viernes, 27 de marzo de 2015

Radio y Amplificador 3.5W con VÁLVULA de vacío PCL82



ÍNDICE

Cómo funciona una válvula termoiónica
Esquema electrónico general
Diagrama de conexiones
Lista de componentes
   Caja
   Circuito
   Anexos
Antes de lanzarse... prueba en protoboard
Construcción
   Caja
   Frontal
   Tapa trasera
   Laterales
   Una radio con sólo cuatro componentes
   Hacer el circuito
   Conectar todos los elementos entre sí
Equipo terminado
El vídeo





Los semiconductores vencieron a las válvulas de vacío, por algo será...

Pero éstas válvulas se resisten a desaparecer. De hecho, a día de hoy, aún se siguen utilizando en algunas aplicaciones, como rayos X, tubos de imagen, emisoras, radar...

El dispositivo que genera las microondas en nuestros hornos domésticos es un magnetrón que es... una válvula de vacío.

En el mundo del audio hay una legión de incondicionales, casi fanáticos de las válvulas frente a los semiconductores. Argumentan que el sonido obtenido mediante válvulas tiene una cualidad que no posee el generado con semiconductores. Por eso, hay toda una industria que gira en torno a las válvulas, y en lo que respecta al audio, no me extrañaría que tuvieran un resurgir.

Sea como sea, tenía interés en materializar algún proyecto basado en válvulas de vacío, mejor si es algo práctico, no solamente que tuviera una componente educativa o de bricolaje sino que también sirva para ser usado en el día a día. Creo que este proyecto sirve: Un amplificador de audio de 3.5W al que se le puede conectar cualquier fuente de sonido (teléfono móvil, MP3, equipo musical, CD...)

3.5W es una potencia modesta, pero es más que suficiente para escuchar a buen volumen en una estancia.

Una cosa opcional (que yo sí voy a hacer) es añadir a este amplificador tan sólo cuatro componentes más, y tendremos una función extra: Escuchar a través de él la radio. Hablo de una radio galena. Ya sabemos que este tipo de radio es muy básica y no capta muchas emisoras, aunque las que capta se escuchan perfectamente, y por cuatro componentes qué más quieres...


ADVERTENCIA: Este circuito manipula tensiones de 220v que pueden ser letales en caso de manejo inadecuado. El circuito del amplificador no tiene separación de red, por lo que cualquier punto (incluso masa) puede estar sometido a 220v. Sólo el circuito de la radio y el del filamento de la válvula están aislados de la red y no tienen tensiones peligrosas.



Cómo funciona una válvula termoiónica

Amplificador de audio de 3.5w con válvula PCL82


En nuestro caso, con la válvula PCL82 hablamos de dos válvulas (y no una) en un mismo tubo. Es la típica configuración: Un triodo, que actuará como preamplificador, y un pentodo, que actuará como amplificador de potencia, de salida.

En el esquema anterior, a la izquierda, vemos la entrada de la señal que se va a amplificar, y pasa a través de un potenciómetro de volumen. En El triodo, que está marcado como (1/2 PCL82), se establece una tensión de casi 200v entre su electrodos cátodo y ánodo, patillas 8 y 9 respectivamente. Como estos electrodos están separados y en el interior de la válvula hay alto vacío, no hay corriente.

La cosa cambia cuando se aplican 16v en las patillas 4 y 5 (filamento) que caldean el cátodo (8) y se produce el fenómeno termoiónico o efecto Edison: Los electrones del material del cátodo abandonan a sus átomos y quedan "levitando" en sus inmediaciones. Ahora estos electrones sí se precipitarán hacia el ánodo o placa (9) respondiendo a la fuerte atracción debido a los 180v de tensión positiva: Se establece una corriente eléctrica desde el cátodo hacia el ánodo. Como en el interior de la válvula no hay aire sino vacío, la corriente no tiene freno.

A todo esto, la rejilla de control (1) está situada en medio de cátodo y ánodo. Si no la polarizamos, no tendrá efecto alguno en los electrones que pasarán a su través. Pero si la polarizamos negativamente respecto del cátodo, frenaremos a esos electrones pudiendo incluso llegar a bloquearlos.

Hay un detalle muy importante que es la clave de porqué se produce amplificación en la válvula: La influencia de un campo eléctrico depende 
-entre otros factores- de:

1) Intensidad del campo eléctrico entre dos puntos
2) Distancia entre dichos puntos

Es decir, si ponemos dos electrodos muy cerca, con poco voltaje podemos tener la misma (o incluso mayor) influencia que poniéndolos lejos aún con mucho voltaje.

Y así se hace en la válvula: Cátodo (8) y rejilla (1) están muy próximos, de modo que pequeñas variaciones de tensión en la rejilla provocan grandes variaciones de intensidad cátodo-ánodo: Ya tenemos efecto amplificador.

El factor de amplificación típico de la parte triodo de una PCL82 es de 50, lo que significa que la señal de entrada será 50 veces mayor a la salida. Por ejemplo, si la señal de entrada tiene una amplitud de 1 milivoltio, la salida tendrá 50 milivoltios.

Esa señal amplificada por el triodo se reconduce a la rejilla (3) de la segunda válvula pentodo, la marcada como (2/2 PCL82), a través de C3 y R4 y es sometida a una nueva amplificación, porque el pentodo se comporta básicamente como el triodo, sólo que trabaja con potencias mayores y está dotado de dos electrodos más: Rejilla pantalla y rejilla supresora (terminal 7) que sirven para solucionar problemas que no ocurren en el triodo, de menos potencia.

El factor de amplificación del pentodo en esta válvula también es de 50 aproximadamente. La amplificación conjunta de triodo + pentodo no es la suma de ambos factores sino la multiplicación, que vemos resulta ser de 2500. Una señal de entrada de 10 milivoltios sale de la PCL82 con un nivel de 25 voltios. No está mal...


Las patillas 4 y 5 del filamento también calientan el cátodo del pentodo.

Finalmente, de la placa del pentodo (terminal 6) se extrae esa señal amplificada y se lleva al típico transformador para adaptar la impedancia a los altavoces que necesitan menos tensión pero más intensidad.



Esquema electrónico general




RADIO

Arriba, a la izquierda, está el circuito de la radio formado por L1, C1, D1 y T3

Esta radio no necesita alimentación, obtiene la energía de las ondas electromagnéticas que le llegan a la antena desde la emisora, por eso su nivel de señal es muy bajo y sólo da para mover unos auriculares. Pero esa señal será amplificada por la válvula y será capaz de accionar un altavoz.

Dos cosas que decir sobre la radio:

1) En esta radio debe usarse una toma de tierra de calidad. Vamos a hacer una simplificación para ahorrarnos sacar un cable con ese propósito: El cable de corriente de 220v para un equipo musical como este no suele llevar toma de tierra. Nosotros sí lo vamos a usar con toma de tierra. De este modo, con un sólo cable hacemos dos funciones: Suministrar 220v al amplificador, y ofrecer una toma de tierra excelente a la radio.

2) El transformador T3 era necesario para hacer funcionar esta radio con auriculares, pues la radio es de alta impedancia y los auriculares de baja. Como en este caso no vamos a conectar la radio a unos auriculares sino a una válvula, que también es de alta impedancia, lo inmediato es pensar: "Ya no hace falta el transformador"

Y así lo hice... y saltó el diferencial de casa.

¿Porqué? Pues es importante ser consciente de que en el amplificador no hay separación de red: Aunque se usa un transformador (T1) para alimentarlo, la toma se saca del terminal de 125 voltios del primario. Como la radio está conectada a tierra, la derivación hace que salte el diferencial.

Esto lo solucionamos usando otra vez el transformador T3 para que actúe como separador de la red, pero esta vez invirtiendo los bobinados respecto del uso con auriculares. Es decir, lo usaremos como transformador elevador de tensión. La intensidad de la señal que se aplicará a la válvula será muy pequeña, pero no importa: La válvula, en la rejilla del triodo (patilla 1) necesita tensión, no intensidad, porque es, como la radio, de alta impedancia.


