo, vai zerar o volume do pedal.

Dúvida 3: essa eu deixo para os universitários. Mas posso te dizer por experiência que uma fonte simétrica desbalanceada em amplificadores de potência, além de causar ruídos, deixa o som horroroso. Então acredito que possa sim causar distorções, só não acho que será uma distorção agradável de se ouvir. Infelizmente, estou sem nenhum pedal aqui pra testar. Faça e nos conte! 

[Matec]

Olá, meu nome é Renan, sou novo por aqui.

Conforme pode ser observado, o acoplamento na entrada forma um HiPass ajustável. Minha primeira dúvida é em relação a este ponto; pra calcular a frequência de corte, eu devo considerar R4+R5 em paralelo a R2+R3, ou somente R2+R3 já basta? Caso R4 e R5 afetem este filtro, os cálculos já estão feitos com e sem está interação, e parece influenciar pouco na frequência do filtro (segue cálculos). Meu maior receio é o R3 zoar o bias, mantendo-o em 0v, e esta é a segunda dúvida: será que o R3 no mínimo vai forçar o bias a 0v? E se eu tirar o terminal do R3 que vai pro GND e, ao invés disso, conecta-lo ao 4v5?  E se eu colocasse simplesmente o R3 em série com R2 sem mandar pro terra?

E falando no R4... É pra mudar o bias a valores diferentes de 4v5, a intenção que espero é ter distorção assimétrica (não sei se vai dar certo). Sim, eu poderia colocar uma chavinha pra colocar e tirar um diodo, mas eu quero experimentar desta maneira pra ter algo mais gradual. A terceira dúvida é justamente se esse lance de mudar o bias vai chegar no resultado de distorção assimétrica? Aguém já ou viu algo parecido?

Depois vem o circuito de distorção, claramente inspirado nos TubeScreamer da vida. Diodos em série pra distorcer pouco, afinal, o objetivo é ser mais um booster do que um drive. Um potenciômetro pra ajustar a quantidade de distorção, e um filtro com a intenção de ser um LowPass, novamente com fc ajustável. Quarta dúvida aqui: será que o R13 vai mexer muito na frequência de corte? Neste filtro eu ainda não tentei fazer os cálculos considerando R13, somente R9 e R10. Apesar de ainda não ter tentado, eu acho que talvez precise de ajuda pra calcular o filtro com essas interações.

Depois vem o booster propriamente dito. É basicamente uma cópia descarada do MXR microamp, com ajustes feitos pra bater com alguns componentes que eu já tinha aqui.
No final tem um circuitinho de transistor com ganho unitário pra manter a impedância relativamente baixa.



Duvida 1: Para calcular a frequência de corte do acoplamento da entrada, devo considerar apenas R2+R3, ou devo considerar também R4+R5 em paralelo ao R3 ? Será que é melhor deixar o R3 simpesmente em série sem mandar nada pro terra?

Dúvida 2: Quando R3 estiver na resistência mínima, ele vai fazer o bias ficar em 0v ao invés de 4v5?

Dúvida 3: mudar o bias pra valores diferentes de 4v5 vai dar em distorção assimétrica?

Nota: entendo que a ausência de um buffer na entrada poderia trazer problemas de perda nos agudos, mas eu costumo usar um pedal de gate na frente deste pedal, então por hora vai ficar assim mesmo porque o outro pedal pode fazer o buffer.

Estou aberto para escutar opiniões, sugestões e críticas.

Começando com as dúvidas: Sim os resistores R3, R4 e R5 vão atrapalhar na polarizaçao DC do integrado de modo que ele não vai trabalhar corretamente. SE você inserir um capacitor após o filtro e antes de R6, a polarizaçao fica preservada.

Outro problema é que esse filtro vai diminuir  impedância de entrada. Normalmente  impedância de entrada de pedais é igual ou maior que 470k ohms

Dúvida 1 R: Você deve considerar TODOS os resistores conectados nesse nó para o cálculo da frequência .

Dúvida 2 R: Sim o bias (polarizaçao DC é melhor) vai a 0 volts.

Dúvida 3 R: Vai distorcer sim, mas talvez o som fique ruim. O CI, a partir de certo ponto pode parar de funcionar.

 

[RenanT]

Obrigado pelas respostas!

