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Cos'è l'impedenza di uscita e perché dovrebbe interessarmi?

L'impedenza di uscita o impedenza della sorgente Ri di una sorgente di segnale perfetta è 0Ω. Quando si parla di sorgenti di tensione CC viene anche chiamata resistenza interna (ecco perché la chiamo Ri anche se il pickup di una chitarra è una sorgente di segnale CA). Un pickup (passivo) per chitarra non è affatto una sorgente di segnale perfetta (Ri > 0Ω). Ciò significa che la tensione di uscita diminuirà quando la chitarra è collegata a un carico (pedali effetto, amplificatore). Questo effetto sarà tanto più marcato quanto più alta è l'impedenza di uscita del pickup della chitarra e quanto più bassa è l'impedenza di ingresso dell'amplificatore/pedale effetto (partitore di tensione tra Ri e RL).

Di recente ho simulato il circuito di un Fuzz Face con LTspiceIV e mi sono reso conto che l'impedenza di uscita della chitarra influisce sulla forma d'onda finale in uscita dal pedale d'effetto.

Esempio:

Schema del Fuzz Face:

Forma d'onda d'uscita di un Fuzz Face con sorgente di segnale perfetta(Ri=0Ω) All'ingresso:

Forma d'onda d'uscita di un Fuzz Face con sorgente di segnale reale (Ri=10kΩ)All'ingresso:

Devi scoprire da solo se il suono di queste interazioni ti piace oppure no. Se non ti piace, dovresti riconsiderare l'ordine in cui sono disposti gli effetti per chitarra nella tua catena del segnale. I pedali buffer e booster/preamp hanno un'elevata impedenza di ingresso e una bassa impedenza di uscita. Possono essere utilizzati per preservare la forma d'onda originale proveniente dai pickup della chitarra quando usati come primo pedale della catena. I pickup attivi per chitarra sono persino migliori dei pedali buffer, poiché anche il cavo della chitarra costituisce un carico (capacitivo).

Come misurare l'impedenza di uscita del pickup della chitarra?

Per misurare l'impedenza di uscita della tua chitarra avrai bisogno di un oscilloscopio. Se non ne hai uno puoi usare i miei risultati, dato che non varieranno di molto. A proposito, il modello esatto del pickup della mia chitarra è un Seymour Duncan SH-4 JB in posizione al ponte.

1. Misura della tensione picco-picco a uscita aperta:
   Alza il volume della chitarra al massimo per assicurarti che i potenziometri non influenzino la misurazione. Quindi suona una nota (io ho plettrato la corda del Mi più spessa).
   

   

2. Misura della tensione picco-picco con carico (RL=1kΩ):
   Strimpella la stessa nota con la stessa intensità di prima per ottenere i migliori risultati.
   

3. Calcola l'impedenza di uscita del pickup della tua chitarra:
   Infine possiamo prendere le formule del partitore di tensione viste sopra e sostituire le variabili con i nostri valori misurati.
   
   Risultato: L'impedenza di uscita della mia chitarra è di circa 10kΩ.

Nota: L'impedenza varia in base alla frequenza. Questo risultato è valido solo per la stringa del Mi basso, tuttavia possiamo presumere che non cambierà drasticamente. Per ottenere un risultato più dettagliato è possibile ripetere questa procedura a diverse frequenze (note diverse).

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Le chitarre in stile Gibson hanno solitamente due pickup humbucker, un potenziometro di tono e uno di volume per ciascun humbucker e un selettore a levetta per scegliere il pickup. Come sono collegati esattamente questi componenti e in che modo le impostazioni dei potenziometri influenzano il suono? In questo breve articolo risponderò a queste domande e vi illustrerò alcuni vantaggi e svantaggi di questo schema di cablaggio. Vi mostrerò anche la risposta in frequenza delle diverse impostazioni.

Schema di cablaggio

Nel diagramma si può notare che ogni pickup ha controlli di tono e volume indipendenti. L'evidente vantaggio di questo schema di cablaggio è la possibilità di impostare due suoni indipendenti e passare facilmente dall'uno all'altro tramite il selettore.

Impostazioni di esempio:

• Classic Rock
  Nickup al manico: Volume 100%, Tono 0% (suono lead cremoso)
  Pickup al ponte: Volume 70%, Tono 100% (suono rhythm crunchy)
  Questa è una tipica configurazione per chitarra classic rock che permette di passare da un suono lead a uno rhythm.
• Kill Switch
  Nickup al manico: Volume 0%, Tono 100% (corto circuito – nessuna uscita)
  Pickup al ponte: Volume 100%, Tono 100% (suono lead o rhythm ad alto output)
  Questa impostazione può essere utilizzata come effetto speciale al posto di un kill switch: muovi rapidamente il selettore verso l'alto e verso il basso per creare un effetto tipo tremolo.

Uno svantaggio del controllo del volume indipendente è che la posizione intermedia del selettore è utile solo se si pareggiano le impostazioni del volume di entrambi i pickup. In caso contrario, un pickup sovrasta l'altro e non si avverte molta differenza rispetto al suono del singolo pickup.

Un altro svantaggio del controllo passivo del volume in generale è che a impostazioni di volume più basse l'impedenza di uscita è molto alta -> Il segnale è più sensibile alle interferenze elettromagnetiche e diventa più rumoroso. Questo problema non si presenta con i pickup attivi per chitarra.

Risposta in frequenza

Ho simulato la risposta in frequenza di diverse impostazioni con LTspice XVII. La sorgente di segnale che ho utilizzato ha una risposta in frequenza piatta e una resistenza di uscita di 10 kΩ.