FUENTE DE ALIMENTACIÓN

En la parte baja del esquema, están las dos fuentes.

Tras la entrada con los elementos típicos (fusible, interruptor, piloto de neón) tenemos el transformador T1 que suministra las dos tensiones necesarias:

1) El positivo de media tensión para los dos ánodos de la válvula. Este es un inconveniente de las válvulas, incluso para pequeñas potencias necesitamos tensiones más elevadas que con los semiconductores. En nuestro caso, para la PCL82, unos 170-180 voltios. Los obtenemos rectificando la salida de 125V del primario del transformador. Cuando se rectifica (P1) una tensión alterna, ésta sube en un factor de raíz de dos (1.4142), por lo que los 125 voltios se nos van a 170-180. Debe ponerse un buen condensador (o dos, c6 y c7) para filtrar bien esa tensión evitando zumbidos de 50Hz en el audio.

2) La tensión de filamento para el caldeo de la válvula, entre 15.5 y 16 voltios. Esta tensión deberá ser muy estable o la válvula correrá serio peligro de inutilizarse.

Aprovechamos el mismo transformador T1, pero esta vez desde su secundario de 24v. Esa tensión se rectifica (P2), se filtra (C8) y se aplica al regulador de tensión de 18v (IC1). Para bajar la tensión a 16v usaremos tres diodos rectificadores tipo BY127 o similar polarizados directamente (D2, D3 y D4). Cada diodo introduce una caída de tensión de 0.7v, por lo que la tensión de 18v caerá a un valor de 15.6 - 16 voltios.

Puede ser interesante intercalar una resistencia NTC para ahorrar al filamento de la válvula el golpe de corriente inicial. Las resistencias NTC tienen alta resistencia en frío, y a medida que se calientan conducen más. Esta es una forma de, cuando encendemos el equipo, hacer llegar la tensión al filamento de forma progresiva y no brusca: La válvula tendrá una vida más larga.


AMPLIFICADOR

El verdadero y único componente amplificador de este circuito es la válvula PCL82. Se trata de una doble válvula, todo en una pieza: Un triodo, que usaremos como preamplificador, y un pentodo, como etapa de potencia, que tomará la señal de la salida del triodo y la volverá a amplificar. Todos los demás componentes son auxiliares de ésta válvula.


Veamos las funciones de cada uno de sus nueve terminales. No los pongo en orden numérico sino funcional, pero antes, con esta imagen de la izquierda, vamos a aclarar el orden de esos terminales en el zócalo.








8) Cátodo del triodo. Emite electrones por el efecto Edison al ser calentado. Es el equivalente al emisor en un transistor NPN

9) Ánodo (placa) del triodo: Su tensión positiva elevada (180v) atrae a los electrones liberados por 8). Equivale al colector de un transistor NPN

1) Rejilla del triodo: Está interpuesta entre 8) y 9). Recibe la señal a amplificar. La corriente de electrones que fluye del cátodo (8) hacia el ánodo (9) es regulada por la tensión presente en esta rejilla. Se puede hacer una analogía con un transistor NPN y pensar que este electrodo "rejilla" es el terminal "base".

2) Misma función que 8) pero éste es el cátodo del pentodo.

6) Misma función que 9), este es el ánodo del pentodo

3) Misma función que 1), esta es la rejilla del pentodo

4) y 5) El filamento común para calentar ambos cátodos. Funciona con 16v, puede ser alterna o continua. He elegido continua porque es más fácil de regular y estabilizar. La intensidad que circula por el filamento es de 300 mA, dato que hay que tener en cuenta para elegir el tamaño (potencia) de T1. Aconsejo un mínimo de 400 mA para el secundario de T1.

7) Rejilla pantalla: Mejora las prestaciones respecto de un triodo


Las válvulas siempre van insertadas en un zócalo, en este caso de tipo cerámico, que soportan mejor el calor


Otros componentes a ser mencionados:

T2, el transformador de audio, está trabajando como adaptador de impedancias. La válvula trabaja con tensiones de 180v, pero a intensidad reducida (unos 30-40 mA). Un altavoz necesita menos tensión pero más intensidad. Ese es el papel de T2: Reducir la tensión pero a costa de aumentar la intensidad. Aquí se debería utilizar un transformador específico para audio, no de alimentación, pero son difíciles de encontrar y nada baratos. Uno común de alimentación no es exactamente igual, pero sirve perfectamente.

Este transformador T2 deberá ser con toma central de 125v en el primario, y en cuanto a su potencia, tengamos en cuenta que este amplificador es de 3.5w. Si la salida del transformador es de 24v, para que vaya un poco desahogado, el secundario debería de ser para unos 300 mA como mínimo. Recordemos que Potencia = Voltios x Intensidad.

El pequeño cúmulo de resistencias y condensadores adosados a la válvula tiene la misión de polarizar correctamente cada uno de los pines de dicha válvula.



Diagrama de conexiones

Diagrama de conexiones

Acompaño este dibujo para visualizar mejor el interconexionado de todos los componentes. Los cables dibujados más gruesos y sombreados son del tipo apantallado (malla y vivo), este cable previene la captación indeseada de parásitos (señales exteriores que se inducen en los cables produciendo ruido en el audio). El resto de los cables pueden ser del tipo común de conexión aunque aconsejo el cable basado en silicona, bastante resistente al calor y muy flexible y cómodo de trabajar.

Al frontal van adosados: 
- El condensador variable de la radio para buscar emisoras
- Las dos clavijas RCA para entrada de señal

- El selector o conmutador "radio-externo" para elegir fuente de sonido
- El mando de volumen que también lleva el interruptor general

En la parte trasera:
- Entrada de AC 220v (ó 125v)
- Portafusible empotrado

Lateral derecho: Altavoz 5w mínimo y 4 Ohm

Lateral izquierdo: Igual: Altavoz 5w mínimo y 4 Ohm

La bobina de la radio L1 está muy próxima al transformador de impedancia de la radio (T3) pero esto no debe preocuparnos: Este transformador no lleva corriente de la red, sólo la muy débil señal de radio captada, por lo que no se producirá acoplamiento entre ellos.



Lista de componentes

CAJA





- Las seis piezas del dibujo anterior para hacer la caja.

El dibujo habla por sí solo.

El frontal (5) y la parte trasera (6) las he hecho de metacrilato transparente, y la razón está clara, por pura estética, para que se vea el interior. No hay ningún inconveniente en sustituir estas dos piezas por madera de 3-4 mm de grosor. Elijas el material que elijas se debe dejar esta ventana superior sin cubrir para que se ventile el interior: La válvula genera bastante calor.

- Cola blanca y un poco de film de aluminio para apantallar internamente las maderas 1, 2, 3 y 4.

- Ocho tornillos rosca madera, largo 35mm diámetro 4mm para sujetar las piezas 1, 2, 3 y 4.

- Doce tornillos rosca madera, largo 20mm diámetro 4mm para sujetar las piezas 5 y 6.


CIRCUITO

- Circuito pre-impreso de matriz de puntos de 150 x 90 mm
- Válvula de vacío PCL82
- Zócalo cerámico de 9 pines
- 4 conectores de 2 vías
- 1 conectores de 3 vías
- R1 Resistencia 220 Ω
- R2       "         220 Ω 2W
- R3       "         470 KΩ 
- R4       "         220 Ω
- R5       "         180 KΩ
- R6       "         47 KΩ
- R7       "         2K2 (Dos mil doscientos Ω)
- R8       "         100 Ω
- R9       "         1K2 2W (Mil doscientos Ω 2 watios)
(Importante que R2 y R9 sean de dos W. El resto puede ser de 1/2W.
- C1 Condensador variable
- C2        "           electrolítico 100µ 63v
- C3        "           poliester 100n 400v
- C4        "           electrolítico 22µ 400v
- C5        "                   "        220µ 63v
- C6        "                   "        100µ 250v (Mejor que los 47µ en esquema)
- C7        "                   "        100µ 250v (Mejor que los 47µ en esquema)
- D1 Diodo de germanio, por ejemplo: OA85, OA90...
- D2, D3, D4 Rectificadores comunes, como BY127, BY255...
- IC1 Regulador 7818
- L1 Bobina de la radio, ver construcción en apartado "radio" más adelante.


