Taller de Electrónica Libre Instituto de Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería Universidad de la República Manual de Construcción de: Aro magnético Martín Sánchez Rodrigo Olivera Florencia Ferrer Índice Introducción..........................................................................3 Población objetivo .............................................................................................3 Audífono............................................................................................................3 Aro Magnético...................................................................................................3 Materiales y herramientas ...................................................5 Componentes para el amplificador...................................................................5 Componentes para el armado...........................................................................5 Listado de componentes para la producción del aro........................................6 Insumos y herramientas....................................................................................6 Planos constructivos.............................................................8 Esquemático......................................................................................................8 Lado soldadura..................................................................................................8 Lado componentes............................................................................................9 Construcción Paso a Paso del dispositivo.........................10 Construcción de la placa de circuito impreso (PCB).....................................10 Precauciones a la hora de trabajar con el percloruro:................................10 Elaboración de la placa:..............................................................................11 Montaje de componentes ...........................................................................13 Armado de la caja ..........................................................................................16 Colocación de conectores en la caja...........................................................16 Conexión placa – elementos caja...............................................................17 Manual de colocación.........................................................19 Antes de comenzar.........................................................................................19 El Aro...............................................................................................................20 El Amplificador................................................................................................20 Conexiones ....................................................................................................20 Bibliografía..........................................................................20 Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 2 Introducción Población objetivo: personas con problemas de audición Las personas hipoacúsicas con diferentes grados de sordera tienen una disminución de la sensibilidad auditiva, es decir, que los sonidos se escuchan con menor intensidad. En gran cantidad de casos mejora esta capacidad con el uso del audífono. El audífono es la ayuda técnica más importante para una persona con sordera. La adaptación del mismo a la capacidad auditiva aprovechable resulta sumamente conveniente y útil para potenciar las posibilidades auditivas. Audífono Los audífonos son dispositivos que se utilizan para amplificar el sonido. El audífono es un tipo de amplificador cuya función es la de amplificar el sonido y llevarlo amplificado a un altavoz o auricular. Existen diversos tipos de audífonos, que se diferencian entre sí por el tamaño o lugar de colocación de mismo, aunque su funcionamiento básico es igual para todos: entrada de sonido, amplificación de sonido y salida del sonido amplificado. El audífono más utilizado es el retro auricular, tiene un tamaño reducido, se coloca detrás del pabellón auditivo y no tiene ningún tipo de cable exterior ya que el auricular está dentro de la caja de aparato. El sonido sale directamente por un tubo o “codo” y es conducido al interior del oído por un molde. El audífono retro auricular está alimentado por una pila plana que