miércoles, 1 de julio de 2009

Proyecto 5: Reutilizando antiguas entradas PHONO para MIC o LÍNEA

Buenas noches, bienvenidos, hijos del rocanrol, en este proyecto vamos a modificar las clásicas entradas PHONO (para tocadiscos, giradiscos o coloquialmente platos) de los equipos de audio entrados en años, mesas de mezclas, etcétera, para poder aprovecharlas como entradas LINE más que estandarizadas hoy en día.

Antes que nada, echemos un vistazo al nivel de señales de audio habituales para comprender mejor lo que tenemos que hacer.

Nivel (en voltios RMS) Nivel (en dB) Impedancia (carga)
Nivel de Línea (audio de consumo) 0.316 v -10 dBV >10kΩ
Nivel de Línea (profesional) 1.228 v +4 dBu (+1.8 dBV) >10kΩ
Nivel de Phono 0.003 v -50 dBV ~50kΩ
Nivel de Micrófono 0.001 v -60 dBV 2-4kΩ (mic dinámicos)
Nivel preamplificado (salida tablas mezclas) 1 a 2 v +0 a +6 dBV >1kΩ (no todas, asegurarse)
Nota: ‘V’=1 volt (RMS), ‘u’=0.775 volts (RMS) y esta última referencia se usa más en entornos profesionales.

Así pues, el procedimiento aunque inicialmente laborioso, no es muy complicado, eso sí, requiere paciencia. Deberemos encontrar entre toda la circuitería del aparato la etapa preamplificadora de la entrada ‘phono’ (siguiendo cables de entrada de phono y pistas, tomándolo con calma y transcribiendo si hace falta parte del circuito a un papel, si no lo hemos encontrado antes por Internet, que muchos suelen estar colgados para técnicos de reparación o similares).

Ésta primera etapa preamplificadora tiene una ganancia elevada para llegar, al menos, al nivel de línea (316mV) a partir de los miserables 3 mV que proporcionan las cápsulas fonocaptoras de los tocadiscos, e incorpora, a la vez, un ecualizador para deshacer la ecualización RIAA (pre-emphasis) que se aplica en la grabación de los vinilos (por limitaciones mecánicas de la aguja). Por lo tanto, no nos quedará más que modificar la ganancia de la etapa y eliminar toda ecualización, para así obtener una limpia entrada de línea estándar.
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Ecualización necesaria para reproducir un vinilo correctamente (Curva RIAA inversa a la de grabación - De-emphasis).

Aquí observamos la curva de la ecualización que tendremos que eliminar del circuito. Ésta puede ser una buena y curiosa explicación al hecho de que oigamos tan agudo el disco al acercar la oreja a la aguja (sí, también es cierto que desconozco totalmente la respuesta en frecuencia del conjunto mecánico aguja-capsula-brazo del tocadiscos, pero yo diría que se oyen unos agudos muy exagerados, probadlo y me contáis). Como otro apunte interesante, os puedo decir que, en el caso de no tener ningún preamplificador RIAA a mano, podemos usar la tarjeta de sonido del PC para reproducir vinilos directamente, usando para ello su entrada de micrófono (de ganancia similar), eso sí, deberemos aplicar, posteriormente y mediante algún programa de edición de audio, la citada 'des'ecualización RIAA.

Volviendo a lo que nos interesa, se nos pueden presentar diversos casos similares, yo os comentaré uno sencillo con el que me encontré en una tabla de mezclas de hace unos 20 años, también en otra cadena de música de alta fidelidad y, según los de National Semiconductor, es el montaje que más se ha utilizado. El preamplificador suele estar conformado mediante un amplificador operacional (uno para cada canal) que a la vez hace de ecualizador activo aplicando la ecualización RIAA a la inversa.

Algunas de las posibilidades que podemos encontrar son:
(Usad los esquemas para orientaros únicamente, ya que en cada caso deberéis trabajar con el circuito de vuestro equipo)
  • Preamplificador con un operacional con ecualización activa mediante la red de realimentación, inversor (drcha.) o no-inversor (izqda., caso más habitual) :
Dibujo
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Nota avanzada (Entendiendo la electrónica de la ecualización RIAA):
Fórmulas de diseño para el circuito de la izquierda provenientes de la función de transferencia de la ecualización RIAA del operacional. Éstas se pueden obtener, por el método que nos explicaba Pablo en su post (Diagrama de Bode de magnitud), sabiendo que dicha función de transferencia para el caso no-inversor es H(s)=1+Z1/Z2 . El estándar RIAA impone 3 constantes de tiempo para realizar la ecualización, éstas son 3180us (50Hz), 318us (500Hz) y 75us (2123Hz). Estas contantes de tiempo definen la posición de polos o ceros de la variable 's' de Laplace (en valor absoluto) de la función de transferencia, polos o ceros que formarán toda la corrección (curva RIAA). A 50Hz se encuentra un polo, a 500Hz un cero y a 2123Hz otro polo.
En el ejemplo obtendríamos: K(ganancia estática)=55dBV; f1=545Hz; f2=2116Hz; f3=53Hz


