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MOSFET Booster |
Tras AÑOS de no haber hecho ningún nuevo pedal y haberme dedicado a otras cosas como realizar varios artículos o diferentes Pruebas de Material, por fin me decido a hacer uno nuevo. Como ya le tengo perdido el "tranquillo", he vuelto a la carga con algo bastante sencillo y resultón, que no ha sido otro que el archiconocido MOSFET Booster de AMZ. Desde hace tiempo que me rondaba por la cabeza el hacer un booster que no colorease la señal.
En pisotones.com ya tenemos experiencia con otros booster como el magnífico Microamp o el imprescindible Rangemaster. Si bien el primero es bastante "limpio", sí que colorea la señal. De una forma estupenda pero se nota. Por supuesto, el segundo es un campeón coloreando la señal... es buenísimo pero no es precisamente "limpio". También está la opción del archifamoso LPB-1 de Electro Harmonix y sus variantes pero me apetecía meterme con algo más moderno, sofisticado y con garantía de linealidad.
Este podría ser un montaje ideal para un principiante pues es sencillísimo de hacer. Precisamente teniendo esto en cuenta he diseñado una placa en "VERO board" para que su realización sea lo más fácil posible. Como veréis la placa es pequeña y cabrá en cualquier caja.
Como habéis visto, el diseño de la caja es bastante más sencillo (cutre) que en los pedales anteriores, pero es que desde hace años que estoy solo en esto y sin "departamento mecánico-artístico" encargado de aquellas estupendas cajas y sus serigrafías. Además ahora digamos que estoy "atado" a usar ese tipo de cajas con un tamaño y una disposición de jacks que no me gusta nada pero, por ahora, es lo que hay....
Prácticamente todo lo que hay que decir del circuito ya está especificado muy clarito en la web de Jack Orman aunque, como suele ser típico de pisotones.com, añadiré algo.
El circuito es sencillísimo:
Como véis se trata de un solo transistor, en este caso un BS170 de tipo MOSFET "de enriquecimiento" (no nos metamos en lios...), barato y muy fácil de conseguir en tiendas de componentes electrónicos y, si acaso no lo encontráis, en la página de AMZ se indican algunos equivalentes. Estos transistores son diferentes a los bipolares de toda la vida, los de tipo NPN ó PNP que ya he usado en otros proyectos. Se trata de un "Transistor de Efecto de Campo" de tecnología MOS(Metal Oxide Semiconductor). Estos transistores, para no liarnos demasiado, se diferencian de los tradicionales en que en vez de "Colector-Base-Emisor" llevan "Drenador-Puerta-Surtidor" o, como los conoce todo el mundo, "Drain-Gate-Source" y también son de "Canal-P" ó "Canal-N" en analogía a los PNP ó NPN de los bipolares. En este caso se trata de un MOSFET "Canal-N" ó "N-Channel".
Esto es muy interesante para el que quiera profundizar en los entresijos electrónicos de los diferentes componentes pero para el que simplemente esté interesado en conseguir un bonito efecto con su guitarra, digamos que los transistores de efecto de campo son lo más parecido que hay en semiconductores al comportamiento real de una válvula. El resultado final es más "orgánico" que con un simple transistor bipolar. Además se benefician de un menor consumo interno de energía, lo cual siempre es de agradecer en un circuito a pilas como este.
En base se trata de un booster "limpio" en Clase A con gran cantidad de ganancia.
En cuanto a la realización práctica, como ya he dicho, es en placa preperforada, que para un circuito tan sencillo como este es ideal:
OJO: En el dibujo no se aprecia demasiado bien pero hay cuatro cortes de pistas:
Para que quede claro pongo la siguiente imagen de la placa:
La vista de la izquierda es la de la placa vista desde el lado de los componentes y donde se aprecia el único puente que tiene y los cuatro cortes de pista necesarios. Estos cortes de pistas, como siempre, se hacen en la parte trasera donde están las tiras de cobre.
La vista de la derecha es la misma pero con los componentes ya puestos. Los puntos verdes (azules para el transistor MOS-FET) indican los puntos de soldadura.
