CONSTRUCCIÓN DE UN PUBLIC

Por: Miguel Juliá Silvestre.

 

INTRODUCCIÓN

A partir del diseño original:

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/proyectos_amplificadores/public/public.html

Esto del HUM engancha, la idea de poder construir una etapa de potencia sin conocimientos de electrónica tal y como reza el artículo original es tentadora, por eso me embarqué en el proyecto de la construcción de un Public.

Además el bajo coste del proyecto me pareció ideal para empezar y si la cosa funcionaba poder construir varios y hacer pruebas de multiamplificación

Pero la electrónica es compleja y más en un primer acercamiento a ella, si algo falla la cosa no funciona, saca humo o explota!!! Suponiendo que se parte de cero habrá que aprender a reconocer componentes, hacer placas y soldaduras y tener en cuenta todas las recomendaciones posibles sobre los riesgos de la electricidad ya que los sustos pueden ir más allá de un simple calambrazo, también serán necesarias una serie de herramientas como un polímetro, brocas de un milímetro que se parten con bastante facilidad, regletas de electricista, pinzas pequeñas para sujetar algún componente, un fluorescente a modo de insoladora, etc

Recomiendo ser muy ordenado y escrupuloso en el trabajo así como intentar previsualizar mentalmente todo el trabajo a realizar ya que a una persona sin experiencia no se le ocurre que puede pasar ni será capaz de detectar un error a la primera de cambio por tanto ese ejercicio de imagen previa facilitará el trabajo

Personalmente me parece un poco optimista que alguien sin la más mínima experiencia consiga hacer las soldaduras en el tamaño de la PCB publicada en el artículo sin cortocircuitar nada como me ocurrió en mi primer intento por lo que ofrezco el dibujo de una PCB un poco más grande

En las fotos podréis ver distintas fuentes de alimentación e incluso diferentes montajes de radiadores o elementos añadidos, eso es debido a algunas pruebas y a algunos pequeños cambios sobre la marcha por consejo del autor y a que en el momento de terminar este artículo ya iba por el 2 Public y hay imágenes de uno y de otro pero el proceso tiene el orden de trabajo adecuado

Este artículo es algo así como una guía visual de montaje acompañada de algunos comentarios que creo pueden facilitar el trabajo a un principiante, tampoco he pretendido una repetición sistemática de las instrucciones originales que para eso están y a las que habrá que referirse constantemente ante cualquier duda. Si estas se siguen estrictamente no debería haber mayores problemas y en caso de que los hubiera habría que revisar el orden de montaje y la correcta colocación de los componentes


inicio

Un pequeño apunte

  1. Para la fuente de alimentación se puede elegir entre poner pocos condensadores de muchos uF o poner más condensadores de menos uF, una vez elegida la capacidad es lo mismo, pero sale más barato poner más condensadores de menos uF
  2. Las PCB se pueden barnizar en cualquier momento, no es imprescindible hacerlo en el orden que he puesto
  3. Personalmente prefiero trabar los transistores al radiador con tornillos de rosca pero se puede hacer con tornillos de rosca chapa
  4. Con R10=470R el valor sin ajustar era de -40mv, al mover el potenciómetro para ajustar DC aumentaba la corriente negativa y aunque funcionaba perfectamente ya que el valor entra dentro del margen de los +-50mV (y por consejo del autor) fui aumentado R10 a partir de 1K hasta dar con el valor que más se aproximaba a 0, en mi caso ha sido con R10=1k8. Sin ajuste de DC el valor era de 28mV y no hubo problemas para llevarlo a 0

 


 

Listado de artículos necesarios

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/proyectos_amplificadores/public/public.html - Artículo original "Public"

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_amplificadores/PCBs/otro/o_PCB.html - Método simple de PCBs

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_amplificadores/PCBs/PCBs.html - Fabricación de PCBs

http://213.97.130.124/pcbs/pcbs.htm - Fabricación de PCBs

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_amplificadores/componentes/componentes.html - componentes

http://personales.ya.com/lcardaba/articles/R_normal/R_normal.htm - componentes

http://personales.ya.com/lcardaba/articles/heatsinks/heatsinks.htm - cálculo de radiadores


LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Precisamente es en este punto donde se admite una cierta libertad de diseño, básicamente por lo que se refiere a la capacidad de la fuente o incluso al uso de una fuente regulada de mayor complejidad.