  • Preamplificador en dos etapas (dos operacionales) con una ecualización más precisa, activa y pasiva, y menos ruido (sólo en algunos equipos de alta fidelidad):
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Así, si por ejemplo queremos modificar el primer circuito mostrado (el más extendido) para que pase a ser una entrada de línea (LINE), no tenemos más que puentear la rama de realimentación del operacional para quitar la ecualización RIAA y cortar la rama con la resistencia y condensador a masa que entra también por la entrada negativa del operacional, que sólo es un filtro pasa-altas que ya no requerimos. También podemos quitar el condensador a masa en la entrada (de 100pF en el circuito de ejemplo) que sólo se utiliza para compensar la inductancia de la cápsula fonocaptora. Y, en cuanto a la impedancia de entrada, en este caso vemos que es de 47KΩ (utilizada para cargar y amortiguar adecuadamente la cápsula), de modo que podemos dejarla así, ya que es más que suficiente para una señal de línea (recordando tabla inicial del post). El resto del circuito puede dejarse tal cual (ver siguiente chuleta).
ModifPHONO
De esta forma, obtenemos una etapa con ganancia unidad (Vout=Vin, un seguidor de tensión o buffer) apta para alimentar la siguiente etapa del equipo a un nivel adecuado y ya sin ningún tipo de ecualización.
Si no obtenemos toda la señal que deseamos para un nivel de Línea (sería raro), es cuestión de probar otra configuración del operacional con algo de ganancia (Vout/Vin=2 ó 3) mediante un par de resistencias (guiarse con esto).
En los otros casos, el proceso será similar. Una vez entendamos el circuito, buscamos los condensadores que hacen de filtros para la ecualización RIAA y los eliminamos o puenteamos junto con algunas resistencias según convenga. Al final, debe quedarnos una etapa (o dos) funcionando como buffer, ya que, en la mayoría de los casos, las posteriores etapas del equipo ya proporcionarán casi toda la ganancia necesaria; etapa del ecualizador o control de tono, etapa mezcladora, buffer de salida, etcétera.

Ahora, cambiando de tercio, si lo que necesitamos es una entrada de micrófono, no tenemos más que consultar la tabla que he recopilado arriba y ver que la ganancia requerida para el nivel de micro es parecida o algo mayor a la de Phono, así pues, podríamos probar con la ganancia estática del previo para Phono tal cual (ya sin la ecualización Riaa, evidentemente), aunque lo más acertado será reducir a un tercio la resistencia R4 y, de esta forma, triplicar la ganancia del preamplificador (pasando de 55dB a 64dB). Con respecto a la impedancia de entrada, si vamos a conectar una guitarra, bajo, etcétera, los 47kΩ podrían servirnos para salir del paso, aunque lo más conveniente sería substituirlos por una resistencia de 500-1000kΩ, ya que las pastillas de guitarra suelen tener una muy alta impedancia de salida (unos 10kΩ) y, de no hacerlo así, perderíamos señal. Si conectamos micrófonos dinámicos (300-600Ω), lo ideal sería cargarlos con una impedancia de entrada de unos 2-4kΩ, aunque esos 47kΩ también los harán sonar.
Si le ponéis nuevas entradas al equipo, como jacks hembra para los micrófonos u otros RCA's, y los instaláis en el chasis, perforándolo obviamente, deberéis aislarlos convenientemente (a no ser que ya tengáis del tipo aislado, con envoltura de plástico o similar) ya que, si no, formaremos un bucle de masa (una espira) a través del cable del conector y el chasis en el que probablemente induciremos ruidos o zumbidos audibles y molestos a estos niveles de ganancia. Esto es importante, y os lo detallo más abajo porque ya me supuso algún que otro quebradero de cabeza hace años y si os los podéis evitar, mejor que mejor. Recordad las recomendaciones que ya expuse en otro post para evitar ruidos en amplificadores.
Y bueno, con todo lo dicho ya debemos ser capaces de obtener esas entradas de más que tanto necesitábamos y/o de volver a utilizar por fin ese par de potenciómetros deslizantes que teníamos marginados en la mesa de mezclas. Ah, una cosa, antes de destripar nada fijaros si hay algún conmutador escondido que ponga Line/Phono … xDDD.

Para acabar, os dejo tres fotos de una de mis adaptaciones (Tabla de mezclas Acoustic Control SM-500).
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Exterior con nueva serigrafía de calidad. Una recomendación, si os ponéis a trastear con una tabla de mezclas antigua no estaría de más que aprovechaseis para cambiarle algún que otro potenciómetro deslizante, volverá a sonar como nueva :).
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Aquí podemos apreciar la etapa preamplificadora de Phono con los puentes y las desconexiones pertinentes para adaptarla, en mi caso, a entrada de instrumento (High-Z).

Aislamiento necesario para evitar bucles de masa. Podéis ahorrároslo si compráis de éstos.

Fins aviat!