se coloca en la parte inferior. Sin embargo, en un recinto cerrado, a veces los ruidos, las reverberaciones, la distancia y la dirección de la emisión dificultan la audición por parte del usuario de audífonos notablemente. Esto suele suceder en teatros, aulas, salas de conferencia, etc. Este problema se supera con la instalación del aro magnético que lo independiza del entorno. Aro Magnético El Aro Magnético es útil en determinadas situaciones y contextos, todas con ciertas características comunes: • Un recinto cerrado. • Un conjunto de personas dispuestas a presenciar un determinado evento o situación comunicacional. • Una fuente emisora de sonido. Algunos ejemplos de estas situaciones son: Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 3 • Un aula, en la cual el conjunto de los estudiantes asiste a la clase, siendo la fuente emisora el o la docente. • Un teatro, donde el conjunto de los espectadores asiste a ver el espectáculo, siendo la fuente emisora el escenario donde están los actores. • Una sala de conferencias, en la cual el conjunto de los asistentes presencia la misma, siendo la fuente emisora el disertante. En general, en estas situaciones, una persona hipoacúsica usaría de audífono no logra escuchar correctamente a la fuente que emite el sonido, principalmente por el ruido ambiente, la reverberación del sonido en el recinto, la dirección en la cual es emitido, la distancia a la fuente emisora, etc. El Aro Magnético es un sistema de transmisión a distancia constituido por la fuente emisora que es detectada por un micrófono, un amplificador, y un lazo de cable que rodea el perímetro del recinto donde se instala. La señal de la fuente emisora es amplificada por el circuito amplificador, el cual la entrega a su salida como corriente eléctrica al lazo de cable que rodea la sala, generando un campo magnético proporcional a la misma. Este campo magnético induce a la bobina telefónica del audífono (si está en la posición T). La señal es escuchada por la persona que posee el audífono sin interferencias del entorno, reverberaciones ni ruidos. El sonido de la fuente emisora es una onda mecánica que al pasar por el micrófono se transforma en señal eléctrica, siendo luego amplificada por el circuito amplificador. A la salida del mismo, ésta se transforma en un campo magnético variable que está presente dentro del perímetro del lazo. Este campo magnético es captado por el audífono a través de la bobina, en la cual, por el principio de inducción, es transformado nuevamente en señal eléctrica y luego en sonido. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 4 Materiales y herramientas Componentes para el amplificador Identificación Nombre CI 1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 R1 R2 R3 R4 R5 R6 P1 L1 Cantidad Proveedor TDA 2003 Disipador 10 µF x 25V 470 µF x 25V 100 ηF 1000 µF x 25 V 100 ηF 39 ηF 100 µF x 25 V 220 Ω 2,2 Ω 1Ω 39 Ω 1 kΩ 10 kΩ Potenciómetr o Logarítmico 100 kΩ 1 1 1 1 1 1 Eneka2 Reciclado3 Eneka Eneka Eneka Eneka 1 1 1 Led 3mm Precio unitario ($) 46.31 Precio Total($)1 46.31 1.85 9.24 3.68 16.17 1.85 9.24 3.68 16.17 Eneka Eneka Eneka 3.68 5.04 2.89 3.68 5.04 2.89 1 1 1 1 1 1 1 Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka 1 1 1 1 1 1 40.10 104 10 10 10 10 10 40.10 1 Eneka 2.42 2.42 Componentes para el armado Nombre Ficha Plug mono de 3.5mm Ficha Jack mono de 3.5 mm Ficha RCA macho Ficha RCA hembra - chasis Ficha DC hembra Perilla potenciómetro Gabinete de 10x7x5 cm Plaqueta virgen de 5x5 cm Cantida d 1 1 1 1 1 1 1 1 Proveedor Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Eneka Precio Total($) 3.43 62.01 4.20 9.79 52.00 30.45 81.90 51.45 Los precios pueden variar. Estos no incluyen el IVA. Eneka es uno de tantos lugares en donde se puede comprar este tipo de elementos. Los mismos se encuentran en la calle Rondeau. 3 Se pueden conseguir en placas viejas, como de tv, radios, fuentes de computadoras. En última instancia sirven trozos de aluminio. 4 Las resistencias por lo general se venden de a 10 unidades. 