Para poder apreciar como afecta a la calidad del sonido decidí construir la fuente propuesta (10000 uF/35V) y dos de mayor capacidad (40000 uF/35Vy 68500 uF/50V)

Para que nos entendamos la capacidad de la fuente es la suma total de los condensadores a un voltaje determinado (1)

 


LA PLACA o PCB

La fabricación de la PCB para la fuente de alimentación del Public es muy sencilla, está hecha con "Placa Virgen", es decir "sin sensibilizar" y consiste en pintar las pistas con un rotulador grueso permanente para ir directamente al atacado de la placa con una mezcla que consiste en 3 partes de salfumán del que se encuentra en cualquier droguería o supermercado y una parte de agua oxigenada de 110 Vol. que suele encontrarse básicamente en farmacias. A partir de aquí solo hace falta un buen lavado con agua en abundancia para eliminar cualquier resto de la mezcla y eliminar el rotulador con acetona

Añadir más agua oxigenada hace que el proceso sea más rápido pero no lo recomiendo ya que llega a degradar la tinta del rotulador y por tanto el cobre de la pista. Además la reducción de tiempo no vale la pena y no es significativa ya que estamos hablando de un proceso que dura entre 3 y 5 minutos como máximo

Una vez que la placa esté seca se limpia con algún limpia metales para eliminar cualquier resto de suciedad y óxido (los limpiadores de plata no sirven para este uso)

La limpieza de las placas es muy importante ya que de ello dependerá la facilidad y calidad de las soldaduras posteriores, esto solo se aprecia al soldar ya que si la placa no está bien limpia tarda en aceptar el estaño y en pistas muy pequeñas puede llegar a ser una tarea casi imposible

 

A la hora de diseñar la PCB de la fuente de alimentación del Public hay que tener en cuenta el tamaño y la cantidad de los condensadores y otros componentes como cableado, bornes de conexión, etc, que vayamos a poner para calcular las medidas y dejar algunos pequeños espacios libres de cobre para los agujeros donde irán los tornillos de sujeción de la PCB, eso hará que se pueda sujetar la PCB a la plancha metálica de la base del amplificador y evitamos tener que poner aislantes a las tuercas metálicas para que no hagan contacto con el cobre o tener que usar tornillos y arandelas de plástico que son bastante caros y difíciles de conseguir

La PCB consta de 3 pistas, una será el positivo (+), la pista central la tierra y la otra pista el negativo (-)

Una vez que la PCB esté hecha hay que comprobar que no hay ningún contacto entre las pistas porque entonces tendríamos un cortocircuito, lo podemos mirar al trasluz, con una lupa o con un objetivo de cámara fotográfica mirando al revés a través de el.

Seguidamente hay que hacer todos los agujeros con una broca de 1mm y entonces empezamos a encajar los condensadores de tal manera que en la pista del voltaje positivo todos los condensadores tengan la misma polaridad, la pista de tierra acoge la patilla del negativo de un condensador y la positiva de otro con lo cual nos queda la polaridad negativa en la última pista.

Reconocer la polaridad en un condensador del tipo de los que se van a usar es muy sencillo, la patilla del contacto negativo siempre es la más corta y en el lateral del condensador se puede ver una franja vertical con algún tipo de inscripción que también nos indica que es el lado del contacto negativo.

Todavía sin conectar el transformador ni el puente de diodos se comprueba la correcta polaridad de la fuente poniendo el "polímetro" en posición VDC, después la sonda negra se deja fija en la toma de tierra que es la pista central y se coloca la sonda roja en la pista del voltaje positivo y después en la del voltaje negativo. Aunque los condensadores suelen venir descargados hay un pequeño voltaje residual que nos permitirá efectuar la prueba de la correcta polaridad, si hay errores pueden ser debidos a la mala colocación de algún condensador o que alguno esté seco o con otro defecto de origen y por tanto no permita el paso de corriente.