ANEXOS
- CL1, CL2: Clavija RCA hembra para empotrar
- SEL1: Conmutador de dos posiciones
- P1: Potenciómetro 100K Logarítmico con interruptor
- CL3: Base AC con toma de tierra
- CL4: Portafusibles empotrable con fusible de 220v/0.5A
- AV1: Altavoz derecho. Si es único: 5w y 8 Ohm
- AV2: Altavoz izquierdo, opcional: 5w y 4 Ohm (si se opta por poner dos altavoces entonces AV1 también tiene que ser de 4 Ohm y se conectarán ambos en serie para sumar, entre los dos, ocho ohmios.
- Tornillería para sujetar altavoces, transformadores, circuito...




Antes de lanzarse... prueba en protoboard


El prototipo funcionó muy bien en el protoboard, sólo tuve que resolver algunos problemas de zumbidos en la radio: Aumenté la capacidad de C6 y C7 en la fuente del +B para filtrar mejor la tensión y disminuir el zumbido de 50Hz de la red.

También se redujo dicho zumbido conectando no a tierra sino a masa, es decir, al negativo de la fuente, el blindaje interno de aluminio de la caja.

Al contrario de lo que suele suceder en otros montajes incluso más sencillos que éste, funcionó a la primera en protoboard, salvo el problema que acabo de citar de los zumbidos en la radio.




Construcción

CAJA


Las seis piezas para hacer la caja, ya apantalladas

Haremos una caja como hicimos en el vídeo de la estación desoldadora.

Apantallado: Una vez cortadas las maderas a la medida, forraremos con papel de aluminio las piezas 1, 2, 3 y 4, por la cara que vaya por dentro. En las piezas 1 y 3 también forraremos los cantos para que haya contacto eléctrico entre piezas, armando así una especie de jaula de Faraday para minimizar interferencias en el circuito.




Unión: Las maderas (1) y (3) (suelo y techo) son de 1cm de grosor, así que trazamos en las maderas (2) y (4) (paredes, que también son de 1cm de grosor) una línea separada del borde a la mitad del grosor, esto es: a 5 mm. Sobre esa línea, mas o menos a 2 cm de cada borde, hacemos una marca que será donde hagamos un taladro de 3mm, pues los tornillos serán de 4mm. Esto evitará que forcemos la madera al poner el tornillo, al tiempo que asegura una unión resistente y desmontable.


Ahora presentamos suelo (1) y pared izquierda (4), los cuadramos en su sitio bien alineados, y con ayuda de una púa o punzón, a través de los taladros recién hechos en (4), marcamos el lateral del suelo (1). 


Taladramos esas marcas con la misma broca que antes, a profundidad suficiente para albergar el tornillo. Cuidado aquí de mantener paralela la taladradora para evitar que el taladro aflore en la superficie.

Esa unión ya está lista para ser fijada con dos tornillos. Repetimos esta acción en el otro lado de la madera (1) con la madera (2); y también repetimos la acción con la madera techo (3) y la parte superior de (2) y (4).

Ahora debemos montar las cuatro maderas para formar la caja y poder mecanizar las dos piezas que nos faltan: (5) y (6).


Piezas 5 frontal y 6 posterior fijadas

Para fijar el frontal (5) y la parte trasera (6) marcaremos seis taladros en cada una de estas dos piezas, en las esquinas, a 5 mm de cada borde para que el tornillo vaya a parar a la mitad de las maderas (1), (2) y (4). El metacrilato debe ser taladrado a un diámetro de 4mm y no de 3mm, ya que la madera cede pero el metacrilato no. Hechos los taladros en (5) y (6) volvemos a poner la broca de 3mm y presentamos las piezas (5) y (6) y marcamos las maderas (1), (2) y (4) a través de los taladros recién hechos. Hacemos los taladros en (1), (2) y (4) con la misma precaución de no sacar la broca por un lateral.

Esta unión de las piezas (5) y (6) con la caja hace la función de escuadra, dando mayor rigidez y consistencia a la caja.

Podemos terminar de armar la caja atornillando las piezas (5) y (6) para ver si queda bien. No apretar en exceso los tornillos. Una vez comprobada la caja, debemos desmontarla para proseguir con el montaje, pues cada una de las piezas (excepto la (3)) tienen un mecanizado que hacer:


FRONTAL

En esta pieza van fijados cuatro accesorios:


- C1, el condensador variable de la radio, para buscar emisoras

- CL1 y CL2: Las clavijas RCA para entrada de señal a amplificar. El equipo que conectemos será estéreo casi seguro, pero este ampli es mono, así que, para no perder la información de un canal uniremos ambas masas y ambos vivos. Esto es un procedimiento estándar y no supone ningún problema para el equipo conectado.

- SEL1: El conmutador de 1 circuito (3 pines) para elegir "radio" o "source", siendo "source" cualquier dispositivo conectado a las clavijas RCA de entrada, por ejemplo, un móvil conectado mediante su salida de auriculares.

- P1/S1: El potenciómetro de volumen, que lleva incorporado el interruptor

Estos cuatro accesorios (excepto C1) van fijados igual: Se hace un taladro del diámetro adecuado en (5) y se fijan con su tuerca plana. No tiene mucho sentido que diga el diámetro de cada accesorio, pues seguro que los que uséis vosotros tendrán un diámetro distinto, dependiendo del fabricante, país, etc.

Tanto el condensador variable C1 como el potenciómetro P1 tienen un mando excesivamente largo, y habrá que cortarlos con una sierra, y a ambos se les pondrá un botón embellecedor.

Es buena idea soldar ahora los cables (al largo adecuado) a los tres accesorios según la foto a la derecha, aprovechando que están accesibles. 

La conexión (cable) del potenciómetro hacia el circuito se hará más tarde, justo antes de cerrar el equipo. Usaremos cable apantallado, vivo y malla, para la señal donde sea necesario (ver diagrama); y cable normal para C1 y S1.



TAPA TRASERA

Sólo dos accesorios, mecanizado mas sencillo que el frontal:

- Base AC 220v. Con una sierra de marquetería o la herramienta de nuestra preferencia haremos un orificio que permita la entrada de la base. También habrá que hacer dos pequeños taladros para fijar la base con tornillo y tuerca.

- El portafusibles: Haremos un taladro y lo fijamos con su tuerca. El fusible es de 0.5A


LATERALES


Las piezas de madera (2) y (4) son los laterales que albergarán los altavoces.

Hay que tener cuidado dónde se marca la posición del altavoz y no cometer errores típicos como:

- No tener en cuenta que estas maderas (2) y (4) van por fuera de (1) y (3) así que el primer centímetro tanto de arriba como de abajo no está disponible.

- No tener en cuenta la ubicación de otros componentes

Una buena posición es mas o menos centrada tanto vertical como horizontalmente. Como plantilla puede servirnos el propio altavoz. Los altavoces suelen tener orejetas, por lo que su fijación con tornillos no supone ningún problema.



Hay que hacer algún tipo de taladro en estas maderas para permitir salir al sonido. Al final decidí hacer una rejilla o matriz de taladros muy juntos, con la forma y tamaño de los altavoces. 

Para que esta rejilla salga bien alineada hay que marcar con un granete o punzón cada taladro: Así evitamos que la broca resbale.

Los taladros son a 5-6 mm diámetro.

El resultado, una vez hechos los taladros:







Una radio con sólo cuatro componentes

Como ya dije antes, por sólo cuatro componentes, merece la pena dotar de esta característica al amplificador aunque sólo captemos una, dos o tres emisoras. En la parte superior izquierda del esquema electrónico vemos la parte correspondiente a esta radio.