Referencias y bibliografía:

domingo, 5 de abril de 2009

Desmontando y reparando teclado de la calculadora HP49G+

Hola amigos, después de mucho tiempo con varias teclas ‘bailando’ la sardana, me animé a desmontar de una vez por todas la dichosa ‘achepé’, como ya hemos hecho muchos, e intentar ver que se le puede hacer. Creo que en la historia jamás se ha diseñado una calculadora tan mal, en cuanto a teclado se refiere. Éste consta de una matriz de plástico a la que se unen las teclas mediante dos minúsculos nervios del mismo material que, como ya podía intuirse, no iban a ser eternamente elásticos para realizar su sencilla función de pulsación. A pesar de la aparente evidencia, esta calculadora salió a la venta con una aspecto impecable y un precioso ‘HP’ encastrado en su esquina superior derecha. Y no nos olvidemos, en su día a un módico precio de 200€ nada menos. Y pensar que por no mucho más que eso tienes todo un/a netbook hoy en día. En fin, nadie puede estudiar una ingeniería sin su flamante ‘hp’, por supuestísimo que no.
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Así que, para aquellos acérrimos creyentes de esta última afirmación cuyos papás no les convenga soltar otros 200€ para la nueva hp50g, que es internamente la misma calculadora, pintada de negro, con un numero no primo de pilas, un clásico puerto serie aparte del usb y un teclado normal, vamos, lo que debió haber sido la 49g+; en fin, para todos ellos, vayamos a desmontarla.
  • Cúter – para cortar algunos remaches de plástico. 
  • Destornillador plano muy fino o pequeña espátula – para separar partes de la carcasa.
  • Destornillador estrella de precisión – para algunos tornillos xD, obvio.
  • Algún adhesivo espoxídico flexible u otro, pero necesariamente flexible.
  • Pequeño soldador de estaño – sólo para un par de cables que antes deberemos cortar.
  • Tijeras, algunos pequeños tornillos (opcional), apartar apuntes de la mesa…
Descripción del proceso con algunas instantáneas:

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Aquí podemos ver el pequeño pero incómodo problema. En mi caso ya estaban sueltas el '0', '·', '2' y otras tantas a punto de soltarse o produciendo pulsaciones fallidas en muchas ocasiones. No es muy difícil predecir que con tiempo todas las teclas iban a acabar igual. Tiene toda la pinta de ser un descarado defecto de diseño. Por suerte para algunos, las últimas que se fabricaron de este modelo ya llevaban un teclado distinto, para entonces casi todos teníamos el pisapapeles en casa. Que rabia!



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P4040059P4040060 Así que, empezamos extrayendo todas las pilas para evitar cortocircuitos y cortando estos dos primeros remaches con el cúter. Perderemos toda la memoria Ram que mantenía la pila de botón. No así la flash ni obviamente la tarjeta SD que tuviéremos. Tal vez podríamos haber mantenido la Ram con la pila de botón, aunque, francamente, al nivel que la vamos a destripar, ya es lo último que me preocupa. A continuación, separamos las piezas de la carcasa con un fino destornillador plano o espátula, empezando sin miedo por la parte superior de la calculadora y siguiendo poco a poco hacia abajo.
Oiremos nítidos ‘clacks’ al separarlas progresivamente.

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Ahora cortamos los dos cables rojos del zumbador para poder abrir totalmente la calculadora. En mi unidad concreta, el buzzer se encontraba bien pegado a la carcasa, así que lo más sensato para no dañar nada fue cortar los cables. En otros modelos éste se desprende fácilmente.

Aquí tenemos las tripas en todo su esplendor, podemos apreciar el microprocesador Samsung 2410 con núcleo ARM920T trabajando a 75Mhz (se puede hacer funcionar hasta a 200Mhz). Estos microprocesadores con arquitectura ARM de reducidas dimensiones y bajo consumo son muy habituales en PDA’s, videoconsolas portátiles, móviles de última generación, electrodomésticos, juguetes, etc…
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Tras relajarnos un poquito sintiéndonos ignorantes ante tanta microelectrónica, empezamos a cortar o romper la docena de remaches de plástico que sujetan la placa base. Esto debe hacerse con EXTREMO CUIDADO, bastará con cortar una simple pista de cobre para, muy probablemente, mandar la calculadora a la basura. Nada, sin prisa.
Después quitamos los 6 tornillos que también sujetan la placa y que nos permitirán volver a fijarla en el proceso inverso.

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Una vez suelta, debemos extraer toda la placa y pantalla solidariamente hacia arriba con cuidado de no dañar nada, sobre todo la pantalla, ayudándonos empujando el teclado y/o haciendo palanca muy suave con algún destornillador.
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Aprovechamos para limpiarla un poco por dentro y empezamos a estudiar como narices restaurar este desastre de teclado.
Entre los varios que intentaron arreglarla, encontré quienes utilizaron una resina epoxi con acabado flexible y otros adhesivos más o menos resistentes, pero necesariamente flexibles. En mi caso no me mareé mucho y utilicé un pegamento que encontré por casa a base de resina natural. Os recomiendo decantaros, si podéis, por el adhesivo epoxi.

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Aquí podemos observar la chapuza pegamentística. También deberemos impregnar los nervios del resto de teclas aún no rotas, al menos las numéricas, ya que, si no, bien sabemos que acabarán perdiendo su limitada capacidad elástica.
Dejamos secar todo tal y como nos indique el fabricante del adhesivo e iniciamos el proceso de re-ensamblaje.
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Para volver a fijar la placa usamos los 6 tornillos que quitamos antes utilizando como arandela algunos de los remaches que cortamos, como se puede observar en la foto.
Deberemos disponerlos de forma estratégica por toda la placa, sobre todo en la zona del teclado que será la que soportará la presión de las pulsaciones. Si conseguimos algún tornillo de calibre similar por casa, no vendría mal ponerlo en alguno de los agujeros donde antes había remache. Aun así, con esos 6 tornillos la placa ya no se mueve nada.



