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MOSFET: numa configuração habitual

    Por tca    166 Visualizações     1 comentário    


Neste tutorial vamos realizar uma experiência muito prática de modo a perceber como funciona um MOSFET numa configuração particular muito utilizada, em particular, nas montagens de tutoriais anteriores.

tca
Por tca

Maker, Hacker, PhD


Introdução

Os MOSFET são transístores de efeito de campo usados em muitas aplicações de eletrónica analógica e digital. Neste tutorial vamos realizar uma experiência muito prática de modo a perceber como funciona um MOSFET numa configuração particular muito utilizada, em particular, nas montagens de tutoriais anteriores. A montagem usada é chamada de fonte comum, porque a entrada e a saída partilham a fonte do MOSFET. Esta configuração permite construir um amplificador e obter uma amplificação em corrente e em tensão do sinal de entrada. É por isso uma configuração muito usada em aplicações de áudio.

Em tutorais anteriores montamos um amplificador com uma lâmpada cuja configuração corresponde exatamente à de fonte comum.

Claro que vamos precisar de alguns aparelhos especiais: um osciloscópio e um gerador de sinais.

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    • Alguém
      Olá. Preciso de uma ajuda.
      Tenho uma Epiphone Les Paul Standard Custom Shop e um Roland Cube 30X.
      O amplificador tem ruído de fundo que desaparece se colocar a mão no cabo junto à guitarra. Este ruído é amplificado quando mudo para distorção.
      Abaixo vídeo com a descrição do problema, quer em clean, quer em distorção.
      https://www.dropbox.com/s/2nwch7n48fz4tie/File 13-10-17%2C 16 37 48.mov?dl=0
       
      Algumas notas:
      Isto acontece com dois cabos que tenho em casa; Tenho um Peavey Vypyr 15 que não apresenta o mesmo problema, o ruído é quase inexistente; O Rolland está ligado a uma tripla com terra e a tomada também tem terra, mas o cabo do aplificador não tem:  
      Alguma dica?
    • mustainehimself
      olá a todos!
      antes de perguntar o que vim perguntar vou explicar a situação: comprei finalmente e não à muito tempo um amp que me deixa extremamente contente com o seu tone, é pequeno e soa estupidamente bem a qualquer volume, não tem válvulas (logo não tem stresses de manutenção) e tem potência suficiente para o levar ao vivo. enfim, perfeito e não o podia recomendar mais (dv mark micro 50, com a respectiva coluna 1x12)
      para quem não conhece este amp basicamente tem 2 canais: clean e overdrive. o clean é a base do tone, e é extremamente competente, e se mudar para o canal overdrive fico com alguma distorção (basicamente e segundo a explicação deles, "no canal overdrive enfiaram um pedal de overdrive em cima do canal clean: aqui tens o canal overdrive".  porquê que adoro o amp e a distorção? porque o clean é incrivel, e no canal ovderdrive há excelente separação de notas, imenso sustain e não tem aquele high end fizzy e estridente que eu tento fugir: a nota é sólida grave e tem a sua distorção mas soa como estivesse em clean.. faz sentido?  a distorção é perfeita e é exactamente isso que eu queria. tira muito bem o som natural da guitarra mas isso também tem em conta os pickups que uso e já agora gosto imenso (chopper t na bridge e twang king no neck) 
       
      só há um problema: o canal de overdrive não tem muito gain, e gostava de ter a mesma distorção, a mesma separação de notas tudo, mas com mais distorção, mais harmónicos, mais sustain mantendo a base de tone na mesma. a aplicação desta distorção é mais para solo (rock estilo andy timmons, richie kotzen)
      por isso não sei se procuro por um pedal de distorção (pôr no canal clean e usar o pedal como distorção base ignorando a do amp.. ou conjugar as 2 secalhar ia dar uma confusão de som ou imenso ruído de fundo, mas de qualquer modo vieram-me à cabeça o tech 21 OMG do richie kotzen e jhs at do andy timmons que soam fantasticos..), nem acho que compressão seja o que procure porque eu gosto da "sensibilidade" do amp a sentir o que toco (aliás até gostava de acentuar ainda mais isso), eu quero usar a distorção do amp, porque a adoro, só queria manter o seu "cleaness" e o som natural da guitarra que o amp tira tão bem, acentua-lá e dar-lhe um pouco mais (não muito também) de potência/boost. 
      nem sonho que pedal comprar para este caso.. que pedais sugerem? fazia total questão que o pedal fosse true bypass.. (má experiência com pedais wah da dunlop..)
       