Conclusioni:

• Il controllo del tono è un filtro passa-basso regolabile
• L'impostazione del tono non cambia a diversi livelli di volume (la frequenza di taglio rimane la stessa)
• I cambiamenti di tono significativi avvengono solo tra il 0% e il 10% del valore del potenziometro di tono -> Si consiglia di utilizzare potenziometri ad curva audio (logaritmici) per compensare questa non linearità

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Scegliere l'amplificatore operazionale (in breve: op amp) giusto per il tuo progetto Fai-Da-Te può essere un compito arduo. La varietà di amplificatori operazionali è paragonabile al numero di stelle nel cielo e la quantità di specifiche nel datasheet a volte è travolgente, quindi come si sceglie l'op amp giusto per un progetto specifico? Di seguito desidero fornirti una panoramica delle specifiche dei datasheet più importanti da tenere d'occhio. Questa piccola guida si rivolge ai principianti dell'elettronica che vogliono approfondire il tema degli amplificatori operazionali.

Cos'è un amplificatore operazionale?

Un amplificatore operazionale è fondamentalmente un amplificatore differenziale con un'amplificazione molto elevata (idealmente infinita). È dotato di un ingresso non invertente e uno invertente, un'uscita e ovviamente i pin per l'alimentazione elettrica. Sfruttando la retroazione dall'uscita a uno degli ingressi è possibile realizzare molti circuiti diversi, ad esempio amplificatori invertenti e non invertenti (con amplificazione finita), integratori, differenziatori, filtri passa-basso e passa-alto e molti altri. Per ulteriori letture sui diversi circuiti consulta il documento di Texas Instruments "AN-20 Guida applicativa per amplificatori operazionali”.

Le specifiche più importanti del datasheet:

1. Tensione di alimentazione

La specifica fondamentale da verificare nel datasheet è l'intervallo della tensione di alimentazione (Supply Voltage Range). La trovi sotto le Condizioni operative raccomandate (Recommended Operating Conditions). Se la tensione di alimentazione è troppo bassa l'op amp non funzionerà correttamente, se è troppo alta rischi persino di distruggerlo.

2. Tensione di ingresso in modo comune

Questa specifica viene talvolta trascurata. La tensione di ingresso in modo comune (Input Common Mode Voltage Range) definisce l'intervallo di tensione consentito sui tuoi ingressi senza causare malfunzionamenti dell'op amp. Gli op amp con ingressi rail-to-rail hanno un intervallo di tensione di ingresso in modo comune pari a V- < Vin < V+, altri possono includere solo il rail positivo, quello negativo oppure nessuno dei due.

Esempio:
L'intervallo tipico di tensione di ingresso in modo comune del TL072 include il rail positivo e necessita di un margine di 3 volt rispetto al rail negativo:
V- + 3V < Vin < V+                  →con una tensione di alimentazione di 10V l'intervallo della tensione di ingresso va da 3V a 9V

Nelle Condizioni operative raccomandate TI aggiunge un ampio margine di sicurezza:
V- + 4V < Vin < V+ – 4V         →con una tensione di alimentazione di 10V l'intervallo della tensione di ingresso è di soli 4V-6V.

Se vuoi progettare il tuo circuito a regola d'arte devi utilizzare l'intervallo di tensione indicato nelle Condizioni operative raccomandate (valori minimi); tuttavia, se stai sviluppando un singolo prototipo puoi cavartela usando i valori tipici selezionando accuratamente i singoli op amp.

3. Impedenza di ingresso

L'impedenza di ingresso degli op amp è di particolare interesse quando l'impedenza della sorgente di segnale è elevata, ad esempio quando si usano pickup passivi per chitarra. In tal caso, potresti voler scegliere un op amp con ingressi JFET (l'impedenza di ingresso arriva fino a 1000 GΩ). Gli op amp con ingressi bipolari hanno in genere impedenze di ingresso di circa 10 MΩ.

4. Rumore equivalente in ingresso e distorsione armonica tipica

Gli op amp non si limitano ad amplificare il segnale della sorgente, ma aggiungono anche armoniche e rumore. Il rumore equivalente in ingresso e la distorsione armonica tipica vengono indicati separatamente oppure combinati insieme come THD+N.
Per le applicazioni audio è essenziale scegliere un op amp a basso rumore e a bassa distorsione.

5. Corrente di alimentazione

Se il tuo dispositivo funziona a batterie è importante tenere d'occhio la corrente di alimentazione. La corrente di alimentazione o corrente a riposo (Quiescent Current) fornisce informazioni sul consumo energetico dell'op amp a vuoto (senza carico).
Purtroppo vale la regola che correnti di alimentazione basse comportano un rumore elevato. Come vedi, la scelta del componente giusto è sempre un compromesso – benvenuto nell'elettronica 😉

6. Impedenza di uscita

L'impedenza di uscita è importante se l'impedenza del carico è bassa, ad esempio se vuoi pilotare delle cuffie o un LED. L'impedenza di uscita deve essere molto più bassa dell'impedenza del carico, altrimenti si verificherebbe una grande caduta di tensione sull'uscita (partitore di tensione tra impedenza di uscita e impedenza del carico). Se nel datasheet non trovi l'impedenza di uscita, la corrente di uscita della sorgente ti fornisce un'informazione simile.

Per informazioni dettagliate sulle specifiche sopra menzionate e altre ancora ti raccomando di leggere il documento di TI "Comprendere le specifiche degli amplificatori operazionali“.

Come trovo l'op amp giusto?

Personalmente amo utilizzare il sito web di Texas Instruments, perché posso inserire le specifiche per me importanti e il sito mi mostra gli op amp adatti con il relativo prezzo approssimativo. Se desideri includere anche altri produttori, un ottimo modo è utilizzare la funzione di ricerca di un grande distributore, come ad esempio Mouser.

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