P4050093Yo encontré unos tornillos muy parecidos en una cámara desechable que, por suerte, aún no se había ido a la basura. Sí, ya sé que sufro un grave síndrome de Diógenes de la electrónica. A veces, pocas, llega a ser útil.
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Ahora sólo nos queda volver a soldar el par de cables del buzzer y aislar bien tales empalmes.
También revisaremos el estado de los cuatro cables de alimentación, no vaya a ser que con tanto ajetreo alguno esté a punto de soltarse (o ya esté suelto como en mi caso xD).

Lo montamos y cerramos todo a la inversa de como fue desmontado. Sencillo.
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Y, finalmente, usamos otros dos tornillos de esos reciclados para ocupar el lugar de los remaches en el compartimento de las baterías.
Para acabar y quedarnos tranquilos, le hacemos un 'autotest' a la calculadora con ON+F5 (ON+F3 para reiniciar) y comprobamos que todo va perfectamente, sobre todo la pantalla y el buzzer.


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Aquí se puede ver el trabajo finalizado con todas las teclas en su sitio y un caprichoso ‘ploteo’ de una catenaria y una parábola (la catenaria es la que acaba por crecer más). Como amena curiosidad, os comento que la parábola es la curva funicular que adoptan los cables sometidos a una carga vertical uniforme, como, por ejemplo, en un puente colgante típico; mientras que la catenaria es la adoptada por un cable sometido a un campo gravitatorio uniforme, es decir, a su propio peso, como ocurre en el caso de los puentes colgantes simples con el tablero situado sobre el propio cable. Casos parecidos pero desiguales.
Bueno, y esto es todo, a ver cuanto nos dura ahora. Está claro que el adhesivo será determinante. De todas formas, al menos te relajas una mañana y vuelves a ver a tu ‘hp’ como nueva. Ya contaréis que pegamento usáis los que os animéis a destriparla. Saludos a todos.

Fins aviat!
[Actualización a 25/4/09]: Varias semanas despues... y aguanta.... :)
[Actualización a 20/4/13]: Varios años después... y aguanta. Aunq actualmente no la uso. Pero si me hiciera falta ahí está, pero seguro q sin pilas, claro xD

martes, 9 de septiembre de 2008

Proyecto 4: Previo distorsionador de alta ganancia para guitarra

Bienvenidos de nuevo al blog, ya veis que no está muerto, sólo lo parecía :P. Al final pensamos que para ir completando el equipo artesanal, puesto que tenemos algunos amplificadores esperando a ser 'tronados', ya sólo faltaba hacernos un buen preamplificador para la guitarra (previo a partir de ahora). Y, de que mejor forma que seguir fieles al 'hazlo tú mismo' o DIY para los más mediáticos. Recordad, estamos en crisis y hay que ahorrar para el disco de Risto y Virginia.
Así pues, el previo en cuestión es el mostrado en el siguiente esquema, la fuente de alimentación se describirá más adelante. La idea original proviene de la extensa página de proyectos de audio de Rod Elliot, concretamente éste, Project27. Se trata de un amplificador de guitarra completo, muy interesante por cierto, aunque en este caso sólo nos interesará el apartado The Pre-Amplifier. El mostrado a continuación es nuestra variante con la que obtendremos mayor ganancia, necesaria en esas pastillas que nos sacan poca señal, como era, por ejemplo, mi caso; o, simplemente, para exprimir al máximo la etapa de potencia.

[Actualización 6/2009 - Cambiar el condensador de 1uF bajo el pote de ganancia por uno de 4.7uF]

En el circuito podemos ver, grosso modo, dos etapas amplificadoras gobernadas por los dos operacionales y una tercera, opcional, para "adaptar impedancias" a la salida mediante el clásico transistor en colector común o seguidor.
La primera etapa ingresa con una alta impedancia, apropiada para los micrófonos y pastillas de guitarra, y conforma un ecualizador con controles de agudos, graves y medios-presencia. Este último control trabaja en un amplio rango de frecuencias, dándonos también más 'brillantez' u 'opacidad' al sonido. Hay que tener en cuenta que estos controles no son del todo independientes entre sí como lo podrían ser, por ejemplo, los de un ecualizador paramétrico, sino que el ajuste de cada uno arrastrará en parte la ecualización de los otros. Pero, para nuestra aplicación no requeriremos de un ecualizador más sofisticado. Así pues, la mejor solución será ir probando ajustes hasta obtener el sonido deseado, nada nuevo en esta vida.
A continuación entramos en la segunda etapa en la que podremos controlar la ganancia del segundo operacional y, por lo tanto, la saturación o cantidad de recorte de onda que queramos reproducir. Esto es lo que conocemos como 'distorsión'. Exactamente, ésta se produce en los cuatro diodos marcados con un asterisco azul, encargados de recortar la señal a partir de cierto nivel y en ambas direcciones (de ahí la simetría), conformado así la señal distorsionada deseada. Gracias a la cantidad de ganancia disponible y al amplio margen dinámico del previo, seremos capaces, ajustando los controles de volumen y ganancia, de obtener desde una señal limpia sin distorsión apreciable, pasando por un ligero overdrive, hasta la máxima saturación del tipo hard-clipping, gorda y estridente. También podemos alterar la forma del recorte variando la configuración y el tipo de los diodos utilizados (ver de nuevo asterisco azul). Así, podemos probar con diodos de silicio, de germanio y hasta incluso led's que, sí, se encenderían al ritmo de nuestra guitarra al recortar la señal, cosa muy atractiva, ;). También se puede jugar con configuraciones simétricas y asimétricas de uno-dos diodos, todo esto está muy abierto a la experimentación y los gustos, así que, allá cada uno. De todas formas, para empezar, recomiendo probar con una configuración simétrica de 2 y 2 diodos de silicio, ya que serán los que tendremos más a mano. En el proyecto original se usan 4 diodos de silicio rápidos o de señal (1n4148 o similares).
A la salida tenemos un buffer mediante un transistor funcionando en modo seguidor, marcado como opcional, ya que su única función es la de "adaptar la impedancia" (adecuarla) de salida de la segunda etapa con la de entrada del equipo al que lo conectemos. Realmente, esto sólo es necesario para mantener un nivel de señal adecuado al alimentar directamente un amplificador de potencia, cuya impedancia de entrada no suele ser muy alta. En cambio, si lo conectamos a otro preamplificador o mesa con entradas de alta impedancia, en principio no sería necesario, aunque sí recomendable para hacer el previo más versátil y estable. Os puedo comentar que en mi caso, y gracias a este sencillo buffer, conecté hasta tres amplificadores de potencia en paralelo directamente a la salida del previo sin apreciar ninguna atenuación importante.


