Estéreo Lo-Fi.

Hola, sean bienvenidos a este espacio lleno de diversión, aventura y emoción... Este... Bueno, no realmente, pero como siempre acá andamos para debrayar en confianza.

En el post anterior mencioné que estaba probando amplificadores de baja potencia. Pues bien, los circuitos que probé fueron varias configuraciones del popular TDA2822M y la configuración recomendada del TA7368P. Realicé las pruebas con un par de bocinas marca Sony de 3.2[Ohm] con una capacidad de potencia de 2.3[W]. Cabe aclarar que la potencia nominal que aparece impresa en las bocinas es la potencia RMS que pueden soportar. A mayor potencia, la bocina tiene una mayor capacidad de corriente y el volumen máximo que puede entregar también es mayor. Es recomendable que una bocina tenga capacidad de potencia del doble que la potencia RMS del amplificador al que se conectará, de esta forma, al incrementar el volumen del amplificador al máximo no correremos el riesgo de dañar el embobinado de la bocina.

Pues bien, como resultados obtuve que el circuito más conveniente para armar un amplificador de baja potencia es el circuito recomendado del TDA2822M para la configuración estéreo, ya que entrega una buena calidad de sonido y tiene un consumo de corriente realmente bajo. Probé algunas combinaciones entre el circuito puente, el circuito estéreo y algunos híbridos que encontré en internet, pero ninguno aportó una mejora en la calidad de audio.

Las pruebas con el TA7368P no fueron satisfactorias, pues es muy sensible al ruido inducido por la fuente de alimentación, además de que al colocar dos TA7368P en paralelo se inducía un zumbido muy molesto en uno de los amplificadores. Además, el ruido blanco característico en los amplificadores de bajo voltaje es muy notorio en el TA7368P.

Un punto importante a considerar (quizás más importante que el propio circuito amplificador) al construir un amplificador de audio es la fuente de alimentación. Si el amplificador será alimentado con baterías estaremos en una zona segura, pues la demanda de potencia del amplificador sólo afectará la vida útil de las baterías. Si por otra parte optamos por utilizar una fuente de alimentación, tendremos que tomar en cuenta algunas consideraciones. La primera y más importante es la topología de la fuente de alimentación.

Existen tres tipos principales de fuentes de alimentación, fuentes conmutadas, fuentes reguladas y fuentes rectificadas. Las fuentes conmutadas basan su funcionamiento en semiconductores de potencia que conmutan constantemente entre estado de corte y conducción. Utilizan transformadores y bobinas de tamaño reducido, además de que tienen un buen rendimiento. Suelen ser fuentes compactas. Sin embargo, tienen la desventaja de inducir ruido de alta frecuencia.

Las fuentes reguladas basan su funcionamiento en un transformador que sirve para ajustar el voltaje de la línea al requerido por la carga. El voltaje entregado por el tranformador es rectificado por un arreglo de diodos, que puede rectificar ya sea media onda u onda completa. A continuación del arreglo rectificador se coloca un capacitor electrolítico de alto valor, que permite atenuar el voltaje de rizo. Por último, se utiliza un circuito semiconductor conocido como regulador de voltaje, que permite estabilizar el voltaje de la salida a un valor fijo. Ejemplos de circuitos reguladores de voltaje son el 7805 (positivo de 5[V]), el 7912 (negativo de -12[V]) o el famoso 317 (variable entre 1.2[V] y 30[V]). La ventaja principal de las fuentes reguladas es que suelen entregar un voltaje estable, sin ruido de alta frecuencia. Sus desventajas son su bajo rendimiento y su respuesta lenta.

Las fuentes rectificadas son muy similares a las fuentes reguladas, excepto que carecen de circuito regulador. En estas fuentes cobran gran importancia la capacidad de potencia del transformador y el capacitor que filtra el ruido del arreglo rectificador. Una fuente rectificada bien diseñada puede entregar un voltaje relativamente estable, además de que puede tener una respuesta mucho más rápida que las fuentes reguladas. Estas fuentes son las recomendadas para alimentar amplificadores de potencia de baja frecuencia, como son los amplificadores de audio.

Debido a que el TDA2822M puede ser alimentado con voltajes desde 1.8[V] hasta 15[V] lo recomendable es utilizar un transformador con voltaje RMS desde 3[V] hasta 9[V] para tener un margen de operación lo más amplio posible. Normalmente los transfomadores en el mercado suelen encontrarse determinados por dos valores, el voltaje que entrega en el devanado secundario y la corriente que puede soportar. Así, es común observar transformadores de 5[V] a 1[A] o de 9[V] a 300[mA]. Debido a que muchas veces los  transformadores son caracterizados de forma teórica, es conveniente calcular de antemano los requerimientos de nuestro circuito y establecer un margen de operación lo más amplio posible.

