domingo, 18 de abril de 2010

REPARAR AUDIO

En los últimos años hemos visto la gran evolución en los sistemas de audio, en los cuales se han ido incorporando lo más avanzado de la electrónica digital.

Es así como se han reemplazado circuitos que se hacían con simples interruptores, conmutadores, potenciómetros o circuitos pasivos, con circuitos integrados digitales avanzados que realizan la mayoría de las funciones en un sistema de audio actual.

El propósito de este curso es que aprendamos de una forma práctica igual al titulo de este curso, por lo cual tratare de no caer en tecnicismos exagerados que muy pocos entiendan, la mayoría de la comunidad de técnicos tiene una formación informal, aprendimos en revistas, seminarios o mirando el trabajo de algún
Compañero más aventajado que nosotros.

1-Introducción: Empezaremos mencionando que a pesar de los cambios en los sistemas de audio actuales, los nuevos circuitos tienen la misma función que sus antecesores análogos, parece muy obvio pero lo menciono porque algunos colegas le “temen” a las nuevas tecnologías, y terminan devolviendo los equipos por daños relativamente fácil de solucionar, con algo de estudio y entusiasmo lograremos acomodarnos a estas nuevas tecnologías.

2-Descripción de circuitos:


El preamplificador: Este circuito es el encargado de acondicionar el audio tanto en nivel como en impedancia, para poder llevar la señal a una etapa siguiente.

Actualmente se utilizan amplificadores operacionales para hacer esta tarea, se pueden encontrar de a uno por canal o un solo circuito integrado para ambos canales, veamos la figura1.


Podemos observar la configuración del NE5532 uno de los mas populares en esta función, su ganancia esta dada por la relación entre el grupo de resistencias y condensadores.


También podemos encontrar preamplificadores en formas más simples como el de la figura 2



Aquí podemos ver como se preamplifica la débil señal de un micrófono electret, en este caso se utiliza como elemento activo un transistor 2N 3904.

El conmutador de señales: Esta etapa se encarga de seleccionar las distintas fuentes de señales que pueden ingresar al equipo internas o externas como: cd, radio, cassette, entrada auxiliar etc.
Este circuito anteriormente se realizaba con un conmutador mecánico el cual a través de unos contactos hacia coincidir una determinada entrada con una sola salida en común, o dos si se tratase de un sistema stereo, veamos la figura 3


Observamos un conmutador de señales digital con el circuito integrado BU4052BC, analicemos en detalle como funciona este circuito, la alimentación es de 5 voltios por el pin 16 y Terminal de tierra por pin 8, la habilitación del chip se hace por el pin 6 que debe estar a nivel bajo, las señales de entrada (8 en total) ingresan por los pines 1,2,4,5 (canal izquierdo) y 11,12,14,15 (canal derecho),las salidas del integrado serán por el pin 3 (canal izquierdo) y por pin13 (canal derecho).

Aclaro que el pin 7 VEE debe tener un voltaje negativo de 5 voltios para manejar señales análogas (en este caso audio), pero como se seleccionan las diferentes señales que ingresan al IC?
La selección se realiza a través de un código binario de dos bits, los cuales llegan a los pines 9 y 10 provenientes del microcontrolador del equipo de audio.



El pin 10 se identifica como A y el pin 9 como B, según esta combinación se elegirá la fuente de señal, el numero 1 representa un estado alto igual o cercano a 5 voltios y el numero 0 representa un estado bajo el cual puede ser nivel de tierra o cercano a el.

Control de volumen digital: Otro avance en los circuitos de audio que termino con el clásico potenciómetro, la gran ventaja de este sistema es la ausencia de ruidos a causa del desgaste mecánico producido por los potenciómetros, además facilita el manejo a través del control remoto, este circuito puede controlarse de varias formas a través del microcontrolador, ya sea por cambio de estados lógicos, por pulso PWM, o por código binario através del bus I2c.

PWM: Modulación por ancho de pulso, este sistema aprovecha el ancho de las ondas entre periodos para aumentar o disminuir el voltaje, el cual se utilizara para controlar un circuito integrado.

BUS I2C: Sistema de comunicación entre circuitos integrados desarrollado por PHILIPS.
Veamos un control de volumen digital basado en el circuito integrado LC7533.



Este circuito integrado incorpora en su interior un grupo de resistencias las cuales forman un potenciómetro stereo, con toda la lógica necesaria para aumentar o disminuir el volumen de un sistema de audio.
Para aumentar el volumen el pin 16 marcado como UP (arriba) debe estar a nivel bajo, para disminuir el volumen el pin 14 marcado como DN (down o abajo) también debe estar a nivel bajo, de lo contrario estos pines permanecerán en estado de alta impedancia.