Simulación con Multisim. Forma de onda que obtuve con una cierta configuración asimétrica en los diodos de recorte (curva roja-señal original, curva azul-señal distorsionada). También podemos ver la respuesta en frecuencia para una ecualización posible (diagrama de Bode superior)

En cuanto a la fuente de alimentación, tenemos varias opciones. La más elegante sería alimentarlo mediante una fuente simétrica regulada (por ejemplo ésta), tal y como está indicado en el circuito del proyecto, con las tomas +Vcc, -Vcc y masa, aunque es probable que no tengamos a mano ningún pequeño transformador simétrico (con toma central) que nos sirva. Así que, como buena alternativa, podemos usar una fuente simple como la que nos proporcionaría cualquier pila o adaptador AC/DC (nada que ver con Angus Young...) de esos que tendremos tirados por casa a patadas, con una tensión (Vs) de unos 9 a 18v. Entonces, el problema se presenta a la hora de alimentar el circuito, diseñado en principio para una fuente simétrica, mediante una fuente simple. Esto se soluciona con una masa virtual, que no es más que un punto de tensión media. A los operacionales y el transistor les da igual como les alimentemos, siempre y cuando se mantengan los voltajes relativos, y es exactamente eso lo que vamos a hacer.
El caso es, cómo obtener esa masa virtual, y existen diversos métodos, aunque, en esta situación nos sobrará el típico divisor de tensión, ya que la intensidad requerida por el previo va a ser muy baja y no desequilibrará tal divisor. Éste proporcionará una tensión de Vs/2 en su toma central, con lo que tendremos ya una masa virtual y, por lo tanto, una fuente simétrica con la que alimentar los operacionales.
En realidad, sólo requerimos de esa fuente simétrica para que el operacional pueda amplificar con la máxima excursión de señal positiva y negativa. Así que la conexión podría ser la siguiente: el borne positivo del adaptador o pila a +Vcc, el negativo a la masa general del circuito y a -Vcc, y la masa virtual (VGND) a ambas resistencias de polarización de 1MΩ (que ahora ya no irán conectadas a masa) para desplazar la señal que entra a los operacionales hasta Vs/2 y que, de este modo, ya pueda ser correctamente amplificada por éstos alimentados de esta forma. A continuación os dejo un sencillo método para obtener esa masa virtual.

Divisor de tensión propuesto. BATT podrá ser tanto una pila de 9v como los terminales de un buen adaptador AC/DC de 9 a 18v. VGND=Masa Virtual.

Una última forma de alimentarlo, y para no complicarse, sería usar dos pilas de 9v en serie usando como masa (0v) la unión entre ambas, obteniendo así otra fuente simétrica de +9v, 0v y -9v.
Los parámetros de los componentes a utilizar están casi todos marcados en el esquema principal. Las resistencias de 0.25w y los condensadores polarizados de 25v, valores algo mayores serán perfectamente válidos. En cuanto a los operacionales, podemos utilizar cualquier integrado decente que lleve dos operacionales en su interior; algunos como el TL072, NE5532 (menos ruido) o OPA2134 (menos ruido) nos darán buenos resultados. El patillaje marcado en el esquema del circuito es el estándar para amplificadores operacionales dobles integrados, aún así, no está de más echar una ojeada a esos datasheets.
Y bueno, hasta aquí todo lo que sería interesante conocer antes de empezar a ensamblar este previo de guitarra. De todos modos, lo ideal será que cada uno se lo personalice y adapte según sus necesidades de ganancia (aumentando/disminuyendo resistencia con asterisco rojo del circuito que controla la ganancia del primer operacional), jugando con los condensadores del ecualizador, probando diversas configuraciones de diodos y añadiendo otras funciones como algún conmutador para hacer by-pass, un led de encendido, etcétera. Para el interruptor de encendido podemos usar el propio conector jack hembra que instalemos en el chasis, ya que suelen incorporar varios conmutadores que se activan al introducir el conector macho.
Ahora os dejo unas fotos de mi particular montaje para que os animéis un poco, ...en el fondo no es tan peñazo como pinta. Cogedlo con tranquilidad, vale la pena. :D


Sólo comentar que costó muchísimo más meter todo ese caos ordenado en la cajita que soldarlo. Nada, paciencia.