En un ejemplo práctico, supongamos que vamos a armar un amplificador con el TDA2822M en modo estéreo. La potencia máxima total que puede entregar el circuito es de 1.4[W]. Decidimos entonces alimentarlo con 6[V], para tener un márgen de operación lo más amplio posible. Si dividimos 1.4[W] entre 6[V] encontramos que la corriente máxima que puede circular por el amplificador es de 233[mA]. Considerando el margen de 25%, tenemos que la corriente que debe soportar nuestro transformador es de 291.25[mA]. Por lo tanto, compraremos o construiremos un transformador de 6[V] a 300[mA] o más. Con esto garantizamos que nuestro circuito estará alimentado de forma adecuada. Los transformadores suelen ser elementos eléctricos costosos, además de que a mayor capacidad de corriente, incrementan su tamaño de forma considerable. Es posible alimentar el circuito con un transformador de 6[V] a 5[A], pero estaríamos desperdiciando una gran cantidad de espacio y dinero.

La etapa de rectificación puede realizarse con puentes de media onda (dos diodos) o puentes de onda completa (cuatro diodos). Para amplificadores de audio, se recomienda el uso de rectificadores de onda completa, pues nos permiten aprovechar cerca de 86% de la potencia disponible en el devanado secundario.

En este punto es conveniente medir el voltaje que entrega el puente rectificador, pues utilizaremos ese valor para calcular el último elemento de la fuente, el capacitor de filtrado de rizo. Volviendo a nuestro ejemplo, supongamos que nuestro transformador nos entregó un voltaje RMS en alterna de 6.5[V] y después del puente rectificador de onda completa obtenemos 7.3[V]. Aunque este valor de voltaje podría parecer erróneo en primera instancia, en realidad no lo es, pues a la salida del rectificador se tiene una señal de voltaje con el doble de la frecuencia que el voltaje de la línea. Pues bien, un décimo de 7.3[V] es 0.73[V], el cual estableceremos como nuestro voltaje de rizo.

Para obtener el valor del capacitor que utilizaremos para el filtrado requerimos dividir el valor de la corriente que demanda el amplificador entre la frecuencia que entrega el circuito rectificador, en nuestro ejemplo dividimos 0.233[A] entre 120[Hz] (si la frecuencia de la línea es de 60[Hz]). Esto nos da como resultado 0.00194 [A*s]. Ahora bien, este último valor lo dividimos entre el voltaje de rizo que establecimos, en nuestro ejemplo es de 0.73[V]. Si dividimos 0.00194[A*s] entre 0.73[V] obtendremos 2660[uF] como el valor de nuestro capacitor de filtrado. Debido a que 2660[uF] no es un valor comercial, debemos utilizar el valor comercial superior inmediato que es 2700[uF]. Como se utilizará un capacitor electrolítico se debe considerar el voltaje de operación. Debido a que el voltaje pico que puede entregar el transformador de nuestro ejemplo es 9.19[V], es conveniente utilizar un capacitor de 2700[uF] a 16[V] o más, para tener un margen de seguridad lo más amplio posible, ya que un capacitor de 10[V] estará trabajando muy cerca de su límite.

Hay que considerar que en un amplificador de audio, las partes que se someten a una mayor exigencia son el circuito amplificador y el transformador. Por ello, a pesar de que nuestros cálculos nos indican un transformador de 6[V] a 300[mA], es buena idea utilizar un transformador de 6[V] a 500[mA] o de 6[V] a 1[A], pues estaremos ganando bastante capacidad de potencia sin sacrificar mucho espacio. Cuando el transformador es bien seleccionado, notaremos que éste no elevará su temperatura a pesar de que el amplificador esté operando al máximo volumen, además de que el ruido inducido tendrá un volumen muy bajo (en ocasiones imperceptible). Si el transformador eleva su temperatura de forma notable, debemos considerar reemplazarlo, pues corremos el riesgo de dañarlo y en el peor de los casos, provocar una falla de circuito corto entre los embobinados, lo que puede estropear no solo al amplificador, sino a la fuente de audio y a la instalación eléctrica. De igual forma, si el ruido inducido es muy alto, hay que considerar cambiar el transformador por uno de mayor potencia o incrementar el valor del capacitor de filtrado.