Comprobación de la polaridad de la fuente

TRANSFORMADOR

Ahora hay que probar ya con el transformador y el puente de diodos que tenemos el voltaje requerido. El puente de diodos se encarga de transformar la corriente alterna en continua. Hay que prestar atención a las conexiones, en un trafo toroidal hay que diferenciar el/los primarios que normalmente son los más finos y que además son los dos del mismo color y el resto que son los secundarios y hay que juntar un secundario con otro secundario para hacer la tierra, eso quiere decir juntar el cable blanco con el rojo o lo que es lo mismo juntar uno de los cables marcados por un punto con el siguiente que no lo tiene ya que los colores no tienen porque ser iguales en todos los transformadores

Esquema de un transformador

Si nos equivocamos lo cortocircuitaremos, solo que el diferencial de nuestra casa no saltará y al cabo de unos segundos el plástico que lo envuelve se quemará y saldrá bastante humo

Transformador quemado

PUENTE DE DIODOS

El puente de diodos lleva como mínimo la indicación del "+" y de una señal de alterna aunque algunos llevan todas las inscripciones, de todas maneras las conexiones siempre son de tal manera que una vez identificado el positivo el negativo siempre está en la parta opuesta y en diagonal

Conexiones puente de diodos

COMPROBACIÓN DE LA FUENTE

Ahora comprobamos que el voltaje de la fuente de alimentación supone entre un 130% y un 150% del voltaje del transformador ya que no están conectadas las etapas. Para ello dejaremos la sonda negra del polímetro fija en la tierra de la etapa y colocaremos primero la sonda roja en el positivo y después en el negativo

En mi caso al ser un trafo de 24+24V el voltaje sin conectar las etapas es de 35.3V lo cual entra dentro de esos márgenes antes mencionados (el 150% sería de 36V)

Comprobación de la fuente

Ahora hay que descargar los condensadores con una resistencia de 4 o 5W y alrededor de 50 Ohm, esta se conecta entre el positivo y el negativo de la fuente.

Ya se puede barnizar la placa con un barniz normal y corriente o con algún producto específico para este fin del que se pueda encontrar en las tiendas de electrónica para proteger el cobre de las pistas de la oxidación

Descarga de condensadores y posterior barnizado

 


Las etapas de potencia

Mi primer intento fue con el tamaño original propuesto en el artículo, la etapa murió al primer intento por algún cortocircuito producto de mi poca habilidad con soldaduras tan pequeñas, así que decidí hacerla más grande. No he cambiado el diseño original solo lo he aumentado, las patillas de resistencias, diodos, condensadores y muchos transistores son lo suficientemente largas para evitar que los componentes sufran y solo he procurado que no sufran un estrés mecánico excesivo las patillas de los transistores IRF540 y BD140 que son los que después tendremos que ajustar al disipador

Para hacer las placas de las etapas no sirve el método tosco hay que usar el método tradicional, una vez que se ha impreso el dibujo en papel se hace una fotocopia sobre acetato y se repasa con rotulador por la cara de la impresión ya que si no la tinta patina y no cubre bien.

Fotocopia sobre acetato

No vale hacerlo sobre papel vegetal, en las partes donde las pistas están muy juntas la luz se difumina y los bordes se juntan, y lo mismo puede pasar si el acetato no está bien apretado contra la placa.

Placa mal insolada de un Soft Start

En la imagen se aprecian las resistencias de protección encendidas y a punto de quemarse por algún cortocircuito que debía haber, podrían haber explotado, si a alguien le ocurre lo mismo que apague inmediatamente, tardan varios segundos en alcanzar esta luminosidad pero antes ya se huele a quemado y se puede ver como se borran las inscripciones en las resistencias y empieza a oler a chamusquina, también puede darse el caso de que reviente algún condensador, estos explotan hacia arriba, pero las resistencias pueden romperse en mil pedazos como si fuera metralla

1 intento fallido

Por precaución recomiendo tener las manos libres, al menos una para poder apagar el interruptor inmediatamente, como hice yo. La sonda negra del polímetro estaba fijada en el borne de la pista de tierra y la sonda roja en una regleta de electricista junto con el cable de salida, de esta manera podía ajustar el Offset de DC y tener la otra mano junto al interruptor al mismo tiempo

Aquí fue cuando decidí aumentar el tamaño de la PCB

La nueva PCB es una placa sensibilizada de 8 x 12 y el tamaño útil es de 7.5 x 11.5 así queda un pequeño espacio para hacer los agujeros para trabar la placa a la base con tornillos de métrica 3 sin tener que poner aislantes

Imagen comparativa del tamaño de la PCB original y la nueva

Si no se tiene ninguna experiencia en soldaduras es preferible dejar para el final la colocación de Q1, Q2 y Q3 ya que es una de las partes de la PCB donde las pistas son más finas y están más juntas y lo mismo para los IRF540 y el BD139 que son los transistores de salida.