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Acabados y personalización. :D.


Para acabar, deciros que podemos apreciar un poquito el sonido de este previo en el vídeo de Amaral que colgamos para el blog. Está aplicado con una suave distorsión sobre la guitarra clara que toca Pablo, echadle un ojo.
Fins aviat!

Enlaces de interés:
Pisotones - Pedales de guitarra artesanales para hartarse.
Referencias bibliográficas:
PERTENECE J., A. Amplificadores operacionales y filtros activos. Teoría, proyectos y aplicaciones prácticas. McGraw-Hill, 1990. 295p. ISBN 9788476156605. (sugerencia: red p2p)
CARTER, B. Single-Supply Op-Amp Circuit Collection. Texas Instruments Aplication Report. 27p. Noviembre 2000. (documento completo)

By David.

sábado, 6 de septiembre de 2008

Proyecto 3: Amplificador de 2x33w con preamplificador.

Saludos a todos en pleno verano. Después de tanto tiempo por fin nos animamos a ensamblar un buen equipo amplificador para la guitarra, para escuchar los mejores temas de Enya o para lo que queramos. El proyecto consiste en un amplificador estéreo de media potencia y su preamplificador con ecualizador de agudos y graves incluido.

Esta vez usaremos unos integrados bien conocidos en el mundo de la electrónica, los TDA2050. Se tratan de amplificadores específicos de audio, de clase AB, con eficiencias elevadas a plena potencia (>70%), protecciones de todo tipo, y muy baja distorsión a potencias medias (mucha más información en su datasheet).

En nuestro caso, les vamos a exprimir hasta 33WRMS con el 0.5% de distorsión sobre bafles de 6Ω (o 41w al 10% de distorsión ya para hacer el bestia únicamente), ya que los sobrealimentaremos a tensiones máximas de 27-28v (overclocking..., perdón, oversuppling de TDA's), esperando que no se nos sublimen. Tened en cuenta que a plena potencia la tensión de la fuente caerá hasta valores más seguros. Así demostraremos de alguna forma el margen de seguridad que tenemos al trabajar con estos aparatitos. REALIZAR BAJO LA SUPERVISIÓN DE UN ADULTO, xD.

Aquí debajo podemos ver el esquema del circuito completo para un canal, donde no necesitaremos ningún componente adicional aparte del transformador simétrico (18-0-18v~).


El circuito es relativamente sencillo y consta de tres partes independientes bien diferenciadas (funcionarían perfectamente por separado): Un buffer para adaptar impedancias a la entrada, una red Baxandall activa como ecualizador y, finalmente, la etapa amplificadora de potencia. A continuación se describen someramente.

El buffer está formado por los transistores BC559 de bajo ruido, sus respectivas resistencias de polarización y los condensadores para bloquear la componente continua. Así, el transistor inferior, en configuración de seguidor de emisor, actúa como buffer de ganancia unidad, proporcionando una elevada y constante impedancia de entrada, independizando prácticamente el preamplificador del la fuente de audio. El transistor superior conforma una fuente de corriente constante que mejora el comportamiento del citado transistor seguidor. Esta etapa podría sustituirse perfectamente por un simple operacional en modo seguidor o hasta incluso anularse al realizar las pruebas de la etapa de potencia.

El preamplificador y ecualizador está formado por la ya muy extendida red de control de tono tipo Baxandall. Esta idea nació por los años 50 de la mano del ingeniero británico Peter James Baxandall, quien logró un ajuste independiente de agudos y graves sin ninguna clase de interruptor o clavija, algo nuevo para la época. Rápidamente este diseño fue adoptado por muchos fabricantes en sus equipos de audio de alta fidelidad y es muy probable que cualquiera tengamos una red de este tipo en nuestra casa.
El elemento activo de nuestro ecualizador es un amplificador operacional dual (doble o dual para configuración estéreo) de muy bajo ruido. Nosotros usamos el NE5532, aunque cualquiera similar valdría. Estrictamente, el diseño del circuito anterior es una ligera modificación del ecualizador de Baxandall, propuesta por Texas Instruments y adaptada a los amplificadores operacionales actuales. Tal y como se puede apreciar en el diagrama de Bode adjunto, el ecualizador nos proporcionará hasta 15dB de ganancia o atenuación a voluntad, en agudos y/o graves. Con los potenciómetros centrados (ecualizador plano) la ganancia será de 0dB en todas las frecuencias, dejando así intacta la señal de entrada. Todo esto se conoce como ecualización tipo shelving o por meseta.

Finalmente, la etapa amplificadora de potencia la gobierna el integrado TDA2050, ya descrito. Éste se configura, mediante las resistencias de realimentación, para obtener una ganancia de 68 (37dB) que, además, será casi la ganancia total del equipo (con el ecualizador plano); más que suficiente para obtener toda la potencia exigida con una entrada de nivel de línea estándar (0.316VRMS). A la salida del amplificador también podemos apreciar una red de Zobel (resistencia y condensador en paralelo con la carga), para eliminar así la componente inductiva del altavoz que podría dar lugar a inestabilidades en el amplificador.