      um muito obrigado antecipado e desculpem se o post foi alongado x)
       
       
    • Luis Pessoa

      É comum, no mundo "guitarrístico" falar-se muito em distorção (ou "destrução" como muita gente diz  ). A distorção, que é um efeito indesejável no Hifi, tornou-se extremamente comum e apreciado pelos guitarristas, devido às suas características sonoras.
      A Distorção sonora é uma alteração à onda sonora que resulta do aumento do seu ganho. O ganho aumenta o nível do sinal e a partir de certa altura começa a "clippar", produzindo harmónicos e sobretons. O fenónemo de "clipping" acontece quando um amplificador não consegue produzir uma um sinal com uma voltagem superior à sua capacidade, e sendo assim o sinal fica "cortado" pela capacidade máxima:

      Imagem: Clipping a acontecer quando um sinal é "puxado" para lá da capacidade do amplificador. O sinal cinzento seria o sinal que se pretenderia obter, o sinal vermelho é o sinal real obtido uma vez que o amp. Note-se o clipping a acontecer nos +/- 40V.
       
      Vejamos o que um pedal de distorção faz na onda sonora:
       
      Confuso quando te falam de "overdrive", "crunch", distorção, "breakup" e coisas do género? Continua a ler, na secção seguinte falaremos de algumas categorias sonoras de distorção.

      Existem vários tipos de distorção de acordo com os efeitos que a amplificação provoca no sinal. Isto relaciona-se também com o tipo de clipping do sinal. O soft clipping arredonda o topo do sinal à medida que este vai chegando ao nível de clipping (não é um clipping drástico). Já o hard clipping o sinal é "cortado" de forma plana, sendo mais drástico:
       

      Imagem: Soft Clipping e Hard Clipping
       
      Compreendido o clipping, podemos agora entender melhor os vários tipos de distorção comummente falados:
       
      "Breakup - O nível mais pequeno de distorção. É quando o mais ligeiro clipping começa a acontecer. Aquela fronteira ténue entre o notar de alguma distorção. É quando o som limpo começa a ficar com algum "grão". Tipicamente, o breakup de amps a válvulas é mais agradável e aveludado uma vez que os amps solid-state (transistores) tendem a "clipar" de uma forma mais agressiva. Se procuras sons tipo "John Mayer", então deves procurar um amp com um bom breakup. Overdrive - Também apelidado de "crunch", é uma distorção leve. Nota-se bem o clipping, mas não há um esmagamento da onda sonora muito drástico.  Distorção - Propriamente dita de "distorção": aquele grau no qual a distorção do sinal se nota muito. Música do rock ao metal fazem uso extensivo de distorção. A dinâmica é muito reduzida devido ao esmagamento do sinal após o nível de clipping. Fuzz - O nível mais extremo da distorção. O sinal é simplesmente esmagado após o clipping (hard clipping). No fundo, o sinal perde definição (soa parecido à diminuição drástica da profundidade de bits em sinais digitais - no fundo o efeito é bastante similar).  
      Que exemplos de pedais para cada tipo de som? Continua connosco na próxima página!

      Com toda a panóplia de pedais de "distorção" no mercado, é complicado saber quais os mais adequados para o som que pretendemos. Nesta página apresentamos alguns pedais agrupados por forma a conseguires atingir um determinado tipo de som com um amp no canal limpo.

      Pedais para atingir o Breakup: 
       
      Preço Pedais Até 50€ Behringer TO800 50 a 150€ Electro Harmonix Soul Food Mais que 150€     Xotic RC Booster  
      Pedais para atingir o Overdrive: 
       
      Preço Pedais Até 50€   50 a 150€   Mais que 150€        
      Pedais para atingir a Distorção: 
       
      Preço Pedais Até 50€   50 a 150€ Boss DS-1 Distortion Mais que 150€           
      Pedais de Fuzz: 
       
      Preço Pedais Até 50€ XVive V4 Fuzz Screamer 50 a 150€   Mais que 150€     Z.Vex Fuzz Factory
    • xtech
      Mostrado na NAMM, chega agora às montras. Letras, knobs dourados e coisa e tal:
      E a bom preço: 60€.
    • tca
      Tutorial - Electra Distortion
      Resumo:
      Como primeiro projecto de utilização do suporte para a breadboard vamos construir um circuito básico de distorção com apenas um transístor: um Electra Distortion. Com 50 cêntimos em componentes, podes iniciar-te no mundo dos efeitos com este projecto e aprender a trabalhar com o software adequado!
      ...