El ecualizador digital: Este circuito se encarga de corregir o modificar la forma de onda de las señales de audio en diferentes gamas de frecuencias desde las bajas pasando por las medias hasta las frecuencias más altas (recuerde que el oído humano solo abarca las frecuencias comprendidas entre 20hz hasta 20.000hz).

Veamos la figura 5


Observamos el IC M62412P el cual contiene en su interior la circuiteria necesaria para formar un ecualizador de 4 tonos, a excepción de los capacitores que marcan los límites de las bandas de frecuencias a corregir.
La red de capacitores entre los pines 3,4,5,6 ecualizan el canal izquierdo, de igual manera los capacitores entre los pines 11,12,13,14 ecualizan el canal derecho, las entradas de audio del circuito serán los pines 1 para el canal izquierdo y 16 para el canal derecho, las salidas están en el pin 2 para el canal izquierdo y el pin 15 para el canal derecho.
La selección de los diferentes tonos 4 en total (uno de ellos, consiste en dejar pasar la señal sin ningún ajuste por lo que en realidad serán solo tres), se eligen con un código binario de 4 dígitos los cuales ingresan por los pines 9 y 10, veamos la figura 6.


En la figura 6 vemos las cuatro posiciones posibles y el código que le corresponde a cada una, H (HIGH) ALTO o 5V Y L (LOW) BAJO o 0 Voltios.


EL PROCESADOR DE AUDIO: Actualmente se esta utilizando un solo circuito integrado para realizar todas las funciones que implican procesamiento de audio, lo que quiere decir que funciones como el control de volumen, ecualizador, efectos de audio e inclusive el preamplificador están contenidos en este circuito integrado.

Analicemos su funcionamiento, este chip necesita una línea de comunicación con el micro através del bus I2C, por el cual se envían códigos binarios para que este chip realice la función que se le pide, ahora si se observa este circuito se verán varios capacitores y resistencias, como si fuera una jungla pero de audio, este grupo de componentes crean las redes de ecualización y polarización del integrado pues en general el integrado se compone básicamente de llaves electrónicas que se abren y cierran según sea ordenado por el microprocesador en la figura 7 podemos ver un ejemplo de este tipo de circuito integrado.

ETAPA DE SALIDA DE POTENCIA: La etapa de salida en un equipo de audio es quizás el circuito que más fallas presenta debido a su condición de generar potencia pues esto esta ligado a presentar altas temperaturas, es qui donde debemos estar mas preparados pues esta falla puede representar el 60% de todas las fallas que se presenten.

Uno de los circuitos integrados mas populares que encontraremos son los famosos STK serie construida por la firma SANYO, aunque también encontramos algunos construidos por SAMSUNG, otros integrados comunes de salida son los construidos por PANASONIC y se rotulan como la serie RSN.

GENERACIONES DE STK: La familia de circuitos integrados STK, han evolucionado progresivamente en sus características y funciones:

-Primera Generación: Los circuitos integrados de la SANYO, son marcados con las letras STK seguida de un 0 y dos números, por ejemplo:

-Primera Generación:
STK-011

STK 013

STK 014

STK 015

STK 016

STK 031

-Segunda Generación:
STK018

STK020

STK027

STK027

STK441

STK459

STK461

STK463.

-Tercera Generacion
STK4018II

STK4036II

STK4040II

STK4040V

STK4048V

STK4042X

-Cuarta Generacion
STK402-020

STK402-030

STK402-040

STK402-050

STK402-070

STK402-090

STK402-100

STK402-120

-Quinta Generacion
STK412-020

STK412-030

STK412-040

STK412-050

STK412-070

STK412-090

STK412-100

STK412-120

Se hicieron grandes mejoras en esta última generación como el empleo de un par complementario pero con base a transistores FET, otra gran mejora es el uso de dos fuentes duales, una de bajo voltaje y otra de alto voltaje.

Existe entonces un circuito detector de nivel de voltaje que esta vigilando el nivel de salida de cada canal, cuando la potencia exigida es mediana lo mismo que el voltaje de salida sobre la carga, solo trabaja la fuente dual de bajo voltaje (VL+ y VL-), a medida que se va incrementando el nivel de volumen y el voltaje de salida para la carga se tiende a recortar por haber copado la fuente dual de bajo voltaje, el circuito desplazador de nivel conmuta un par de interruptores análogos (uno para la tensión+ y otro para la -).

