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PREVIO INVERSOR
INTRODUCCIÓN
Después del tiempo que lleva publicado el artículo de controles de volúmen, no parece haberse creado una conciencia de cómo de graves son las pérdidas causadas por el control de volúmen. Este artículo pretende hacer ver que es el control de volumen es la pieza crítica por excelencia, y sobre todo: dar una solución al problema. |
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PROBLEMAS DE LOS POTENCIÓMETROS
Recordamos los problemas de los potenciómetros: aumentan el ruido y degradan la señal. Los principales problemas del potenciómetro son estos:
- MAL CONTACTO: El contacto entre el contacto deslizante y la pista de carbón es sumamente malo. El carbón se corrompe, muy especialmente con la humedad, se erosiona, se crea polvo... No es muy lógico utilizar unos conectores bañados en oro para acabar usando un potenciómetro de carbón, que es lo que tienen multitud de equipos.
- RANGO DINÁMICO Y DEGRADACIÓN A BAJOS NIVELES. Por otra parte el rango dinámico de un potenciómetro es pobre y sobre todo, se llega una gran degradación en el sonido cuando se obtienen las máximas atenuaciones. Este rango está limitado por la resistencia parásita del contacto, que está entre 10 y 50 Ohm, depeniendo de si es lineal, logarítmico y del valor.En el habitual potenciómetro de 47k que se suele tener, el rango dinámico es de 60dB suponiendo que la resistencia mínima es de 50Ohm y que se puede llegar a la mínima resistencia sin perder calidad, cosa que no ocurre, dentro de unos márgenes de calidad no se pasa de 30 y lo habitual es de 40dBs.
- CAPACIDAD PARÁSITA Y CREACIÓN DE POLOS AUDIBLES. Por si todo esto fuera poco, existe otro factor, la capacidad parásita entre el contato deslizante y otras partes del potenciómetro, ayudado por la misma pista de carbón. Esto hace que el cable que se suele usar hasta la siguiente entrada de alta impedancia debe tener una muy alta calidad, cuando lo que normalmente encontramos es pista de circuito impreso, sin protección contra ruido eléctrico y sin nada que reduzca los efectos de la capacidad con una alta impedancia. Esto es un pozo negro para el dinamismo. Cuanto más largo sea ese cable, más calidad se perderá.
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CARACTERÍSTICAS
El previo consiste en un preamplificador con un control de volumen estéreo, tiene impedancia de entrada 100kOhm, filtro RF y protección ESD.
El control de volumen propiamente dicho es un buffer + preamplificador con control de volumen, basado en una etapa inversora.
Como ejemplo muy ilustrativo de lo que sucede, haciendo pasar una onda cuadrada por un potenciómetro, en el osciloscopio se ve cómo las esquinas se redondean, y cuanto mayor es la atenuación, mayor es el redondeo. Con esta etapa eso no sucede, las ondas cuadradas se mantienen cuadradas hasta frecuencias del orden de 300kHz. |
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La etapa inversora con un potenciómetro es la única configuración que nos permite quedar libres de todos los problemas de los potenciómetros.
El primero de todos los problemas es el mal contacto entre la pista de carbón y el contacto deslizante. Teóricamente las entradas de un amplificador operacional ofrecen una resistencia infinita, y en un caso real, la impedancia de entrada de muchos operacionales con entrada Jfet está en torno a 10 megaohmios. El resultado es que aunque el contacto sea malo, como las corrientes que circulan son de unos pocos picoamperios no hay efectos perniciosos
El segundo es la carga de capacidades a través de una alta impedancia de salida. En un caso estándar el atenuador resistivo debe cargar con la capacidad del cable, ahora atacado desde una salida de baja impedancia capaz de proporcionar hasta 60mA, sobrado para impedancias de 600 Ohm. También tenemos como problema la capacidad parásita de entrada del operacional, cuyo valor se vé modulado por el valor de la señal a la entrada. |
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En la etapa inversora, el voltaje en las entradas tanto + como - es constante y es cero, por lo que no hay modulación de la capacidad de entrada. Ésta capacidad junto a la del propio potenciómetro, por producirse dentro de un lazo de realimentación no produce un polo, sino un cero, el efecto contrario a la habitual pérdida de dinamismo. Pero no podemos permitir la alteración de la señal y para evitar estos efectos se añade un condensador cerámico NP0 en formato SMD que estabiliza el comportamiento a alta frecuencia.
La baja impedancia de salida permite cargar con cables diréctamente, incluso de 10 metros sin más pérdidas en la señal de lo que puede producir el propio cable.
También se pueden atacar filtros activos diréctamente.