También he procurado con el aumento de la PCB que Rs1 quede inclinada para dejar un poco de espacio libre detrás de Qt (BD139) ya que después habrá que poner el tornillo para su anclaje al radiador (3)

Dado el tamaño de la placa no hay problemas en el orden de los componentes, aunque la lógica indica que lo primero deben ser las resistencias, los diodos y los 2 potenciómetros planos después los transistores y los condensadores y hay que dejar para lo último los transistores IRF540 y el BD139 de salida para evitar cualquier riesgo de estrés mecánico ya que estos son los que más sobresalen

Nueva PCB

Se supone que los condensadores de la fuente están descargados, si no los descargamos con una resistencia de alrededor de 50 Ohm, conectamos la tierra de la etapa a la tierra de la fuente y seguidamente +Vcc y Vcc a través de las resistencias de 22 Ohm. Como he puesto bornes de conexión para PCB y cada etapa hay que ajustarla de una en una siempre tengo una borne libre en la fuente para anclar la sonda del polímetro, la otra la sujeto al cable de salida con una regleta de electricista, así puedo apagar rápidamente el interruptor en caso de fallo y si todo va bien trabajo tranquilamente con el potenciómetro de ajuste del offset de DC.

AJUSTE DEL OFFSET

El margen sobre 0 debe ser de máximo de +-50mV y el ajuste debe hacerse con el polímetro en posición VDC 200m ya que puede haber pequeñas diferencias de precisión con el polímetro en VDC 20 y VDC 200, tened en cuenta que hablamos de V y buscamos ajustar en mV

Como se puede apreciar en la imagen mi polímetro es de los más sencillos del mercado, ajustando DC en posición VDC 200m el resultado era -00.1, al pasar a VDC 20 la pantalla marcaba -0.17 (-170mV). Es preferible trabajar en VDC 200m para asegurar la precisión del resultado y que el ajuste sea más preciso.

Si no fuera posible ajustar a 0 o dentro del margen de los 50mV habrá que aumentar el valor de R10, se empieza con una resistencia de 1k y se va aumentando si es necesario, en mi caso el ajuste correcto lo conseguí con 1k8


Ajuste Offset DC

RADIADORES

Ahora hay que colocar los radiadores a la etapa y este es uno de los puntos críticos del proceso de montaje. Por una parte hay que procurar que los transistores de salida sufran lo menos posible un estrés mecánico y no deben hacer contacto eléctrico con el radiador, eso implica aislar los tornillos de montaje, lo mejor es poner un trocito de funda termorretráctil en el tornillo de sujeción, especialmente en los IRF540 que además habrá que aislarlos por detrás con una pequeña arandela de goma o con un trocito de aislante de mica.

El problema es que el diámetro del agujero de los transistores es de métrica 3 y al añadir la funda termorretráctil al tornillo este no pasa o pasa muy forzado o lo que es peor, la funda no entra se pliega hacia atrás y el tornillo hace contacto. Pero la métrica 2 o 2.5 no se encuentra fácilmente en las ferreterías, los conseguí en una tienda especializada en modelismo y maquetas

Pero vayamos primero con el radiador. Es fácil hacer un radiador para el Public ya que no es una etapa que se caliente demasiado, con un lámina y una "L" de aluminio se puede hacer un radiador, solo hay que poner un poco de silicona térmica e


Radiadores HUM

También se puede aprovechar el radiador de un amplificador viejo que no funcione, este estaba en un viejo ampli que no funcionaba lo corté por la mitad y le añadí una "U" de aluminio anodizado para no tener que doblar las patillas de los transistores

Después de marcar los agujeros ponemos la silicona térmica en los transistores y los aislantes de mica y también un poco de silicona en el radiador


Otro radiador HUM

POLARIZACIÓN.