No cuesta mucho interconectar esto, así que probaré la radio por separado. Si es capaz de mover unos auriculares también "moverá" a la válvula PCL82, pero con una salvedad: Para hacer una prueba previa con auriculares debemos invertir el transformador T3 respecto de como está en el esquema para que funcione como transformador reductor (o los auriculares no sonarán). Luego, en el montaje definitivo debemos poner T3 como está en el esquema, es decir, como elevador: El bobinado de 220 dirigido hacia la válvula.




Pruebo la radio, con su toma de tierra (de un enchufe de 220v) y su antena (un cable de un par de metros) y funciona. Capta 3 emisoras de AM.







Condensador variable (C1 en el esquema) para la radio


Sobre el condensador C1 (foto a la izquierda) diré que lo elegí de entre muchos otros por la amplia horquilla de su capacidad mínima (15pf) y máxima (305pf). No todos los condensadores variables ofrecen la misma variación de capacidad, y debemos elegir aquél que mayor variación tenga, pues eso significa una opción a escudriñar mas frecuencias, lo que significa poder captar más emisoras.




La bobina L1 la haremos nosotros mismos con un tubo de material aislante como un trozo de PVC de diámetro 25mm y largo 100mm.


Arrollamos sobre este tubo 170 vueltas de cobre esmaltado de 0,35mm de diámetro, fijando el inicio y el final del bobinado para que no se suelte. Una goma elástica en cada extremo servirán para ese fin. Un poco de pegamento o cera derretida sobre el bobinado harán el resto. Ambos extremos del hilo deben ser lijados para eliminar el esmalte aislante, o no soldará bien.




La bobina la fijamos en una esquina, según el diagrama.



El diodo D1 debe ser de germanio, no de silicio. En principio vale cualquier tipo. Ejemplos: OA79, OA85, OA90, OA95, 1N34...











Y el cuarto componente, el transformador de impedancia T3 que fijaremos a la madera con dos tornillos a través de sus orejetas.












Por cierto, en la foto anterior se ve una conexión en el secundario:

El fabricante permite varias configuraciones en dicho secundario según el esquema que viene en el envoltorio del mismo. Aquí se utiliza la 4ª opción (24V 0.2A).







HACER EL CIRCUITO

Éste, probablemente, será el último circuito que haré con el método de usar placas pre-impresas. Me gustaría hacer los PCB con métodos más avanzados que ofrecen mejores acabados y más facilidades a la hora de cualquier reparación. Habrá tuto sobre ello en el Tutorial de Electrónica Básica, y creo que pronto.

Así que, como de costumbre, elijo un tamaño de placa adecuado para contener la válvula y sus componentes asociados, incluyendo los componentes de la fuente. En este circuito impreso no van los componentes voluminosos y/o pesados como los tres transformadores, bobina L1 (van sujetos en la madera (1)) y los anexos que van en el frontal y parte trasera de la caja. Las medidas de esta placa son de 150 x 90 mm.

Habréis observado que en este montaje no me he dejado llevar por la fiebre de la miniaturización. Las características de un equipo a válvulas así lo exige por la disipación de calor, las tensiones elevadas y la interacción indeseable entre algunos componentes si están muy próximos entre sí.

Si la placa no tiene taladros en las esquinas, se los hacemos (diámetro 4mm), servirán para fijarla a la caja.

Insertamos el zócalo de la válvula 

Nota: El zócalo no va insertado en el circuito como otro componente más. Hay numerosas razones que lo impiden:

1) Sus pines pueden ser bastante gruesos

2) No observan la distancia homologada entre pines, así que no coinciden.

3) Los pines, que estarán en contacto con la válvula, se calientan, y terminarían por tostar el circuito impreso.

4) La unión del zócalo al circuito mediante dos tornillos y tuercas ofrece mayor resistencia mecánica que la soldadura de sus pines (aunque se trate de 9 pines). A la hora de poner o extraer la válvula en el zócalo se ejerce una presión significativa.



Por eso, para sujetar el zócalo, haremos un taladro al diámetro adecuado según el zócalo (aún siendo del mismo tipo, el diámetro del zócalo puede variar según el fabricante), y lo empotraremos en el circuito. También haremos otros dos taladros mas pequeños para los tornillos que lo sujetarán. Una foto aclarará esto:



...y alrededor del zócalo, vamos colocando el resto de componentes. La disposición de los componentes y su cableado lo tenéis en el diagrama.


Circuito impreso con los componentes, incluida válvula PCL82 y los cinco conectores, con anotación de su función



Por debajo, el circuito tiene esta vista, pongo varias fotos:











FIJAR CIRCUITO EN LA CAJA


Colocamos el circuito en la madera (1) teniendo en cuenta la ubicación del resto de componentes (transformadores, bobina,...). Usaré cuatro separadores de plástico para que el circuito quede separado a 10-15 mm por encima de la madera. Con cuatro tornillos lo fijamos a la madera.



Mas o menos siguiendo la posición designada en el diagrama, fijamos con tornillos los otros dos transformadores: T1 alimentación y T2 salida de audio.

Ya va quedando menos...


CONECTAR TODOS LOS ELEMENTOS ENTRE SÍ

Es el momento de poner todos los cables en sus conectores y dispositivos correspondientes. Una vez más, el diagrama nos ayudará.





Equipo terminado


Y aquí, una vista del equipo terminado. 



Funciona tal y como se esperaba....


Recibe (en mi zona) hasta tres emisoras de AM. La radio no suena muy fuerte, pero se oye perfectamente si el ambiente no es ruidoso y sin apenas zumbidos.

El dispositivo a conectar en las entradas RCA: He probado con un teléfono móvil, suena a un volumen bastante más alto que la radio y con buena claridad. Parece que el empeño en evitar zumbidos ha funcionado.

Un gadget con el que practicar electrónica y que nos será útil.



El vídeo



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miércoles, 4 de marzo de 2015

Circuitos Útiles. 06. Buscador de metales



ÍNDICE

1. Características del detector
2. Funcionamiento. Diagrama de bloques
3. Esquema del circuito
4. Lista de componentes
5. Circuito en protoboard
6. Construcción de la bobina
7. El problema de la bobina
8. Montaje del circuito en PCB
9. Auriculares, aclarando cosas
10. Armazón, fijar bobina y caja
11. Modo de operación
12. Prueba
13. El vídeo


Hola amigos!

Con este sexto vídeo de la colección "Circuitos Útiles" intentaré hacer un proyecto que me habéis sugerido en muchas ocasiones, y además tenía en mente desde hace ya un tiempo: Un detector de metales con el que poder entretenerse y encontrar alguna que otra grata sorpresa. No es de los que más prestaciones tienen, desde luego, pero por muy poco dinero podemos construirnos uno bastante apañado. 

Por supuesto, como es norma en esta colección de vídeos, este montaje ha sido realizado y comprobado que funciona.




Características

Peso: 1.2 Kg
Longitud: 1.30 m
Alimentación: 1 pila 9V preferiblemente alcalina
Consumo mA (a volumen medio): 
      Con auriculares: 15 mA
      Con altavoz: 30 mA
Profundidad máxima detección:
      Objeto pequeño, moneda 50 céntimos de euro: 7-8 cm
      Objeto mediano, envase metálico de pasta de soldar: 14 cm
      Objeto grande, cenicero: + de 20 cms
Bobina: 56 espiras (aprox) de hilo de cobre 0.35mm diámetro (#27 AWG)
Tipo: BFO, Beat Frecuency Oscillator - Oscilador de frecuencia de batido




Funcionamiento. Diagrama de bloques


Diagrama del circuito del detector de metales


El circuito consta de cuatro etapas o partes bien diferenciadas: 

1) Oscilador de frecuencia variable
2) Oscilador de frecuencia fija, estable
3) Mezclador-detector 
4) Pequeño amplificador de audio.