El reducido tamaño permite acoplarlo en cualquier chasis, incluso en diseños saturados de PCBs o en cajas ultra-slim. Ésta etapa es la única que permite simultáneamente tanto amplificación como atenuación, es decir, ganancia positiva o negativa, lo que le confiere una gran versatilidad. Debemos recordar que hace todas las cosas y además las hace bien. |
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La base del bloque es un OPA2134 por lo que ataca líneas de 600Ohm y la distorsión y el ruido están a niveles muy bajos (tiene un 0,00008% THD con ganancia 1). El rango dinámico es de 40dB, suficiente para todas las aplicaciones. Curiosamente, aunque numéricamente el rango es menor que en la configuración estándar del potenciómetro (divisor resistivo), el rango útil de esta etapa es todo el rango de rotación, y en la práctica el rango útil de esta configuración es mayor que el del potenciómetro estándar.
La ganancia es tanto positiva como negativa (±15dB). Los valores de las resistencias se han mantenido lo más bajos posibles por motivos de carga de capacidad y sobre todo, de ruido.
Para aplicaciones donde el ruido sea crítico... si es tan crítico lo primero es eliminar cualquier atenuador. De manera matemáticamente incuestionable empeoran SNR. Pero para reducir unos dBs el ruido se pueden utilizar los siguientes valores: 600 Ohm, pot de 1k, 56Ohm. No ganará nada cambiando de op-amp y usando uno supercaro de ultrabajo ruido. |
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Como fuente de alimentación, se requieren ±15V DC regulados. Puede utilizarse la fuente para previos que se expone en la sección de miscelánea.
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TOPOLOGÍA
A la derecha se muestra el circuito empleado. Al principio del todo está un sencilo filtro contra radiofrecuencia, mediante un condensador NP0. Posteriormente, el buffer, una mitad del OPA2134 en modo de seguidor de tensión, y posteriormente, C2, R3, R4 y R5 forman la etapa inversora propiamente dicha. Las resistencias R3 y R5 son los límites físicos, ya que la impedancia de entrada no puede ser cero, y la de la red de realimentación tampoco. |
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C2 es el condensador que se encarga de eliminar los efectos perniciosos de la capacidad del potenciómetro.
En principio el OPA2134 no está capacitado para atacar cargas de 100 Ohm, pero el op-amp sólo verá esta impedancia para la máxima atenuación y el rango de voltaje de la salida estará restringido a señales inferiores a 0,1V, lo que si puede cargar sin problema. |
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Estas resistencias marcan una ganancia de 9dBs máximo, y una atenuación de -42dBs, lo que es suficiente para todos los sistemas, pensando sobre todo que se cumple religiosamente el rango dinámico.
Si se necesita más ganancia, se pueden sustituir las resistencias de 3k3 por otras de 2k2, así la ganancia máxima será de 12dBs, y si se necesita más, por 1k y la ganancia será de 20dB. |
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SONIDO
He investigado bastante el tema de los atenuadores, he probado todos los tipos: potenciómetros de todas clases: carbón, cermet, plástico conductivo, resistencias variables con la luz, atenuadores escalonados, etapas de carga variable tanto activas como pasivas... y dentro de lo que se puede hacer en el DIY sin muchas complicaciones y sin variar la estructura de un equipo es lo mejor que he probado.
Sorprende que con un potenciómetro normal pueda cambiar de tal manera el sonido. Dinámica, detalle y análisis hasta extremos insospechables. Es un cambio radical y a mejor respecto de los atenuadores pasivos. Escuchar cualquier obra antes y después cambia siempre. Lo recomiendo a todas luces.
Quien tenga la impresión de que su equipo no "tira", como si le faltasen watios a niveles normales de escucha, debe probar este previo.
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CONEXIONES
El esquema de las conexiones se puede ver a la derecha.
Recomiendo usar pares trenzados para las líneas dentro del chasis, y si se utiliza pantalla, sólo debe estar conectada en uno de los extremos. Los pares del cable UTP5+ (C5+) vienen muy bien, preferiblemente de hilo rígido. |
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A la derecha están las conexiones de alimentación, sólo dos, positiva y negativa.
Para conectarlo al chasis, las hembras RCA deben estar preferiblemente aisladas de él. Del contacto de señal del RCA sale el cable de señal al previo, y del contacto de tierra salen dos. |
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Uno debe ser el que forma el par trenzado con el de señal, y el otro debe ir al punto común de tierra, en la fuente de alimentación.
Para la salida lo mismo, un par trenzado al RCA, pero lo que no es determinista es que se deba llevar un cable de tierra del RCA de salida al punto común de tierra, a veces elimina los ruidos de tierra y a veces no. Es cuestión de probar.
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PCBs
Se ofrecen las máscaras de PCB para la construcción de un previo inversor para uso personal sin fines comerciales. Descargar
La primera es la máscara de la PCB, la segunda y la tercera son las máscaras de componentes superior e inferior (silkscreen) y la cuarta es la guía de taladros.
La lista de componentes se puede obtener aqui. Descargar en TXT. Conviene señalar que casi todos los componentes utilizados no se encuentran en las tiendas, hay que encargarlos a RS o Farnell.
Es posible obtener el kit o el módulo ya ensamblado y comprobado (recomendado), además su coste es bajo. Para ello, enviar un email a consultas.
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