Olhando novamente para o desenho, dá até vergonha. R3 no mínimo vai ligar a entrada do AmpOp direto pro terra 
Já que não fizeram sugestões, segue link com uma atualização do desenho corrigido conforme minha intuição.

https://i.postimg.cc/1zd1JQ8Z/IMG-20190913-205730.jpg

Agora fiquei em dúvida sobre como calcular a frequência de corte no acoplamento da entrada... Eu achei que seria simplesmente 2pi*C1*(R2+R3), já que R4 e R5 vai pro terra e do R6 vem a tensão de polarização... como ficaria a equação pra calcular isso? Eu vejo que se forma ali um divisor de tensão, mas isso afeta fc? Não consegui entender como montar a equação...

Notei também que entre o primeiro AmpOp e o segundo fez-se um passa-alta com C4, R15 e R14, em uma frequência que acabaria praticamente matando todo o grave (a frequencia de corte passa de 1k). Optei por solucionar o problema da maneira mais simples e tirar fora o C4, e o R14 foi pra frente do R15.

E agora, o que acham do circuito? Sugestões, críticas, mais algum erro encontrado?

Aproveitando a presença de um moderador, eu devo atualizar o desenho da primeira postagem do tópico? Deixo o link antigo e coloco o link novo logo depois? Ou só deixo o novo link nesta postagem mesmo?

[Matec]

Agora fiquei em dúvida sobre como calcular a frequência de corte no acoplamento da entrada... Eu achei que seria simplesmente 2pi*C1*(R2+R3), já que R4 e R5 vai pro terra e do R6 vem a tensão de polarização... como ficaria a equação pra calcular isso? Eu vejo que se forma ali um divisor de tensão, mas isso afeta fc? Não consegui entender como montar a equação...

Como eu disse antes TODOS os componentes além de C1 afetam a frequência, você deve inserir todos os resistores (R2+R3+((R4+R5)//R6))=R

Notei também que entre o primeiro AmpOp e o segundo fez-se um passa-alta com C4, R15 e R14, em uma frequência que acabaria praticamente matando todo o grave (a frequencia de corte passa de 1k). Optei por solucionar o problema da maneira mais simples e tirar fora o C4, e o R14 foi pra frente do R15.

Na verdade antes, não estava ruim essa parte. O filtro não estaria nessa frequência que você disse. E o resistor R15 estaria sobrando ali.
Nesse último, tanto R14 como R15 estão atoa no circuito.

E agora, o que acham do circuito? Sugestões, críticas, mais algum erro encontrado?

Muitos erros, em especial de polarização. Não se esqueça que a entrada inversora também é polarizada de alguma forma. Normalmente só pela Realimentação Negativa, mas você esta polarizando com o GND, aí é ruim. Pelo menos faça com o 4.5v.
P.S. Pior ainda, do modo que se encontra, nem ganho de tensão tem. Tudo está com ganho unitário...  

Aproveitando a presença de um moderador, eu devo atualizar o desenho da primeira postagem do tópico? Deixo o link antigo e coloco o link novo logo depois? Ou só deixo o novo link nesta postagem mesmo?

Não, deixe como está, assim o tópico fica completo, e facilita o entendimento.

 

[jplavareda]

Não entendi algumas coisas:

1-  se você quer um boost, por que usar os quatro diodos na realimentação do operacional? Seria um boost distorcido ou limpo?
2- depois você falou em distorção assimétrica provocando um desbalanceamento da polarização. Por que não gerar essa assimetria apenas modificando o soft clipping, usando apenas 3 diodos (2 para uma direção e 1 para a outra).
3- você pode obter distorção também através de hard clipping, como num proco rat. Ao invés de clipar na realimentação do operacional, você colocaria dois ou mais diodos em anti-paralelo da saída do opamp 1 para o terra.

Sugestão: se você quer um boost limpo excelente, faça algo inspirado no TS-808 sem usar os diodos de clipagem de sinal. Fica com muito volume e com som cristalino e bem pouco overdrive.

[darkislanio]

E ainda dá pra trocar o tonestack do ts por um tonestack completo, com graves medios e agudos, sem tanta dificuldade.

[RenanT]

jplavareda,

Não entendi algumas coisas:

1-  se você quer um boost, por que usar os quatro diodos na realimentação do operacional? Seria um boost distorcido ou limpo?
2- depois você falou em distorção assimétrica provocando um desbalanceamento da polarização. Por que não gerar essa assimetria apenas modificando o soft clipping, usando apenas 3 diodos (2 para uma direção e 1 para a outra).
3- você pode obter distorção também através de hard clipping, como num proco rat. Ao invés de clipar na realimentação do operacional, você colocaria dois ou mais diodos em anti-paralelo da saída do opamp 1 para o terra.