Ya estamos casi al final y como paso crítico solo queda polarizar las etapas, para hacerlo hay que desconectar de la fuente de alimentación la que no se vaya a ajustar o la que ya esté ajustada y descargar otra vez los condensadores de la fuente

Separamos tierra y entrada de señal (se puede poner el RCA pero sin meter ninguna señal) y cambiamos las resistencias de 22 Ohm empleadas para ajustar DC por otras de 50 Ohm (47 Ohm en su defecto), y trabamos las sondas del polímetro en la marca de VDC20 entre las patillas de la resistencia de +Vcc con una pinzas de cocodrilo (así seguimos teniendo las manos libres).

 

Empezamos a girar el potenciómetro de ajuste de polarización muy despacio, veremos que para llegar a 3V aumenta más o menos lentamente, pero a partir de aquí cualquier pequeño movimiento hace que el voltaje suba muy rápidamente por lo que hay que con mucho cuidado de no pasarse.

 

Y si hemos llegado hasta aquí ya solo hay que poner los RCA, bornes de conexión de altavoces conectar todas las masas poner unos fusibles de protección entre la fuente de alimentación y los voltajes + y -, y a probar como suena.

 


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Comentarios sobre el Public

A pesar de ser un proyecto muy económico, el Public sorprende, a eso además hay que añadir la primera sensación de euforia provocada por el hecho de que todo ha funcionado y el invento suena.

Pero el Public es lo que dice su autor en al artículo, un proyecto sencillo que solo debería ser comparado con los amplificadores de la denominada electrónica de consumo y esto no va en detrimento suyo. Solo el coste es aproximadamente 1/3 de su equivalente comercial y eso con una fuente de alimentación de mayor capacidad (en mi caso de 68500uF) lo que supone que mi Public, estética incluida cueste alrededor de 90Euros

La primera sorpresa vino cuando después de la primera prueba (y ya que en ese momento tenía 2 fuentes hechas) pasé de la fuente de 10000uF a otra de 40000uF a la que además y por consejo del autor se habían añadido 2 condensadores de 1.5uF y 400V (250V sería el mínimo), el sonido ganó en dinámica y carácter, el cambio fue radical.

Posteriormente y dado que el voltaje de la fuente con las etapas funcionando era de 34V pasé a otra fuente un poco mayor: 68500uF y 50V ya más que nada por el voltaje y ahí ya no pude apreciar diferencias. Si se quiere mejorar este aspecto creo que es preferible hacer las etapas monofónicas es decir con un transformador por canal que seguir aumentado la capacidad de la fuente más allá de los 40000uF, aunque esta es la opinión de un profano en la materia.

Su sonido es equilibrado, con esto quiero decir que no se echará en falta un control de tono, especialmente en los graves que es donde pecan la mayoría de amplificadores comerciales, y sus principales virtudes son la limpieza de sonido y toda la zona media. Su tonalidad es especialmente cálida, lo que resulta muy agradable con instrumentos de cuerda y viento, aceptable con las voces y un poco más crítico con el piano, dicho de otra manera hay que interpretarlo como un amplificador con una cierta coloración, aun así y después de una escucha prolongada de unas 3 horas no produce estrés.

Siempre he sido de la opinión que lo lógico es cablear la electrónica con los mismos cables que se van a usar para conexionar el equipo (si se sabe claro), en este caso y ya que este ha sido mi primer proyecto electrónico completo y me lo tomo como mi pequeño banco de pruebas particular me he hecho caso omiso a mi mismo y he decido experimentar un poco con el cable de salida.

Las pruebas las he hecho con un cable OFC estándar, con un cable de hilos de plata de 4mm y con un simple hilo de bobina de altavoz de 1.2mm, pues bien, el cable que ha dado mejor resultado ha sido el cable de bobina, especialmente por la transparencia de sonido en general, aunque no sabría diferenciarlo muy bien del cable de plata, y con el OFC estándar el sonido era más turbio, más opaco con pérdida de detalle y menos dinámica. Al final he dejado el hilo de bobina.

Miguel Juliá Silvestre.

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