      Ver este tutorial completo
    • tca

      Como primeiro projecto de utilização  do suporte para a breadboard vamos construir um circuito básico de distorção com apenas um transístor: um Electra distortion. Há numerosos exemplos deste tipo de circuitos e mais umas quantas modificações que uma pesquisa na net revelará, no entanto, vou restringir-me à versão standard.
      Este é o primeiro projecto de utilização do suporte para a breadboard. O preço do material para este Electra distortion ronda os 0.5€ em componentes.

      O material pode ser facilmente adquirido em qualquer loja de electrónica. No entanto, se preferires mandar vir o material online a bom preço (e que te possa eventualmente servir para outros projectos), sugerimos os melhores sítios para comprar também. No entanto, ate´pode ser que consigas aproveitar alguns destes componentes em aparelhos electrónicos antigos!
       
      2x Condensador 100 nF no ebay 1x Resistência 2.2 MOhm (1/4W) no ebay 1x Resistência 47 kOhm (1/4W) no ebay 1x Resistência 680 Ohm, no ebay 1x 2N4401, BC108, etc, transístor no ebay 1x 1N4004, (ou outro qualquer, 1N4118, ...) no ebay  

      O esquema da distorção Electra corresponde a uma configuração em emissor comum com um par de díodos invertidos à saída. A figura seguinte mostra o screenshot do circuito implementado no software TINA-TI da Texas Instruments  (http://www.ti.com/tool/tina-ti).

      O software TINA-TI é excelente para simular circuitos e estudar algumas configurações antes de as concretizar.
       

      A figura seguinte mostra a forma das tensões de entrada e saída. Note-se que a tensão produzida pelos pickups (single coil) de uma guitarra são da ordem de 0.1V (apenas uma corda, força normal) ou 0.5V para um acorde (ou bordões tocados com força). Claro que depende da localização dos pickups (neck, bridge) e até mesmo do fabricante. No entanto 100mV é um bom valor inicial para ser usado como amplitude do sinal para simulação de circuitos. Devido à baixa impedância de entrada deste pequeno circuito a resposta em frequência é dependente dos pickups  usados na guitarra (aqui aplica-se os mesmos comentários que se lêem sobre o fuzz-face). O esquema anterior inclui os componentes para a simulação de um pickup de guitarra assim como os pots de volume e de tone.
       
      A figura seguinte mostra a forma  das tensões de entrada e saída para 1kHz e 0.1V de amplitude.

      Um bonito sinal limitado por diodos. Soft ou hard cliping?
       
      Podemos obter a resposta em frequência usando o mesmo software. Não tomando em consideração as características dos pickups tem-se o gráfico seguinte para o ganho em função da frequência:
       

      Um perfil mais ou menos plano depois 100Hz (um filtro passa alto)
       
      Se incluir a simulação dos pickups vê-se claramente o que acontece quando o circuito sobrecarrega a saída da guitarra. Tem uma resposta em frequência na banda dos médios. O circuito completo “guitarra+Electra” tem uma resposta em frequência como um filtro passa banda.
       

       

      A montagem na breadboard é simples. São poucos componentes.

      Note-se o conector DIY para a bateria feito de uma bateria velha. Vê aqui como fazê-la.
       
      É uma boa prática tomar notas sobre o circuito, terminais do transístor, especificidades da montagem, etc. E depois de testar o circuito com o amplificador adicionar umas notas extra, como soa, como reage, como se comporta com diferentes guitarras, pedais, condições atmosféricas, etc.
       

       
      Fica mais ou menos assim, não é necessário estarmos preocupado com a beleza da montagem. Note-se que não tinha nenhum condensador de 100nF, os de 150nF servem perfeitamente!
       

       
      Nunca é demais relembrar que as montagens em breadboard são provisórias e desde que não haja nenhum curto-circuito todas as regras são válidas!
       