Não entendi algumas coisas:

1-  se você quer um boost, por que usar os quatro diodos na realimentação do operacional? Seria um boost distorcido ou limpo?
2- depois você falou em distorção assimétrica provocando um desbalanceamento da polarização. Por que não gerar essa assimetria apenas modificando o soft clipping, usando apenas 3 diodos (2 para uma direção e 1 para a outra).
3- você pode obter distorção também através de hard clipping, como num proco rat. Ao invés de clipar na realimentação do operacional, você colocaria dois ou mais diodos em anti-paralelo da saída do opamp 1 para o terra.

Sugestão: se você quer um boost limpo excelente, faça algo inspirado no TS-808 sem usar os diodos de clipagem de sinal. Fica com muito volume e com som cristalino e bem pouco overdrive.

1 -
Como eu disse no início, o pedal que estou montando substituirá meu GT-OD, que uso como boost. Normalmente uso ele como boost limpo, mas às vezes eu deixo ele com um tiquinho de drive. Diria que nunca passei de 15% do potenciometro do drive dele em situações que não fossem um mero teste. O motivo pra eu fazer, na verdade, um overdrive é ganhar experiência, aprendizado, e já aproveitar o TL072 que eu já tenho aqui, usando um ampOp pro drive e um AmpOp para o boost limpo. Dois diodos em série ao invés de um porque eu quero que seja pouco overdrive. Sim, poderia simplesmente fazer um estágio com menos ganho, mas além disso também projetei este estágio do circuito com alguns componentes que já tenho aqui, como os potenciômetros de 500k e 1M. Sim, estou tão falido que estou evitando de comprar potenciômetros.

2 -
Como eu disse no início, pensei na possibilidade de colocar uma chave habilitando e desabilitando um dos diodos, mas quero testar algo que seja mais gradual. Se vai dar certo desta maneira ou não é outra história, e se vai ficar bom ou não, idem. Veremos os resultados no futuro (eu também me arrisco em gravações).

3-
A ideia era ter pouco drive, só um "cheirinho" mesmo. Acho que hard clip não é o que busco neste momento (mas com certeza tentarei algo neste estilo no futuro).

Em relação à sugestão... eu li o artigo do ElectroSmash analisando o TS9, e partes do meu circuito são claramente inspiradas no TS9. Ainda não vi nada a respeito do TS-808, obrigado pela sugestão! Vou pesquisar a respeito deste circuito!

Matec,
Obrigado pela atenção, aparentemente eu estou cometendo um erro após o outro  Esta semana será meio corrida, mas vou tentar corrigir (novamente) o circuito. Em relação à polatização da entrada inversora, eu deveria ligar R18 ao 4v5 ao invés do GND ?

darkislanio
É, o tone stack do meu projeto praticamente não tem nada de TS, aqui é só um LoPass e um HiPass separados. No meu set eu costumo usar um Boss Ge7 no loop pra brincar com os médios à gosto, então acho que aprimorar o tone stack deste projeto seria mais trabalho sem necessidade, ao menos pra minha necessidade atualmente. Ainda assim, obrigado pela sugestão!

[Matec]

Matec,
Obrigado pela atenção, aparentemente eu estou cometendo um erro após o outro  Esta semana será meio corrida, mas vou tentar corrigir (novamente) o circuito. Em relação à polatização da entrada inversora, eu deveria ligar R18 ao 4v5 ao invés do GND ?

Sim está errando, mas são erros básicos. Assim que você estudar melhor o funcionamento dos Amplificadores Operacionais, esses erros não irão mais acontecer.

Existem duas alternativas para fazer a polarização da entrada inversora: A primeira seria a polarização DC, nesse caso o divisor de tensão estaria referenciado no 4,5v. A segunda seria a inserção de um capacitor em série como divisor de tensão , nesse caso, tanto faz ligar no 4,5v ou no GND.

Mas como eu disse antes, seu circuito nem sequer é um Booster, do modo que está não passa de 2 Buffers, sem ganho de tensão. O que eu quero dizer é que R12-R13 e R18 deveriam estar ligados de um lado na referência, e de outro na entrada inversora.

 

[jplavareda]

O TS-808 e o TS-9 são o mesmo circuito com alteração de 2 resistores.

Em relação à filtros, aconselho você a assistir esse vídeo do engenheiro Wagner Rambo: https://youtu.be/sUE3tayIXnY

Acompanho o canal dele tem uns meses e aprendo muito por lá. O cara é fera e tem uma didática incrível.

Em relação ao vídeo acima, trata-se de um software gratuito para desenho de filtros ativos, o FilterLab.