Vamos a ver qué hace cada una de estas etapas:

1) Oscilador de frecuencia variable: Comandado por un sencillo transistor (T1 en el esquema) tipo BC547B. Está diseñado para oscilar a una frecuencia comprendida entre 445 y 465 Khz. Esta frecuencia viene determinada por el valor de inductancia de la bobina detectora (L1) (que construiremos nosotros) y los valores de c1, c2 y c3.

El circuito LC formado por los componentes anteriores está sintonizado para oscilar a unos 455 Khz. Hay una excepción: El valor de inductancia de L1 no es fijo, ya que al irrumpir un objeto metálico en las cercanías de la bobina, éste actuará como núcleo de la bobina cambiando momentáneamente su inductancia. Como consecuencia, el circuito LC oscilará a una frecuencia distinta de 455 Khz

La frecuencia de este oscilador puede ser ajustada dentro de los márgenes de 445-465 Khz mediante el trimmer C1 y el potenciómetro P1 (ver esquema más adelante).

Una aclaración: En la construcción de la bobina pueden utilizarse piezas metálicas, por ejemplo las dos escuadras que usaré para la sujeción, con toda su tornillería. Estas piezas metálicas contribuyen a que la bobina tenga una inductancia determinada, lo que no quita que cuando se acerque OTRO metal a la bobina, ésta cambie su inductancia.

2) Oscilador de frecuencia fija: Basado en el mismo esquema que el oscilador anterior, de hecho utiliza también un BC547B, pero hay una gran diferencia: Aquí no hay bobina sino un resonador de 455 Khz que lo hace oscilar con una gran estabilidad a 455 Khz sin importar a qué frecuencia oscile el otro oscilador. En el tutorial de electrónica básica, capítulo 14 se habla de los resonadores y cristales de cuarzo y su gran cualidad de oscilar a una frecuencia fija y excepcionalmente estable.


3) Mezclador detector: La señal de los dos osciladores anteriores se lleva a este circuito en donde se mezclan. Está formado por D1, R6, R7 y C9.

La señal del oscilador fijo siempre será de 455 Khz, pero la señal del oscilador variable puede variar de 445 a 465 Khz (según haya un objeto metálico o no cerca de la bobina buscadora L1).

En electrónica, cuando se mezclan dos señales de frecuencias distintas se generan dos señales muy importantes:

- La suma de ambas frecuencias
- La resta de ambas frecuencias

Supongamos que el oscilador variable está trabajando a 455.5 Khz
El oscilador fijo, por supuesto, lo hará a 455 Khz

Las señales resultantes tras la mezcla serán:

- La suma: 455.5 Khz + 455 Khz = 910.5 Khz (Alta frecuencia)
- La resta: 455.5 Khz  - 455 Khz = 500 Hz  (¡¡Señal audible!!)

¿Que se hace con las dos señales anteriores, suma y resta?

- La suma (910.5 Khz): No nos sirve, es derivada a masa mediante c9.
- La resta (500 Hz): Es una señal que está en el rango de las frecuencias audibles, de 20 Hz a 20,000 Hz, así que se envía a la siguiente etapa para su amplificación:

4) Amplificador de audio: A cargo del conocido circuito integrado LM386, recoge la señal (muy débil) de audio que le entrega la etapa mezcladora-detectora anterior y la eleva a un nivel suficiente como para mover un altavoz o unos auriculares.

En el ejemplo anterior veíamos que la frecuencia resta era de 500 Hz, lo que viene a ser un zumbido de tono ni muy agudo ni muy grave.

Pero, ¿Qué pasa si la bobina buscadora L1 pasa por un instante cerca de un objeto metálico? Pues que su inductancia cambiará momentáneamente, lo que hará que el oscilador variable cambie su frecuencia también durante un instante. Supongamos que su frecuencia pase de ser de 455.5 Khz a 456.0 Khz (sube 500 Hz).

Volvamos a hacer la resta de ambas señales, la señal del oscilador variable y la señal del oscilador fijo:

Resta: 456 Khz - 455 Khz = 1,000 Hz = 1 Khz

Ahora la frecuencia de audio ha subido de 500 Hz a 1,000 Hz, hecho que es perfectamente audible (el sonido ahora es bastante más agudo), y sería un claro indicativo de que el buscador de metales ha encontrado algo... metálico.

En el minuto 36:15 del vídeo se aprecia el cambio del sonido emitido por el altavoz cuando se acerca un objeto metálico a la bobina buscadora L1.




Esquema del circuito


Esquema circuito del detector de metales

La alimentación es de 9 voltios, y la etapa de audio va a 9V, pero los dos osciladores funcionarán a 5V mediante un regulador de 5V (7805). Con esto se pretende dotar de la máxima estabilidad a los dos osciladores, pues éstos son sensibles a los cambios de tensión que experimentará una pila a lo largo de su vida útil.

La única exigencia para que un regulador 7805  entrege 5 voltios es que la tensión que se le aplique sea como mínimo 3 voltios mayor. En nuestro caso, 5 voltios + 3 = 8 voltios, tensión asegurada por una pila de 9V.

El condensador c11 configura al LM386 para la máxima ganancia

El terminal positivo del condensador c15 debe ponerse lo más cerca posible del pin 6 de IC1, este condensador evita zumbidos parásitos en el altavoz.

Nada impide poner un led después del interruptor "S1" y con una resistencia de 6,800 (6K8) Ohm en serie a masa para señalizar que encendemos el dispositivo. Elegí un led azul porque gastaba muy poco: Con una resistencia tan alta como 6K8 aún lucía sobradamente gastando sólo ¡1 mA!

C1 es un pequeño condensador ajustable -trimmer-. Con él ajustaremos la frecuencia del oscilador variable de modo que en el altavoz escucharemos un tono.

P1 es el potenciómetro de tono, sirve para regular el tono que escuchamos en el altavoz una vez que C1 ha sido ajustado.

P2, el potenciómetro de volumen, toma la señal de audio proveniente del mezclador-detector vía C11 y la envía al pin 2 (entrada audio) del IC LM386.



Lista de componentes

Va por secciones:

Para la BOBINA BUSCADORA:




- Madera o cualquier material aislante de 3mm de espesor









Para convertir los 4 discos de madera en un bloque y sujetar las escuadras:
- 5 Tornillos métrica 4mm, largo 30 mm
- 10 arandelas para los tornillos anteriores
- 5 arandelas grover para los tornillos anteriores
- 5 tuercas métrica 4mm para los tornillos anteriores








- 2 pequeñas escuadras











- 2 trozos de circuito impreso a modo de bornes de conexión para la bobina








- Cobre esmaltado 0.35mm diámetro (AWG #27), unos 25 metros.

- Papel de aluminio para apantallar la bobina






- Un tupper con forma circular de tamaño adecuado para alojar la bobina







Para sujetar la bobina:
- Un trozo de redondo de madera, largo 50mm; diámetro 6 mm
- Dos trozos de alambre, largo aprox. 30 mm; diámetro 1mm o menos




- 2 terminales FASTON para los bornes de la bobina (no se usarán como tales, sino para que las pinzas de cocodrilo agarren bien).

- Cola blanca para unir los cuatro discos ANTES de unirlos con los cinco tornillos.

- Pegamento fuerte (recomiendo basado en epoxi) para sujetar los dos trocitos de circuito impreso que usaremos como bornes de la bobina.


Para la CAJA CON EL CIRCUITO




- Un tupper de tamaño adecuado, evitar los que tengan tapa con muchas curvas o con formas complicadas.






- Circuito preimpreso de matriz de puntos. 

Medidas: 92 x 74 mm.





Para sujetar el circuito impreso (PCB) a la tapa del tupper (foto anterior):
- 4 tornillos métrica 3, largo 15 mm
- Ocho tuercas métrica 3 y ocho arandelas
- Cuatro separadores de pástico

Para sujetar el tupper entero a lo que será el mango del detector:
- 2 tornillos+arandelas+separadores+tuercas, en métrica 4





- Un mini interruptor (S1 en el esquema)







- Pila de 9V
- Portapilas para pila de 9V
- Pequeño altavoz 8 Ohm




- Salida de auriculares, mono, de 3.5 mm, con desconectador de altavoz. Tiene tres terminales.