Pues bien, en este punto ya tenemos una fuente de alimentación adecuada para nuestro amplificador, que le permitirá operar con seguridad. Si se han tomado todas las precauciones de armado obtendremos un amplificador que será capaz de operar a su máxima potencia sin dañarse y sin poner en riesgo los componentes a los que esté conectado. Si pensamos agregar un control de volumen a nuestro amplificador estéreo debemos utilizar un potenciómetro doble de 10[kOhm]. Estos potenciómetros son difíciles de encontrar en casas de electrónica convencionales como Steren, pero fáciles de encontrar en sitios donde vendan refacciones electrónicas o componentes recuperados. La conexión correcta de un control de volumen (viendo al potenciómetro de frente) es la siguiente: La terminal de la izquierda va a tierra (0[V]), la terminal central va hacia la entrada del amplificador y la terminal de la derecha va hacia la fuente de la señal de audio. De esta forma, cuando desplazamos el potenciómetro hacia la izquierda, conectamos la entrada del amplificador a tierra y obtenemos silencio a la salida. Cuando desplazamos el potenciómetro a la derecha conectamos la fuente de audio directamente a la entrada del amplificador y obtenemos a la salida el máximo volumen que la fuente de audio puede entregar.

Esperen actualizaciones próximamente y como siempre, estamos en contact.

Mono Hi-Fi

Hola, ¿Cómo están? Como ya es costumbre en este blog, espero que se la estén pasando genial en este 2013. Ya se acerca la primavera y con ello algo que pone de muy buen humor a su servidor ¡Así es! ¡Adivinaron! Me refiero al inicio de las temporadas de distintas categorías de carreras, como son la Indy Racing League, la American Le Mans Series y por supuesto, la FIA Formula 1 (ustedes me conocen bastante bien estimados lectores n_n).

Si bien, este blog está dedicado al debraye video lúdico, también hay espacio para el debraye generalizado y para el despotricamiento, mejor conocido con el barbarismo de ranteo.

Por distintas circunstancias, principalmente económicas, utilizo mis consolas de videojuegos de una forma algo peculiar. Cuando recién me mudé a mi residencia actual contaba con una televisión CRT marca Sharp de 22 pulgadas que utilizaba para jugar con todas mis consolas de sobremesa. Esa televisión fue obsequiada por un compañero del trabajo de mi padre. Tenía unos pequeños detalles, como un falso contacto en los conectores de audio y video, además de que ninguno de los botones del panel frontal funcionaba. Reparar esas pequeñas fallas es relativamente sencillo, pero se debe tener la precaución de descargar el tubo, aunque coloquialmente se dice que se debe descargar el flyback.

Al poco tiempo mi hermana se mudó a vivir conmigo y ella no contaba con televisión. Dado que no soy muy dado a mirar la programación de la televisión abierta, decidí regalarle mi televisión (que ya funcionaba completamente) y buscar la forma de visualizar mis consolas de videojuegos por otros medios. Como es costumbre en este blog, mi amigo Dash Bandit llegó al rescate con una pieza de hardware muy útil, un monitor CRT para computadora marca Daewoo. En términos generales, el monitor estaba en perfecto estado, salvo el detalle de que los botones del panel frontal funcionaban de forma errática, es decir, al presionar un botón el monitor detectaba la pulsación de otro botón o aún peor, la combinación de varios botones, por lo que ajustar la imagen era un verdadero martirio.

Quizás en este punto sea conveniente rescatar una foto del archivo del blog, donde les muestro mi playground, pues me referiré a ella en otro punto de la presente entrada.

Para sacar provecho a ese monitor hice las adaptaciones VGA para el Dreamcast y el XBOX 360. También intenté conectar el PlayStation 2 al monitor, sin embargo la imagen mostrada con el adaptador VGA casero que construí (basado en el LM1881) hacía que la imagen parpadeara cada segundo, además de que toda la imagen tenía un tinte verdoso.

Muy bien, hasta este punto ya tenía resuelto gran parte del problema, pues ya podía jugar con varios de mis juegos favoritos con una calidad de imagen muy superior a la que mostraba mi antigua televisión.

Sin embargo, el monitor sólo despliega imágenes y para disfrutar de los videojuegos en su totalidad también se necesita poder escuchar los sonidos y la música. La solución obvia más económica que se le ocurrió a su servidor fue comprar unas bocinas para computadora. En la foto anterior se pueden apreciar detrás del Dreamcast.