Estos interruptores análogos, hechos con MOS-FETS, bloquean la fuente de bajo voltaje a la etapa de salida.

EL PROCESADOR PRINCIPAL (MAIN PROCESSOR): Este componente es el cerebro de todo el sistema de audio, el controla através del bus I2C algunos otros dispositivos del sistema como el procesador de audio, el procesador de display, el sintonizador de emisoras, el reproductor de CD, el teclado frontal y el sistema de control remoto, para funcionar correctamente se deben cumplir una serie de condiciones como el voltaje de RESET que ubica el programa del micro en su primera posición, este voltaje usualmente tiene el mismo valor de voltaje que el de alimentación que suele estar entre 5 y 3.3 voltios DC pero con un pequeño retardo del orden de los 72 milisegundos, obviamente el chip debe estar alimentado y que ninguna línea de protección vaya a estar activada, como por ejemplo la que indica que la salida de audio esta en corto.

Proceso de Reparación: Para encontrar fallas en este circuito primero de todo revise el voltaje de alimentación, recuerde que este voltaje es regulado y no debe tener una variación notable si encuentra un voltaje incorrecto retire el pin de la alimentación y revise nuevamente si el voltaje se estabiliza lo mas posible es que el chip se encuentre en corto, luego ubique el pin del RESET que como se menciono debe tener un voltaje similar o igual al de alimentación, para probar el retardo necesariamente deberá utilizar un osciloscopio, si aun así sospecha del RESET, Limpie la soldadura de este pin y con una resistencia de 4.7k y un cable pegüela entre este pin y la alimentación del chip, luego conecte el equipo de audio a la toma AC inmediatamente corte el cable de la resistencia con una pinza si observa actividad eso quiere decir que el integrado que proporciona el RESET esta fallado, aunque el RESET puede ser discreto hecho a transistores.

Otro punto a medir es el bus de datos I2C, si un integrado secundario que comparta las líneas de comunicación se pone en corto puede bloquear el funcionamiento del procesador.



En la imagen un procesador 78f05470c.


EL PROCESADOR DEL DISPLAY: Este chip tiene como función organizar los diferentes segmentos del display con el fin de visualizar correctamente toda la información que se observa en el display, este procesador se comunica vía I2C con el micro principal el cual le envía toda la información de lo que esta pasando en el equipo de audio através de códigos binarios que son decodificados por el procesador de display para luego ser enviados a la pantalla fluorescente, lo especial de este integrado es que maneja un voltaje de 24 voltios para poder polarizar convenientemente el display, con respecto a la verificación de fallas se puede usar el mismo procedimiento que se describió anteriormente con el procesador principal.


En la imagen un procesador que maneja el display termoionico.

EL DISPLAY: Su principio de funcionamiento se basa en el de la válvula al vacío. A la válvula Triodo (llamada así por sus tres elementos que la componen aunque en la realidad son cuatro) en el caso del Display se le ha agregado un cuarto elemento que llamaremos Rejilla. Recuerde, para que el Triodo trabaje basta con calentar el filamento mediante una fuente eléctrica; que este a su vez caliente el elemento Cátodo que al calentarse libera electrones que son atraídos por el elemento Placa que debe estar polarizada positivamente con relación al filamento.

Si le agregamos el elemento Rejilla y a esta le aplicamos una pequeña tensión negativa, esta repele los electrones que son atraídos por la placa cortando o regulando así el flujo de electrones hacia la Placa. Si la Rejilla se ubica cerca del Cátodo, con una pequeña corriente bastará para controlar la corriente o flujo de electrones hacia la Placa lo que equivaldría a una amplificación.

El filamento es alimentado por un primer Bobinado aislado de masa.
Un segundo Bobinado genera una tensión de -30V.
El filamento (Cátodo) es alimentado con CD o CC desde los -24V.


Display tipico de un equipo de audio.

Problemas en el Display: Se pueden encontrar varias fallas con respecto a este dispositivo como:

-Display apagado: Se debe medir el voltaje de filamento que comúnmente es un voltaje AC que viene del transformador de la fuente.
Medir los 24 o 30 voltios para la polarización de los segmentos.

-Display Tenue u opaco: Se debe a una mala polarización, como voltajes alterados, capacitores secos, soldaduras defectuosas o display con el fósforo agotado.

-Distorsión de los segmentos: Los segmentos están pintados con pintura de fósforo, y obviamente son fijos, esta falla estará más enfocada hacia fallas en el procesador de display, el procesador principal o en el peor de los casos ambos chips fallados.

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