- Un adaptador jack mono -> stéreo de 3.5 mm



COMPONENTES ELECTRÓNICOS:

R1 2k2 (dos mil doscientos) ohmios
R2 33k (treinta y tres mil) ohmios
R3 100k (cien mil) ohm
R4 33k
R5 15k
R6 15k
R7 100k
P1 100k lineal
P2 10k logarítmico
C1 trimer 60pf
C2 Cerámico, 1n (un nanofaradio)
C3 Cerámico, 2n2 (dos coma dos nanofaradios)
C4 Cerámico, 100n (cien nanofaradios)
C5 Cerámico, 1n (un nanofaradio)
C6 Cerámico, 680pf (680 picofaradios, también 0.68n)
C7 Cerámico, 15pf (quince picofaradios)
C8 Cerámico, 15pf
C9 Cerámico, 100n
C10 Electrolítico, 10µf (10 microfaradios)
C11 Electrolítico, 10µf (10 microfaradios)
C12 Electrolítico 150-330µf
C13 Cerámico, 100n
C14 Electrolítico, 150-330µf
C15 Electrolítico, 470µf

Todos los condensadores electrolíticos son para 16/25 voltios
Todos los condensadores cerámicos para la mínima tensión (63 voltios)
Todas las resistencias a 1/4 de w

D1 Diodo 1N4148 (es muy común)
XTAL Resonador de 455 Khz, se puede extraer de un mando inservible
T1 Transistor BC547B
T2 Igual que T1
IC1 Circuito integrado LM386 (amplificador de audio)
Zócalo de 4+4 pines para el LM386 (Mejor que soldarlo directamente)
REG1 Regulador de 5V (código: una o dos letras seguido de "7805")


Resto de material:

- Algo que sirva de bastidor y empuñadura: Una muleta, un palo de escoba...
En mi caso he utilizado una muleta nueva de aluminio, por sólo 6€.
- Dos pinzas cocodrilo con unos 20 cms de cable para conectar circuito con bobina



Circuito en protoboard

Como es norma en esta serie de vídeos, siempre me aseguro de que un circuito funciona. No es suficiente con que luzca bonito el esquema. Una forma rápida de asegurarse es montar el circuito en el protoboard. Antes de poder probar el circuito tuve que construir la bobina, cosa que veremos en el siguiente punto.

El circuito funcionó impecablemente. Los tres controles respondían bien:

Trimmer C1 y potenciómetro P1: C1 sirve para sintonizar el oscilador variable donde está la bobina L1. Primero debe ajustarse el potenciómetro P1 a la mitad de su recorrido. Después ajustar C1 hasta que se oiga una señal en el altavoz. A partir de ahí usaremos P1 para obtener un tono que nos resulte cómodo al oído y ya podemos comenzar a usar el detector de metales.

Volumen, a cargo del potenciómetro P2, nos permite ajustar el volumen de audio tanto si usamos altavoz como si usamos auriculares)

El protoboard con el circuito y todos los anexos: Bobina buscadora, potenciómetros, altavoz y alimentación




Montaje de la bobina

Es un poco laborioso, pero merece la pena. Si se hacen las cosas bien, tiene que funcionar sí o sí. Yo hice tres bobinas, con distintas configuraciones, y funcionan las tres.

Nota: Debido a que hice tres bobinas, en el vídeo es posible que algunas medidas no concuerden con lo que digo aquí en el blog. En ese caso, guíate por este artículo en el blog o por la tabla que expongo en el vídeo en el minuto 26:00.

El procedimiento para construirlas es el mismo sin importar las medidas y parámetros que tengan. Al final de este apartado pondré las medidas y características de cada una de las tres bobinas que hice, así como información útil por si quieres fabricarte una bobina de tamaño distinto.

Los pasos a seguir, a continuación:

1) En el material elegido (en mi caso madera "DM" de 3mm de grosor) dibujamos dos circunferencias con diámetro 120 mm y otras dos de 140 mm. Marcamos también en cada circunferencia una línea que pase por el centro: Nos servirá para posicionar los taladros.



2) Las recortamos. Se puede usar un mini-taladro con la herramienta disco de corte para marcar, y terminar de cortar con una sierra de marquetería. La marca hecha con el mini-taladro hará que la sierra vaya encaminada y no nos saldremos del corte.

3) Haremos una especie de carrete con los cuatro discos, los dos pequeños en el interior, los dos grandes en el exterior. Para poder hacer ese montaje haremos un taladro de 4mm en el centro (que ya habrá sido marcado por el compás) en cada uno de los cuatro discos. Y los unimos los cuatro con un tornillo de métrica 4mm y 30 mm de largo, con sus arandelas y tuerca. Ahora los cuatro discos forman un bloque. 

4) En uno de los dos discos grandes de 140 mm de diámetro haremos las marcas para hacer cuatro taladros para fijar las escuadras. Las medidas:



5) Hacemos los cuatro taladros (taladrando los cuatro discos de una vez). Ojo aquí: Cuando hagamos el primero de estos cuatro taladros, pondremos el tornillo para evitar que algún disco se gire y luego los taladros no coincidan. 

Ahora hacemos los tres restantes taladros y ya fijamos las escuadras con tornillos de métrica 4 más las arandelas y tuercas. No apretar excesivamente. Así debe quedar:



Carrete de la bobina con las dos escuadras. ¡No olvidar encolar los discos!

ANTES DE UNIR ESTOS CUATRO DISCOS CON LOS CINCO TORNILLOS HAY QUE APLICARLES COLA BLANCA, pues más adelante necesitaremos retirar estos tornillos. La cola blanca evitará que la bobina se nos desmonte en las manos.

6) Ponemos a la bobina dos bornas de conexión: Nos servirán para sujetar los extremos del hilo de cobre que formará el bobinado, y también para conectar la bobina con el circuito. Da buen resultado usar un par de trocitos de circuito impreso (el cobre hacia arriba, claro) simplemente pegados con un pegamento basado en epoxi. Aplicar pegamento sólo en el centro de cada trocito de circuito impreso, pues el pegamento aflora por los agujeros del mismo y después hay que soldar...

7) Haremos cerca de esas bornas de conexión un par de incisiones en el borde del disco superior. Esto será útil para que evitar que el bobinado se suelte y la bobina se desbarate. Mejor con una foto:


Detalle de la bobina con los dos trozos de circuito impreso que servirán de bornes, y las dos ranuras para impedir que el hilo de cobre se suelte (el hilo de cobre bobinado siempre aprovecha la menor oportunidad para deshilacharse).

El armazón ya está terminado

Para bobinar usaremos cobre esmaltado de 0.35 mm de diámetro (27 AWG).

Tomamos el extremo del cobre y le retiramos el esmalte con papel de lija (si no, no soldará). Lo soldamos a la borna de la derecha y lo pasamos por la ranura, y comenzamos a bobinar. Son 56 vueltas. Cuando hayamos bobinado todas las vueltas pasamos el cobre por la otra ranura y antes de soldarlo a la otra borna le quitamos el esmalte con la lija. 

Cortamos el hilo de cobre sobrante. Bobinado terminado

8) Apantallar la bobina: Para hacerla inmune a interferencias que podrían dar falsas alarmas, vamos a apantallar la bobina, es decir, dotarla de una especie de jaula de Faraday, para eso usaremos papel de aluminio en tiras que iremos pegando con cola blanca, diluida en agua si es necesario. Una foto aclarará esto:


Apantallado de la bobina. El aluminio envuelve el borde de la bobina por arriba, por abajo y por el canto. Hay que dejar sin apantallar un sector: El de los bornes

9) Unir uno de los polos de la bobina al apantallamiento que acabamos de hacer. El aluminio no se deja soldar con estaño. Y hay que tener cuidado con las uniones mecánicas que, si no están hechas a conciencia, fallan como escopetillas de feria...