Esta es la foto de la caja de las bocinas, que tuvieron un costo de $130.00 pesos mexicanos (cerca de 11 USD) y las compré en el sitio de MercadoLibre. En la fotografía las bocinas tienen una buena apariencia, además de que las especificaciones de la caja no están nada mal. Un sistema de audio 2.1 (estéreo y bajos) con una potencia de 2500 [W] P.M.P.O. implica varias cosas. La primera es que el sistema cuenta por lo menos con un filtro activo paso bajos, para alimentar el subwoofer (bocina dedicada a reproducir únicamente sonidos de baja frecuencia) y la potencia 2500 [W] P.M.P.O. indica que el sistema cuenta con una fuente de alimentación de buenas prestaciones.

Aunque cabe aclarar que la potencia P.M.P.O. (Pico de Potencia de Salida de Música) en realidad no es número que indique la calidad o el desempeño de un sistema de audio. No hay procedimiento normalizado o estandarizado para establecer la potencia P.M.P.O. por lo que algunas empresas se limitan a multiplicar la potencia pico de cada uno de los componentes para determinarla, mientras que otras colocan la potencia teórica al alimentar el sistema con un impulso (una señal de duración cero) de alta magnitud. La mayoría de las empresas determinan la potencia P.M.P.O. de sus equipos basándose únicamente en la creatividad, en los números de la suerte del diseñador de la caja o en los últimos números de la lotería de la semana anterior.

La potencia que realmente interesa es la potencia RMS, ya que es la potencia eficaz y es un indicativo bastante claro de las capacidades del sistema de audio. No es raro ver que sistemas de audio de marcas reconocidas tienen una potencia P.M.P.O. de 12900 [W] pero apenas una potencia RMS de 290 [W]. En este caso, debe considerarse que la potencia del equipo no es de 12900 [W], sino de 290 [W].

Al recibir las bocinas mi decepción fue de proporciones mayúsculas. La caja era bastante liviana, lo cual solo puede indicar una cosa, las bocinas ni son de la potencia indicada, ni tampoco cuentan con fuente de alimentación, pues ahora la moda es alimentar cualquier periférico de computación a través de los conectores USB. Siendo francos, el hecho de que las bocinas no fueren de alta potencia no es algo que me moleste, pues suelo escuchar tanto música como videojuegos a volumen moderado. Sin embargo, lo que si fue una burla fue la alimentación por USB, pues el Dreamcast no cuenta con puertos USB.

Considerando que los puertos USB entregan un voltaje de 5[V] y una corriente máxima de 500[mA], resulta fácil adaptar una fuente de voltaje que entregue esos valores para poder emplear las bocinas con aparatos que no cuentan con puerto USB. Entre mis artilugios encontré un viejo eliminador de discman, que justamente tenía las características eléctricas apropiadas, por lo que decidí sustituir el cable de alimentación USB de las bocinas por el eliminador.

Para realizar esa labor abrí las bocinas y a continuación pongo una fotografía de lo que encontré.

Ya en este punto, justo cuando creí que no podía decepcionarme más, mi curiosidad me llevó a una revelación que terminó por mermar la poca fe que tenía en estas bocinas. El circuito integrado DIP de ocho terminales que se puede apreciar en la fotografía es un TDA2822M fabricado por la empresa STMicroelectronics y es un amplificador de audio doble de baja potencia. Es un circuito muy popular entre los aficionados al audio y a la electrónica pues además de ser muy barato, tiene una buena calidad de audio y consume muy poca corriente, al grado que puede ser alimentado por baterías. Además su rango de voltaje de alimentación va desde los 1.8[V] hasta los 15[V], lo que otorga una gran flexibilidad para el diseño.

Al ser un amplificador doble, permite amplificar sonido estéreo con el uso de un solo circuito. Sin embargo, los fabricantes de estas bocinas le escupen en la cara a sus clientes sin un mínimo de remordimiento, pues el circuito está configurado en modo puente monoaural. En palabras simples, los dos amplificadores que contiene el TDA2822M se conectan en cadena, referenciando un amplificador a 0[V] y el otro a la señal de salida del primer amplificador. De esta forma se tiene un amplificador monoaural del doble de potencia, pues la bocina no sólo es empujada, sino también jalada cuando circula una señal de audio por el amplificador. En esta configuración, la potencia máxima que entrega el amplificador es de 1[W] RMS. No es lo mismo 2500[W] P.M.P.O. que 1[W] RMS, ni tampoco es lo mismo 2.1 canales que monoaural.

La calidad del sonido del TDA2822 es buena, sin llegar a ser excelente. Digamos que es apropiada para la mayoría de las aplicaciones. En este punto estoy experimentando con varios amplificadores de audio de baja potencia, con el fin de construir un amplificador estéreo que me permita disfrutar de una forma más óptima de mis videojuegos.

Próximamente reportaré mis resultados. Como siempre, ¡Estamos en contact!