Los tres condensadores electrolíticos que véis, C3, C5 y C6 han de ser de por lo menos 16V. Lo normal es que sean de 25V. Cuanto menor la tensión, sin bajar de esos 16V, más pequeños y más adecuados para esa placa tan chica. Poned cuidado con la polaridad. Los tres llevan el negativo "hacia abajo" en el gráfico. Los otros condensadores no son polarizados. El pequeño C2 (47pF) es para evitar que se nos filtre algo de RF (radio) y es opcional aunque recomiendo dejarlo pues a grandes ganancias puede ser de ayuda y no afecta en absoluto al sonido.
El diodo D1 Zener de 9.1V es para protección del transistor. Es opcional y no tiene ningún efecto en el sonido.
En cuanto al transistor FET, como ya he contado en otras ocasiones, estos componentes son bastante delicados en cuanto a descargas electrostáticas y bastante sensibles al calor de la soldadura, así que deberéis tener cuidado al manipularlo y también guardad las mismas precauciones que cuando soldéis transistores de Germanio. En la placa el dibujo del transistor se representa tal y como se ha de poner: de arriba a abajo las patitas son D-S-G, esto es, con la parte plana del encapsulado mirando hacia la izquierda.
Si analizáis el esquema original de Jack Orman y el circuito aquí presentado veréis algunas diferencias:
Para el que no esté acostumbrado a utilizar estos switches 3PDT, el diagrama anterior se debe cablear viendo las patillas de modo horizontal, tal y como se indica al final del artículo del true bypass.
El LED se conmuta utilizando el circuito central del switch para de ese modo alejar lo más posible la entrada y la salida y evitar interferencias (crosstalk).
El potenciómetro se representa "de culo" con la varilla de eje en el lado oculto. Este potenciómetro, como se indica en el esquema, es de 5K "Rev Log" o "logarítmico invertido, también conocidos como de tipo "C". Como son difíciles de encontrar, aunque no imposibles, la solución lineal es la que mejor se adapta dentro de los "fáciles". El resultado es que da la impresión de actuar mucho más al final del recorrido que al principio pero es sencillo el acostumbrarse a esa respuesta. Como 5K es una medida no standard, usad uno de 4.7K, que es el valor normalizado y perfectamente adecuado para esto.
El consumo de este circuito es tan pequeño que una pila típica de 9V nos puede durar muchísimo aunque, como siempre, se recomienda añadir un sistema de alimentación externa.
Una ventaja añadida a la linealidad del circuito es su gran ganancia. Con el BS170 que he usado he llegado a unos 2dB al mínimo y unos 17dB al máximo. Dependiendo del FET que usemos nos podría dar unas cifras mayores. Según Jack Orman la cosa podría llegar a 3dB mínimo y 35dB máximo, pero personalmente me parece un poco exagerado. En cualquier caso, la ganancia obtenida con este BS170 es ya de por sí muy grande.
Fijáos en los siguientes oscilogramas en los que se representa arriba una onda senoidal de entrada y abajo la de salida ya "procesada" por el MOSFET Booster. En el primero, con el potenciómetro de GAIN al mínimo podemos ver cómo la onda de salida tiene mayor amplitud que la de entrada.
Fijáos abajo del oscilograma anterior como los dos canales, 1=IN y 2=OUT, están en la misma escala vertical: 500mV. Sin embargo fijáos en el siguiente oscilograma:
La onda de salida es MUCHO mayor, no sólo directamente visible sino que si os fijáis abajo veréis que el canal 2 ahora está en escala de 1V, esto es, el doble por unidad de medida que el canal 1. Esto está así porque si no, la representación de la onda sería tan grande que no cabría en la pantalla. Para que os hagáis a la idea, a la escala del canal 1, el 2 sería el doble de alto (doble de amplitud) que lo que véis en la foto.
Del mismo modo, a la derecha de los oscilogramas podéis ver las medidas de las ondas para que os hagáis una idea: la amplitud pico a pico de la entrada es de 800mV y la de salida es de 5.56V, casi siete veces más.