Un buen montaje es poner un tornillo muy pequeño en las inmediaciones de la borna izquierda. Cuidado con no destruir el bobinado en esta acción. Después soldamos un trocito de cable o alambre a la borna, y de allí al tornillo, que apretaremos, provocando que la arandela haga firme contacto con el aluminio.

En la foto anterior se puede ver cómo está hecha esta conexión.

10) Colocar la bobina en el tupper circular: Esta bobina no duraría mucho en las condiciones normales de uso: Rozaduras, golpes, suciedad... acabarían por deteriorarla. Encerrándola en un tupper quedará bastante protegida y no se perderán prestaciones, sólo se perdería un milímetro de alcance, pues un milímetro (o menos) es el grosor que tiene el plástico de un tupper.

El método más lógico para unir bobina y tupper es aprovechar los mismos cinco tornillos que se usaron para hacer un bloque los cuatro discos de madera. Así que toca retirarlos, marcar el tupper, taladrar el tupper y volver a poner los tornillos a la bobina pero esta vez sujetándola al tupper. Para que los cuatro discos de la bobina no se desarmen al retirar los cinco tornillos, (lo que supondría la inutilización de la bobina), se supone que cuando la armamos aplicamos cola blanca entre disco y disco para que éstos se queden pegados aunque retiremos los cinco tornillos.


Bobina acoplada al tupper protector



El problema de la bobina

Si la bobina no tiene el número de vueltas exacto, el altavoz emitirá un sonido muy débil o no emitirá sonido en absoluto por más que actuemos sobre el trimmer C1. Es suficiente añadir (o quitar) una sola espira para que el sonido brillante y claro del altavoz se convierta en un leve pitido casi imperceptible. Esto puede hacer tirar la toalla a más de uno, y yo también estuve a punto.

En el tema bobina hay una trampa oculta, al acecho:

Para esta bobina de 120 mm de diámetro, estimé que eran necesarias cincuenta y cuatro vueltas en el bobinado. Resultaron ser 56. Esas dos vueltas suplementarias las puse añadiendo (soldando) un poco de cobre al bobinado. Para soldar ese trozo extra de cobre hay que quitar el esmalte, y también hay que quitarlo para soldar el extremo del bobinado a la borna, cosa que hice en cada una de las dos vueltas extra que añadí. Es decir, a cada vuelta, soldaba y probaba la bobina.

Las dos últimas vueltas de cobre tenían,pues, dos zonas sin esmalte aislante que coincidían en la posición. De vez en cuando se tocaban entre sí, y el altavoz enmudecía.

En vez de "arreglar" aquella chapuza preferí retirar el cobre y bobinar de nuevo, ya sabiendo que eran 56 espiras, pero de una vez, sin empalmes.

Y aquí viene el problema: Una vez terminado el bobinado a 56 vueltas, hecho con mucha atención y sin errores, pruebo la bobina y el altavoz suena flojísimo. Apenas se oía.

¿Cómo era posible esa diferencia si el bobinado fue hecho a imagen y semejanza del anterior que tan bien funcionó?. Puede ser debido a varias causas:

1) Tolerancias en el grosor del hilo de cobre.
2) Tensar más o menos el cobre mientras se bobina.
3) Cuántas espiras se crucen o se monten (y dónde y cómo), ya que el bobinado es realizado a mano.

Como resultado: Dos bobinas que se pretenden iguales, no lo son. Sus valores de inductancia difieren ligeramente, muy poco, pero lo suficiente para que un circuito deje de funcionar.

Es decir, se cumple una de las Leyes de Murphy:


No hay dos componentes "idénticos" que se parezcan

Por supuesto, no estaba dispuesto a repetir la chapuza de empalmar hilo, así que... a bobinar de nuevo, pero sin quedarme corto esta vez: Hice un tercer bobinado a 61 vueltas.

La idea es la siguiente:

1) ¿Funciona bien con 61 espiras? OK, se queda como está.

2) Si no funciona bien (audio muy flojo o inexistente a pesar de actuar sobre C1), se desuelda el terminal de la bobina y se quita una vuelta. Se vuelve a meter el hilo por la ranura del disco, se lija para quitar el esmalte y se suelda. Probar la bobina de nuevo. Y así, vamos quitando vueltas hasta que, forzosamente encontremos un punto óptimo (el altavoz suena a volumen suficiente). Esto debería ocurrir antes de llegar a las 50 vueltas, es decir, quitando 11 vueltas en el peor de los casos.

Si en la búsqueda de un mejor nº de espiras vemos que el sonido empeora respecto de la prueba anterior y deseamos volver a la situación anterior, ¿Cómo añadimos esa espira? Muy sencillo: No cortando la última espira quitada, así podemos volver a poner esa espira.

Es importante no darse por vencido ni conformarse con un sonido deficiente. Según vayáis variando el nº de espiras tendréis ciclos de sonido mediocre/inexistente. Seguid quitando espiras buscando ese sonido claro en el altavoz.

Esto explica porqué muchos proyectos con bobinas terminan en fracasos y abandonos a pesar de que al autor sí le funcionó.

Resumiendo: Aconsejo 54 vueltas, pero el valor correcto puede estar entre 50 y 61 vueltas. 

Las especificaciones de las tres bobinas que hice las tenéis en la siguiente tabla. El detector lo basé en la bobina tipo "3", la más pequeña de las tres.

En el vídeo, la bobina aparece con la inscripción "56 vueltas": Se me pasó por alto modificar dicha inscripción después de volver a bobinar. EL VALOR VERDADERO Y DEFINITIVO es el de la tabla bajo estas líneas: 52 vueltas.




Montaje del circuito en PCB

Seguiré el mismo método que tan buenos resultados ha dado hasta ahora en todos los montajes:

1) Partimos de una placa de circuito impreso de aprox 94 x 72 mm, de las que tienen preimpresos puntos de cobre ya taladrados.


2) En este PCB iremos poniendo los componentes siguiendo un orden lógico, de momento sin soldarlos, sólo para distribuirlos racionalmente en la superficie disponible. Evitaremos caer en el error de poner componentes en las esquinas, pues las necesitamos libres para poner un tornillo de sujecion. Para evitar que los componentes se caigan antes de soldarlos, doblaremos un poco sus terminales.




También pondremos los conectores necesarios (hacen falta cuatro), huyendo del método poco recomendable de soldar los cables directamente al PCB:

Conectores:
- Alimentación, pila 9V (2 vías)
- Interruptor on/off (2 vías)
- Salida de audio (2 vías)
- Entrada de la bobina detectora

3) Cuando estemos seguros de que todos los componentes están distribuidos correctamente, los soldamos.

4) Para soldar los componentes: Uniremos los componentes entre sí usando sus propios terminales cuando sea posible, y si no, añadiendo puentes de alambre fino o cable fino de cobre. Como siempre, será buena idea poner una línea de alambre en cada extremo del PCB para hacer la línea de masa y la línea de positivo, a las que van muchas conexiones.

5) Mecanizamos en el tupper los taladros necesarios. Evitaremos hacer muchos taladros en la tapa del tupper. Ahí sólo fijaremos la toma de auriculares. Así será más fácil acceder al interior en el caso de tener que hacer alguna intervención: Bastará con retirar el tupper.

Los taladros son:

- Dos taladros 4mm en la tapa del tupper para sujetarlo al bastidor
- Uno para el interruptor on/off
- Dos para fijar ambos potenciometros: Tono y volumen, en el lateral derecho.
- Dos pequeños a 3 mm para los dos cables de la bobina buscadora
- Uno para la salida de auriculares, en la tapa
- Dos taladros a 3mm para fijar el altavoz con tornillo, arandelas anchas y tuercas, así como múltiples taladros de 2mm como salida de sonido del altavoz, todo ello en lado trasero

Haremos un taladro (10mm) en el tupper justo en la vertical de C1 para introducir la herramienta de ajuste.