En cuanto a la fuente de alimentación, también incluida en el esquema anterior, tenemos, para una configuración estéreo: el transformador simétrico de 16-0-16v o 18-0-18v y 3A, un puente rectificador de 5A, los condensadores de 6800µF que eliminan el rizado de la corriente alterna y los de 0.1µF que filtran ruidos de alta frecuencia que podrían desestabilizar el integrado. El previo se alimenta de las mismas líneas de alimentación tras unas resistencias que nos reducen el voltaje a unos +-15v y otros filtros de 470µF.

Una vez descrito el proyecto por encima, os dejo algunas fotos de mi particular montaje.

Componentes mínimos necesarios. El circuito impreso y componentes también los vende un indonesio por eBay.

Transformador de 18-0-18v. Curioso detalle del campo magnético dispersado. Por algo usarán transformadores toroidales en los equipos de alta gama, no? Siempre sería una buena opción si no nos duele el bolsillo en plena crisis, perdón, etapa de dificultades económicas...xD. Aunque, bueno, a niveles medios y altos de potencia, que es para lo que lo utilizaremos, no se apreciará el famoso hum de la red a 50-60Hz.

Amplificador ya ensamblado. Se puede apreciar el detalle de la lámina de aluminio entre el trafo y el circuito impreso para aislarlo del campo magnético en la medida de lo posible. Obviamente, lo ideal hubiese sido una caja el doble de grande. Pero, me gustó como quedaba así de petitón :P.
Como nota importante, no hay que olvidar aislar convenientemente, con mica o similares, los integrados, cuya aleta metálica está en tensión, del radiador de aluminio, conectado habitualmente a masa.
También es buena práctica dotar las entradas y salidas del transformador con algún fusible para evitarse desagradables sustos. Por lo demás, el montaje no es muy complejo y aquí ya empieza a trabajar la creatividad de cada uno ;).

Acabados y serigrafía castiza
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Referencias bibliográficas:


By David.

martes, 29 de abril de 2008

Proyecto 1: Amplificador de 100w

Hola!. Aquí estamos de nuevo ya con la parte final de este proyecto. Al final decidimos ensamblar, por ahora, sólo el módulo del amplificador y dejar el preamplificador, vu-meters,... para próximos proyectos, no nos emocionemos.

Recapitulando, estamos montando un amplificador de 100watios eficaces (o rms) con muy baja distorsión y gracias al operacional LM12. El fabricante asegura 80w al 0.01%THD, aunque se le pueden sacar hasta 150w sobre cargas de 2 ohm pero ya al límite de su capacidad. El circuito lo podemos encontrar aquí debajo. Éste es una ligera variante del recomendado por el fabricante con el que se obtiene suficiente ganancia (23dB) sin requerir de un amplificador previo extraordinario (eso sí, un nivel de línea de al menos 0.9VRMS que nos puede dar cualquier tabla de mezcla para obtener los 100WRMS sobre 4 ohm):

Tomado prestado de electroschematics.com


Para la fuente de alimentación (para cada canal) simplemente usamos un trafo con toma central (25-0-25v) capaz de dar 4A (200VA), un puente rectificador de unos 6A y un par de filtros de 10miliFaradios. Así alimentamos el integrado a +-34v en continua.

A continuación os muestro fotografías con las diversas etapas del montaje. En ellas podemos apreciar la sencillez del amplificador en sí.

Improvisado 'Laboratorio' en la habitación. La de veces que tuve que escuchar a mi abuela "...te vas a asfixiar con esos humos!", la de razón que tenía xDD. Os recomiendo que os bajéis al garaje o similar y no seáis tan perros como yo.

Módulo de componentes pasivos del amplificador. El detalle de las bobinas está un 'post' anterior (14 vueltas sobre 25mm). Los grandes filtros y diodos de protección será mejor montarlos fuera de la placa, ya que llevarán bastante intensidad.

Aquí vemos a las bestias del equipo (LM12clk) en sus respectivos radiadores. Se recomiendan de mayor tamaño. No olvidar aislar eléctricamente los integrados del radiador con mica o similares. Ver detalle, pulsar para ampliar, como casi siempre.

Alimentación: Trafo, puente, filtros y nada más.

Aquí podemos observar el montaje definitivo del amplificador.

Lo recomendable hubiese sido utilizar una caja de mayor tamaño para distribuir los elementos de forma más separada y, que así, interfieran menos unos con otros. De todas formas, nosotros con este montaje no tuvimos problemas de interferencias ni ruidos de ningún tipo, posiblemente, al usar un buen transformador, aislado mediante chapas metálicas, con la mínima dispersión posible de su campo magnético.

Una buena recomendación para evitar ruidos en amplificadores siempre ha sido llevar la distintas masas del circuito POR SEPARADO hasta un ÚNICO punto de masa común, por ejemplo, en el chasis, donde las unamos todas y, de este modo, evitar los indeseados bucles de masa. Además, también es recomendable que las líneas de alimentación hasta el integrado no excedan de 15cm y, de ser así, se deben poner unos filtros adicionales cerca del propio integrado. También, y en general, cuanta menor longitud de cable en las conexiones mejor.