Para cacular la ganancia en dB de una señal hay que regirse por la siguiente fórmula:
Hay que tener en cuenta que un volumen percibido como "el doble" de otro implica un aumento de 6dB de amplitud (voltaje) al igual que un decrecimiento de -6dB sería equivalente la mitad de amplitud. Así, 12dB equivaldrían a cuatro veces el volumen inicial, 18dB serían 8 veces, etc. Por lo tanto, ya que este efecto me entrega unos 17dB al máximo con el BS170 en concreto que he utilizado, el volumen percibido será de casi 8 veces el del efecto en bypass, lo cual es bastante para un circuito tan simple.
OJO: cuando digo que el doble implica un aumento de 6dB de amplitud (voltaje) me refiero exactamente a eso; a voltaje o amplitud. No confundir con dB de potencia en cuyo caso el doble sería 3dB y la mitad -3dB y así sucesivamente.
También podéis ver que al final del recorrido del potenciómetro se nota un cierto recorte de la onda produciendo algo de distorsión asimétrica pero la mayoría del recorrido es muy lineal. Fijáos también como el recorte es "redondeado" haciendo que sea un recorte "suave" o "soft clipping", típico de los FETs y, en mayor medida, de los transistores de Germanio..
Un inconveniente de este tipo de boosters con un solo transistor (lo mismo le pasa al RangeMaster) es que invierten la fase de la señal. Esto se puede apreciar perfectamente en los dos anteriores oscilogramas pues podéis apreciar que un pico de onda negativo de la entrada coincide con un pico de onda positivo en la salida, esto es, tiene un desfase de 180º.
Esto no tiene ninguna importancia si usamos un solo amplificador pero hay que tener mucho ojo con esto si utilizamos sistemas dobles o stereo pues nos podemos encontrar con el desagradable efecto de cancelación de fase. Si enviáis a un altavoz (o canal) una señal a 0º de fase y al otro altavoz (o canal) la misma señal pero con un desfase de 180º el sonido de ambos se cancelaría entre sí dando como resultado un sonido muy apagado.
Tal y como indica Jack Orman en su web, la tensión en el Drain del BS170 debe estar entre 4.5V y 5V, sin conectar la entrada, y si no es así, se deberá ajustar la resistencia R2 de 62K hasta que así sea. El punto donde debemos medir es, en la placa, las patitas de R4 ó C4 que coinciden con la parte superior (Drain) del transistor Q1.
Como ya he dicho más arriba, la respuesta de este booster es completamente plana, tanto para guitarra como para bajo, lo que parece un contrasentido teniendo en cuenta que el condensador de entrada es de un valor casi ridículo para audio: 1nF. Esto es así porque la impedancia de entrada del circuito es muy grande: 10M y viene dada por la resistencia R3 en este caso. Esta gran impedancia de entrada puede tener el efecto secundario de que, según sean las pastillas de la guitarra que le conectemos, la respuesta fuese demasiado brillante. Para "afinar" esto se podría disminuir R3 (10M) o bien sustituirla por un trimmer. Ahora bien, si bajamos la impedancia de entrada entonces deberemos aumentar el condensador de entrada C1 también hasta, digamos, unos 10nF. Otra forma de bajar la impedancia de entrada sería poner una resistencia pull down a la entrada, justo antes de C1 y a masa por el otro extremo. Como ya hemos dicho, no es necesaria para evitar "pops" debido al cableado del 3PDT pero sí que nos serviría para esto. 1M nos valdría para guitarra eléctrica pero ya no sería útil para, por ejemplo, acústicas con piezo de alta impedancia. En todo caso, cambiar C1 por al menos 10nF. Incluso se podrían conmutar tanto la resistencia de 1M a la entrada como el condensador C1 mediante un pequeño conmutador de bola DPDT.
Un circuito sencillísimo de fabricar y muy efectivo que nos puede ampliar la señal una barbaridad y que va de maravilla al final de la cadena de sonido como amplificador de todo lo anterior o al principio, como buffer para combatir grandes tiradas de cable. El, por sí solo, ya es un estupendo booster que puede llegar a poner en órbita la entrada de cualquier amplificador que le pongamos a continuación.
Para saber más:
MOSFET Booster en el foro de guitarrista.com
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