       

      É importante para estudo construção ter um osciloscópio e um gerador de sinais.  Com o gerador de sinais podemos ver se as simulações que foram feitas têm alguma correspondência com o circuito montado e visualizar a resposta no osciloscópio.
      A concordância neste caso é razoável, com um sinal de 1kHz à entrada, o simulador parece dar mais ganho ao transístor do que aquele realmente tem, mas tudo ok. A variabilidade dos parâmetros dos transístores é normal (sim, podia escolher um com as propriedades pretendidas com algumas medições).
       


       
      A figura seguinte mostra o que acontece ao sinal de saída quando se aumenta a amplitude do sinal de entrada. O sinal é “clipado” de uma forma simétrica à saída pelos díodos passando, à medida que se aumenta a amplitude do sinal, de soft-clipping a hard-cliping. Depois o transístor começa a “fugir” do seu ponto de funcionamento inicial e dá-se o hard-clipping com uma estrutura assimétrica.
       

       
      O som produzido pela guitarra quando o sinal sofre este tipo de alterações é bem conhecido. O clipping simétrico possui componentes harmónicas em todas as frequências, incluindo a 3ª. Resultando num som mais áspero, cortante e até dissonante. Para amplitudes maiores o clipping  torna-se assimétrico e introduz harmónicas pares (duplicação de frequência, uma oitava) suprimindo, em proporção, os harmónicos cuja frequência é tripla da fundamental, adicionando ao som uma estrutura “mais quente” e agradável.
      Esta descrição pode ser muito bem vista analisando a resposta em frequência do sinal de saída, i.e. estudando as suas componentes de Fourier (matemático francês do sec. XIX), olhando para as diferentes parcelas que compõem o sinal de saída da distorção.
      Para além do efeito da resposta em frequência se alterar devido à baixa impedância deste circuito relativamente à impedância dos pickups da guitarra, temos ainda o efeito da distorção. A figura seguinte mostra bem as contribuições extra de harmónicas que este pequeno circuito adiciona ao sinal. O sinal de entrada está a amarelo o de saída a azul, o sinal roxo, parte de baixo do  ecrã dá-nos o peso que cada frequência tem na composição do sinal de saída.
      O primeiro pico corresponde à frequência do sinal original 1kHz, o segundo à segunda harmónica de 2kHz, uma oitava acima (ver o sinal de saída deformado na parte superior do ecrã). Os picos seguintes correspondem às harmónicas seguintes 3ª , 4ª, etc.
       

       
      É possível também usar a guitarra como fonte de sinal para depois visualizarmos a onda de saída no osciloscópio. O sinal a amarelo é obtido directamente do colector do transístor, o sinal azul aos terminais dos díodos.
       

       
      Note-se em primeiro lugar as diferentes escalas usadas para registo dos dois sinais, em segundo lugar que é fácil ver a compressão que corresponde ao achatamento da amplitude do sinal de saída: a distorção.
       

      Os 3 soundclips seguintes mostram bem como soa este pequeno circuito. Nada mal para 50 cêntimos em peças! Limpa bem reduzindo o volume da guitarra

      O circuito com apenas um transístor é um exemplo muito relevante em como circuitos simples resultam muito bem em conjugação com instrumentos electrónicos. O exemplo também mostra como devemos ser cépticos e interrogarmos-nos relativamente aquilo que os fabricantes de efeitos para guitarra nos vendem como sendo a última criação em termos artísticos ou de mojo.
      Se o DIY serve para alguma coisa para além do exercício puro de experimentação e aprendizagem é o de permitir desfazer preconceitos e falsas verdades que perpetuam a ignorância e um modo de fazer as coisas pouco claro. O que pode ser mais honesto e verdadeiro do que os resultados que se obtém com uma experiência realizada à nossa frente?
      Acabo com uma lista de referências do Jack Orman (http://www.muzique.com) com algumas modificações ao circuito:
      Tone Clippers: http://www.muzique.com/lab/tclip.htm AMZ Saturation Control – Setting Distortion and Harmonic Levels: http://www.muzique.com/lab/sat.htm More Saturation Controls – Expanding the Tone of Diode Clipping: http://www.muzique.com/lab/sat2.htm Producing Asymmetrical Clipping: http://www.muzique.com/lab/warp.htm Mosfets and ZenersMore Diode Clipping for Effects: http://www.muzique.com/lab/zenmos.htm Happy hacking!