Otro apunte importante es dotar a la fuente de alimentación de un par de fusibles para ahorrarnos algún que otro susto. En nuestro montaje, gracias a ellos pudimos evitar daños mayores, ya que, en una de las ocasiones, tuvimos una derivación por el chasis con unos buenos pertardeos xD (el espíritu fallero).

En esta fotografía observamos el ventilador que necesitamos para refrigerar convenientemente el integrado de potencia, ya que, reparando (como siempre) en gastos, nos quedamos también cortos de radiadores, aunque, en este caso ya era predecible :P.

A continuación dejaré unos vídeos de los varios ensayos que le hicimos al amplificador hasta incluso a 1Hz. Se puede apreciar al altavoz moviéndose lentamente, sólo que yo no oía nada... me estaré quedando sordo? buff que chispa xDD.


Altavoz cargado con senos de 5Hz. Preciosos senos ;D
video

Prueba del amplificador a baja potencia (escasísima refrigeración) previa al ensamblaje en chasis.
video

Amplificador acabado al 100% y su orgulloso hacedor, un servidor.
(low gain)

(high gain)

Hasta pronto, nos vemos con el preamp y demás.

PD: Ya subiré algún ensayo a plena potencia en vídeo, nos falta el tiempo libre; además, tengo que buscar una buena excusa para hacer sonar eso a ciento y pico vatios reales.. que mejor que una buena fiesta. Que placer, síii :D

...by David.

domingo, 20 de abril de 2008

Proyecto 2: Subwoofer de 34W (reciclado)

Bona tarda!, aquí viene el segundo proyecto en marcha: Un bonito amplificador de 34W (R.M.S) para un subwoofer de 190mm (sí, no esta en pulgadas que pasa!!) de 60W de potencia nominal, con su filtro pasa-bajos y todo. Y, de dónde ha salido todo el material necesario? Pues digamos que todo ha sido reciclado.

El subwoofer en cuestión


En el comienzo de sus tiempos se trataba de un amplificador 5.1 con subwoofer integrado (en concreto éste) que funcionaba relativamente bien (quitando un pequeño ruido de fondo constate (no dependía de la potencia de salida)), con un potencia máxima de salida de 125W, hasta que un mal día dejó de funcionar. Solución? destriparlo e intentar buscar algún esquema para hacer algo decente con los componentes que llevaba. Tras destriparlo, vimos que se trataba de un amplificador basado en el famoso TDA2030a (de hecho llevaba ni más ni menos que 7 integrados), un amplificador operacional usado principalmente para aplicaciones de audio con una potencia de 18W (R.M.S.) y una distorsión del 0,5% THD a esa potencia (mas información en el datasheet). Finalmente decidimos hacer un ampli de 34W que aparecía en el circuito del datasheet mediante dos TDA.

El proyecto ya está casi acabado. La parte amplificadora ya está terminada. En las fotos podéis ver el amplificador en si y el circuito encargado de convertir AC/DC (con sus característicos tubarros (condensadores de 6800micros)) y el puente de diodos. Las antiguas salidas de audio hacen ahora el papel de conexiones de alimentación y la antigua entrada de subwoofer hace ahora el papel de... entrada de subwoofer!! (obvios). Los TDA están atornillados al radiador (ayudados por una pieza de mecano xD) para que disipen bien y no exploten.

Aquí se puede ver el enorme radiador y las conexiones

Detalle del interior de la caja

Es impresionante comprobar el rendimiento, a la hora de resaltar los bajos, que proporciona la caja. Con ésta abierta apenas se perciben pero cuando está cerrada y bien atornillada la cosa cambia radicalmente (la de pirulas que harán las ondas ahí dentro).

Puesto que se trata de un subwoofer, es necesario (o muy recomendable) incorporar un filtro paso-bajo para eliminar en la medida de lo posible las frecuencias superiores a un cierto valor. En nuestro caso hemos colocado dos filtros RC en cascada (serie) con frecuencias de
corte que rondan entre [150-200]Hz.


Aquí se puede ver, entre otras cosas, el filtro montado en una placa de pruebas (o protoboard que suena más molón). Éste no será el filtro definitivo que utilizaremos, ya que proporciona una pendiente a partir de la frecuencia de corte demasiado pequeña (unos 20db/década) y además, al tratarse de un filtro pasivo, atenúa la señal.


Por último, pero no por ello menos importante, hace falta un trafo para mover todo esto. Por suerte podemos utilizar el que venía con el subwoofer. Se trata de un trafo toroidal que nos proporciona 12,6V simétricos con toma media y una intensidad de 5,6A. De sobra teniendo en cuenta que antes alimentaba un amplificador de 125W.

Bonito trafo toroidal

Y hasta aquí a primera parte del proyecto subwoofer. El objetivo es colocarlo en el maletero del Ibizas cuando esté terminado, lo cual genera una serie de problemas, ya que ni la radio tiene salida de línea, ni la batería puede dar los 12V simétricos que hacen falta. Pero por supuesto ya haremos las pirulas necesarias para que funcione xD, todo sea por esos bajos que tanto nos llenan.
Saludos, nos vemos en la siguiente entrega.

...by Pablo.