1 2 Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 5 Listado de componentes para la producción del aro Tornillo para disipador y tuerca Llave de encendido (tipo palanca S/I) Cable paralelo 2 x 0.5 mm² Micrófono electret Fuente de alimentación 12V - 2A estabilizada Insumos y herramientas Percloruro de hierro Plancha Marcador negro permanente Soldador 30 W Estaño 69/40.8mm Saca estaño a presión Impresora laser o fotocopiadora Jabón Alcohol etílico Esponja de aluminio Hoja de papel fotográfico Taladro con mechas adecuadas para fichas y agujeros del circuito ( de 1mm) Pinza Alicate Soporte para trabajar con placa En las figuras 1, 2 y 3 se pueden observar la mayoría de los elementos listados anteriormente. Figura 1 – A la izquierda observamos una muy útil herramienta para sostener la placa mientras se trabaja con ella y a la derecha la herramienta para quitar estaño. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 6 Perilla potenciómetro LEDS TDA 2003 Condensadore s de 100 y 47 ηF Potenciómetr o Resistenci as Condensadore s de 10 µF x 25 V, 100 µF x 25 V , 1000 µF x 25 V y 470 µF x 25 V Figura 25 – Materiales Ficha RCA macho Conector DC Ficha plug mono Conector RCA hembra Figura 3 – Materiales El costo total de los componentes (incluyendo el IVA) es de aproximadamente $600. El tiempo de armado del aro es de aproximadamente una tarde entera. 5 En esta imagen y en la siguiente hay más componentes de los necesarios Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 7 Planos constructivos Esquemático Figura 4 Lado soldadura Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 8 Figura 5 Lado componentes Figura 6 Observamos las conexiones y componentes del mismo con sus nombres tal cual fueron expuestos en la tabla de descripción de los componentes. Será útil tener estas tres figuras presentes cuando estemos realizando la placa y el armado de la caja. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 9 Construcción Paso a Paso del dispositivo Construcción de la placa de circuito impreso (PCB) Métodos para la elaboración de circuitos impresos hay muchos, desde los comerciales de producción en masa hasta los mas artesanales elaborados por uno mismo dibujando directamente en la placa de cobre las pistas del circuito con un lápiz indeleble. En este caso lo realizaremos por el llamado “método de la plancha”, que consiste en transferir el circuito desde una hoja impresa con tóner, hacia la placa de cobre por medio del calor de una plancha. Lo haremos por medio de éste porque reúne lo mejor de los métodos artesanales en cuanto a prolijidad y velocidad en el proceso. Para usar este método se va a necesitar: • Plancha (la de planchar la ropa) • Hoja de papel fotográfico6 • Placa de cobre de 6cm x 3cm • Esponja de aluminio • Alcohol etílico • Jabón • Impresora láser o fotocopiadora • Percloruro férrico Figura 7 – Percloruro férrico Precauciones a la hora de trabajar con el percloruro: 1. Realizar el trabajo con esta solución preferiblemente al aire libre. 2. Utilizar guantes (hasta que se tome un poco de experiencia). 3. El percloruro mancha por lo que recomendamos utilizar ropa adecuada. 4. Si para acelerar el proceso se colocará el recipiente con el percloruro en agua caliente tratar de no ingerir los gases que libera (se puede utilizar barbijo). 5. Utilizar siempre recipientes de plástico para contener el percloruro que se puedan descartar o, en el caso de guardarlos, no utilizar para nada más. 6. Nunca calentar el percloruro férrico directamente al fuego ni tampoco calentar el agua a baño maría con el recipiente con la sustancia. 6 Si no se cuenta con este tipo de hoja también se puede usar una hoja común. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 10 Elaboración de la placa: 1. Imprimir en la parte brillante del papel fotográfico el circuito del aro magnético que se muestra en la figura 8. Si no se cuenta con una impresora láser, fotocopiar el circuito en ese mismo tipo de papel. Siempre hay que tener en cuenta es que la impresión que se hace sobre el papel tiene que ser con tóner, que es lo que se va a transferir a la placa de cobre. Si se hace con impresión de tinta no se va a lograr el cometido. Figura 8 - Circuito a imprimir en el papel fotográfico en su tamaño real 2. Limpiar la placa de cobre con alcohol y lijarla con la esponja de aluminio suavemente para que no quede grasa o algún otro tipo de impureza que complique la transferencia del tóner. Ver figuras 9 y 10. Tratar de no volver a tocar la placa del lado del cobre después de limpiarla. Figuras 9 y 10 – Limpieza de la placa de cobre con esponja de aluminio. En la figura de la izquierda se observa como está la placa antes de ser lijada y en la de la derecha luego. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 11 3. Recortar el circuito impreso del papel dejando bordes de aproximadamente 5 mm, y poner sobre la placa con la parte impresa sobre la cara de cobre. Ahora encima colocar otro papel común, para que cuando se apoye la plancha sobre el papel fotográfico no se estropee, por sus componentes plásticos. Figura 11 – Placa de cobre lijada. 4. Este paso es muy importante y hay que realizarlo con cuidado. El tóner tiene una temperatura de fusión de entre 100oC y 220oC, si se supera en exceso esta temperatura el tóner se quema. Por lo tanto es mejor hacerlo a una temperatura alta pero moderada, mantener y apretar la plancha sobre el papel moviéndola hacia los bordes durante 2 minutos. Para saber si la transferencia está pronta, fijarse si el papel ha quedado con un color marrón claro. Después de esto tendremos el tóner adherido a la placa. Ver figura 12. Figura 12 – Proceso de traspaso de la tinta en el papel a la placa. 5. Sumergir la placa durante unos minutos en un recipiente con agua jabonosa. Cuando el papel esté blando retirarlo con cuidado o sino ir desmenuzándolo con los dedos suavemente hasta retirarlo totalmente. Se observará que el Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 12 circuito quedó muy bien dibujado en la placa. Generalmente, para mayor seguridad y prolijidad, se puede repasar las pistas con marcador permanente. 6. El último paso consiste en atacar las “sobras” de cobre que no utilizaremos, colocar en un recipiente el percloruro férrico o percloruro de hierro y la placa de cobre y dejarlo reposar durante unos minutos. Se recomienda que cada 2 o 3 minutos se observe el estado de la placa para mayor seguridad. Esta estará pronta cuando sólo quede cobre en las zonas que hay tinta. Ver figuras 13, 14 y 15. Figuras 13 y 14 – En estas dos imágenes observamos el proceso de eliminación del cobre en el área que no hay pistas. Figura 15 – Placa a limpiar luego de sacarla de la solución 7. Finalmente limpiamos la placa para sacarle lo que queda del percloruro y de la tinta. Después de terminar el proceso la placa estará lista para perforar. Montaje de componentes En este segmento empezaremos con la soldadura de los componentes en la placa de circuito impreso, para ello tendremos que perforar la placa como lo indica la figura 5. En la figura 17 observamos cómo debería quedar la placa luego de este proceso Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 13 Figura 16 Figura 17 Para la soldadura de los componentes utilizaremos: • Soldador de punta fina de baja potencia • Estaño 0.75mm Aclaración importante: en el caso de que utilice como señal de entrada una señal de audio o de micrófono ya preamiplificada, la resistencia opcional R6 no debe ser incluida. La misma corresponde en el caso de que la entrada sea un micrófono del tipo electret, y cumple la función de polarizar el mismo. Las imágenes que encontrará tienen la resistencia R6 incluida. Si desea realizar el circuito con ambas funcionalidades puede incluir un interruptor como el que se muestra en la imagen 2 para habilitar o deshabilitar dicha resistencia. Nuestra sugerencia para el montaje es la siguiente: A) Suelde en primer lugar las resistencias ya que al ir al roce de la placa le va a ser más fácil y cómodo para la soldadura del resto de los componentes. B) En segundo lugar el integrado TDA2003, observando su posición y el encaje exacto de los cinco pines en la placa. No se exceda de calor, porque puede estropear el integrado y es el encargado general de la amplificación de sonido, tenga cuidado que el estaño de la soldadura no se desparrame. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 14 C) Después siga por los capacitores cerámicos. Verifique el valor de los mismos al momento de soldar porque son muy parecidos estéticamente. D) Por ultimo soldamos los capacitores electrolíticos. Verifique valores y posición al momento del montaje, recuerde que este tipo de condensador es polarizado y la mala colocación del mismo puede hacer estallarlo. Figura 18 Las siguientes imágenes le muestran como quedaría la placa con los componentes ya instalados y las soldaduras: Figura 19 Figura 20 Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 15 Figura 21 Figura 22 Las perforaciones que quedan libres en las imágenes