Ajustando C1 con el trimador a través del taladro realizado al efecto

6) Sujetamos los dispositivos al tupper ya taladrado (Circuito, interruptor, potenciómetros, altavoz, toma de auriculares...)

7) Conectar esos dispositivos a sus conectores correspondientes en el PCB


Circuito en la caja, todo OK




Auriculares, aclarando cosas

Comenté en el vídeo que los auriculares eran opcionales, pero es recomendable incluir esa opción "de serie":

- son más discretos que el altavoz
- Consumen menos pila
- Se perciben mejor las marcaciones más débiles

Usaremos los auriculares que sean de nuestra preferencia, se supone que estéreos, pero el detector entrega una señal monoaural con una clavija también monoaural. Esto quiere decir que oiremos sólo por un oído, lo que resulta bastante molesto.


¿Y no se podría haber solucionado esto último con una clavija estéreo? ¿Aunque hubiese sido poniendo a ambos canales (derecho e izquierdo) la misma señal?


Adaptador mono-estéreo

Sí, pero... una clavija de auriculares estéreo y con desconectador de altavoz tiene al menos 6 terminales, lo que complica las cosas con el cableado.Vamos a usar un adaptador mono-estéreo, como la de la foto de la izquierda, y por menos de 1€, asunto solucionado. No es que el adaptador mono-estéreo vaya a convertir el sonido monoaural en estéreo, pero sí hará sonar los dos auriculares para escuchar con ambos oídos.




Armazón, montaje final  y conexionado

Como armazón o soporte del detector de metales podemos usar muchas opciones. Al principio pensé en un palo de escoba. Es resistente y pesa muy poco. 

Justo cuando llegué a esta parte del montaje se me ocurrió hacer una búsqueda en la página de compra-venta "Mil Anuncios", y encontré esta maravilla por 6€. Nueva, de aluminio y extensible:


Como anillo al dedo...
En un principio pensé precisamente en una muleta por que su empuñadura y su extremo envolvente para el brazo la hacen muy ergonómica, pero deseché la idea pensando en que eran mucho más caras.

A esta muleta fijaremos la bobina detectora y el tupper con el circuito.


- SUJECIÓN DE LA BOBINA BUSCADORA:

Recordad que no se pueden poner metales cerca de la bobina, pues esto es interpretado por el circuito como una alarma y el detector no funcionará bien. La muleta es de aluminio y este problema se producirá. De hecho, lo comprobé y lo comento en el vídeo.

Solucionamos este contratiempo sustituyendo la parte baja de la muleta por un palo redondo de madera que sujetaremos con tornillo y palometa:





Hacemos un taladro pasante de 4mm en el extremo del palo, a 15 mm del final. Con el redondo de madera de 6 mm de diametro y 50 mm de largo fijamos la bobina con sus escuadras. Aseguramos el redondo de madera con dos pasadores que son dos simples trozos de alambre doblados. Esta unión no es rígida y permite a la bobina bascular y mantenerse horizontal aunque cambiemos el ángulo de la muleta respecto del suelo.

Foto con la sujeción de la bobina:


Pasador de madera que a su vez tiene dos pasadores de alambre en sus extremos. El material a modo de arandelas para evitar holguras son dos trozos de manguera pero puede servir cualquier cosa no-metálica.































- SUJECIÓN DEL TUPPER QUE CONTIENE EL CIRCUITO:

Debemos sujetarlo a la muleta a una distancia de unos 20 cms de la bobina. Más distancia significan pérdidas e interferencias en los cables. Menos distancia supone que el circuito influirá a la bobina. 

La manera de fijarlo: Con dos tornillos pasantes M4 y largo adecuado, con sus respectivas arandelas y tuercas. Los taladros en el tupper será mejor hacerlos en un sitio despejado de fácil acceso. Por supuesto también haremos dos taladros M4 en el palo y la muleta. Taladros pasantes. El tupper quedará bien sujeto así.







En esta foto se ve el tornillo y arandela que sujetan el tupper a la muleta. Este tornillo atraviesa la muleta y sale por el otro lado...


... y se sujeta con arandela y tuerca. 

Entre la muleta y el tupper hay dos piezas cilíndricas blancas de plástico: Son separadores y se venden en las tiendas de electrónica en distintas medidas, aunque se pueden improvisar cortando trozos de un boligrafo inservible, etc.

Esos separadores eran necesarios porque la tapa del tupper no es perfectamente plana y también para dejar espacio para la tuerca central.


- CONEXIÓN ELÉCTRICA BOBINA BUSCADORA - CIRCUITO:


También aquí hubo sorpresas.

Tenía previsto unir eléctricamente la bobina con el tupper (circuito) mediante un pequeno trozo de cable coaxial y conexiones tipo "F", especiales para cable coaxial, que son fáciles de preparar y rápidas de poner y quitar. Con el detector de metales estamos trabajando con RF en frecuencias de medio Mhz y a estas frecuencias ya hay que empezar a ser cuidadoso con los cables, los conectores, las pérdidas y esas cosas...

Con este tipo de conexión el detector se fue de sintonía, como cuando pones un metal cerca de la bobina, hasta el punto de no poder usarlo. Sé que parece una "herejía electrónica" pero el comportamiento era mejor con un simple par de cables separados. 

La causa de ese problema no cabe duda de que se debe a la proximidad de ambos conductores en un cable coaxial (malla y "vivo"), lo que representa una capacidad parásita que afecta a la constante LC del oscilador variable al que está conectado la bobina.

Dos cables normales por separado no tienen este problema, pues se pueden disponer alejados entre sí y de este modo evitamos capacidades parásitas, y esta es la opción que finalmente adopté. Del conector para la bobina en el tupperware salen dos cables con unas pinzas de cocodrilo para conectar en las bornas de la bobina. Pasaremos cada cable a un lado de la muleta, bien alejados uno del otro.


No hay unión eléctrica más rápida de hacer/deshacer: Dos cables salen del circuito desde el tupper y se conectan a la bobina con dos pinzas de cocodrilo. Además, evitamos capacidades parásitas. En los "bornes" de la bobina he soldado dos terminales faston mas bien grandes, no para usarlos como tales, sino para que las pinzas de cocodrilo tengan un buen agarre.

Llegados a este punto, el detector de metales está listo para ser utilizado


Detector de metales, listo para su uso



Modo de operación

1. Pulsamos el interruptor S1 de puesta en marcha.

2. Si escuchamos un pitido en el altavoz o auriculares, saltar al punto 6

3. Si no lo escuchamos, o es muy débil, o tiene una frecuencia que apenas podemos oír, actuaremos sobre el trimmer c1 usando un trimador o herramienta adecuada. Girar C1 hasta que se escuche un pitido en el altavoz. Se supone que ya no tendremos que actuar más sobre C1, o lo haremos muy de vez en cuando. Los trimmers no tienen un "tope" sino que al girarlos 360º empiezan de nuevo, es decir, no se rompen ni se fuerzan por girarlos muchas vueltas.

4. Usar el mando de tono P1 para conseguir un tono que sea de nuestro gusto, yo prefiero frecuencias bajas, menos estridentes que las agudas.

5. Regular con el mando de volumen un nivel de audio razonable. Si usas auriculares en vez de altavoz, la pila durará prácticamente el doble.

6. Ya podemos comenzar a buscar. 

7. Deslizaremos la cabeza buscadora lo más cerca posible del suelo para tener mas probabilidades de detectar cualquier objeto, pero cuidando de no maltratar excesivamente el tupper que contiene la bobina, si bien es verdad que la función del tupper es proteger a la bobina desgastándose él.



Prueba

Tras numerosas pruebas con éxito en el laboratorio, decido probarlo en un entorno ideal: La playa. Como hay algo de bullicio (a pesar de estas fechas invernales) decido usar los auriculares en vez del altavoz. 

Un juguete bastante divertido y útil...



El vídeo





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