son para la conexión de los cables con los correspondientes elementos de interacción para la persona. Armado de la caja En este último paso agregaremos los últimos componentes al proyecto. Para ello colocaremos los correspondientes elementos en la caja y los conectaremos al circuito mediante cables. También fijaremos la placa a la caja. Colocación de conectores en la caja El siguiente paso consiste en agujerear la caja de forma tal de crear la interfaz con el usuario. En este paso se necesitarán los siguientes elementos: • Interruptor y potenciómetro (encendido y volumen) • Ficha RCA hembra (entrada de señal) • Ficha plug (salida al cableado del aro) • Ficha DC (conexión de corriente de alimentación) Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 16 • Led (indicador de encendido) Tendremos que perforar la caja, para poder colocarle los componentes, que queden bien ubicados y no interfieran o perjudiquen al colocar la placa con los cables. Los componentes, que no queden fijos a la caja por medio de una tuerca u otro elemento, se pueden pegar con cualquier adhesivo tipo “gotita”. Recomendamos que la fijación total de estos elementos a la caja no se haga hasta último momento ya que observarán que para soldar será más fácil tenerlos libres y quizás desmontarlos. Pero sí es altamente recomendable no saltearse este paso y dejarlo para el final por varias razones: la primera es que va a ser necesario tener una idea de los largos de los cables al realizar las conexiones de la placa con los componentes que van fijos a la caja; la segunda es que se observará que por cómo se colocan algunos, será necesario soldar los cables con ellos ya puestos. En las siguientes figuras se puede observar cómo colocamos nosotros los elementos. Figuras 23 y 24 – Montaje de conectores y regulador del potenciómetro Conexión placa – elementos caja Para el montaje de los cables y derivar hacia los componentes ya nombrados, fijarse el diagrama de circuito, figuras 4 y 6. Recomendamos utilizar cables de colores y que sean más bien moldeables para que luego al montar todo en la caja sea más fácil y halla menos riesgo de que se desuelde algún cable. En las siguientes figuras se puede observar cómo conectamos la placa con los correspondientes componentes. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 17 Figura 25 Figura 26 Figura 27 Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 18 Manual de colocación Antes de comenzar • El área cubierta por el aro (bobina) debe estar entre los 25m² y 60m² (figura • • 28). Se debe de probar el amplificador, asegurándose de que funcione correctamente. Para probarlo solo, se deberá conectar un parlante (de entre 4 y 8 ohms) en el plug de audio que se encuentra del lado del potenciómetro. Figura 28 El circuito está calculado para funcionar con una impedancia en la salida de al menos 2 Ω a una frecuencia del orden de 1 kHz. La limitación de la superficie cubierta por el aro se debe a esto. Si el dispositivo se quisiera instalar en algún lugar con más de 60m² de superficie, lo conveniente seria delimitar un lugar con el tamaño indicado en los puntos de arriba. Esto se debe a que el campo magnético generado por un aro con una superficie mayor sería muy débil. Asimismo si fuera más chico que el tamaño indicado, el amplificador se recalentaría. Figura 29 Como muestra la imagen 29, las personas que van a usar el aro se tienen que encontrar dentro de los límites del anillo. Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 19 El Aro El aro se construirá con 2 vueltas de alambre de cobre esmaltado de 0.5 mm². Un buen y práctico sustituto para esto es usar cable paralelo de 0.5 mm², el cual se empalmará adecuadamente, como muestra la figura 30. Figura 30 El Amplificador La potencia máxima con la que trabaja este amplificador es de 10 W. La fuente de energía (trasformador) deberá tener una salida de 12 V (voltios) y 2 A (amperes). Conexiones • El aro debe ser conectado en el plug mono de 3.5mm del amplificador. • La entrada con señal de micrófono deberá ser conectada en la ficha RCA hembra. Bibliografía El esquemático del circuito, así como la introducción y la lista de materiales fueron obtenidos del INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial del gobierno de la República Argentina). Taller de Electrónica Libre: iie.fing.edu.uy/tel [email protected] 20
