Electrónica Básica: Amplificador de audio alimentado por USB

En muchas oportunidades, cuando estamos con nuestro ordenador móvil en lugares sin acceso a una toma de corriente de red, nos limita a escuchar música con los altavoces incorporados dentro del equipo o, en el mejor de los escenarios con auriculares, pero nos aislamos del mundo exterior y sólo escuchamos nosotros. Si conectamos altavoces a la salida del ordenador, el nivel de audio es muy pobre y no alcanza para apenas un pequeño jardín. Hoy construiremos un amplificador de audio que no necesita energía desde la conexión de red y que ofrece un volumen suficiente, como para pasar un momento agradable escuchando buena música con amigos o en familia. ¿Recién comienzas en Electrónica y necesitas buen audio, estando móvil? Este artículo es para ti.

Una escena típica de cualquier reunión es que alguien tenga algo para escuchar y compartir desde su móvil (teléfono, tableta, ordenador portátil, etc.), pero que todos deban acercarse, haciendo silencio para escuchar con claridad. Por supuesto, a esto hay que sumarle la calidad nula de sonido donde un pequeño altavoz piezoeléctrico no puede hacer milagros en cuestión de potencia (en Watts, o Vatios) y una pobre respuesta de frecuencia de todos los sonidos que posee la grabación a escuchar. En algunas viejas máquinas encontramos altavoces o parlantes clásicos (bobina móvil) los que ofrecían un audio algo más “limpio”, sin embargo, la potencia del amplificador incorporado al equipo no era suficiente y todo terminaba en un ruido complejo, donde disfrutar la audición terminaba siendo un padecimiento. Para el oyente y para el pobre parlante, claro. Fuera de esto, los sistemas de audio que se agregan a los equipos móviles permiten mejorar la experiencia pero necesitan (en su mayoría) de la energía de red para funcionar. Si lo analizamos para nuestro hogar, donde también escuchamos música, se transforma en otra conexión a la red eléctrica y esto termina en lo que queremos evitar: otro cable que se sume a la maraña de conexiones apiladas, apiñadas y peligrosas.

En el montaje que veremos hoy, encontramos un clásico y muy utilizado amigo nuestro: el LM386. Con una tensión operativa mínima de 4Volts (o Voltios) y una potencia de salida de audio que puede alcanzar casi 1Watt (o Vatio), vamos a construir un sistema que no necesitará de una fuente de alimentación adicional para brindar energía al amplificador. Con los cuidados que la situación amerita, utilizaremos cualquier puerto USB libre que tengamos en el dispositivo que almacena la música. A partir de éste, tomaremos la tensión de 5Volts (o Voltios), una corriente menor a 150mA y nos encargaremos de colocar, como “protección obligatoria” un fusible que puede ser de cualquier tipo. Podemos utilizar un Polyswitch, un fusible electrónico de baja caída de tensión interna, un fusible de alambre clásico, un circuito integrado ICP (como utilizamos nosotros) o cualquier otro método “que tú creas válido” para proteger la salida de tensión del puerto USB.

Algunas máquinas modernas ya traen incorporado este tipo de dispositivos de seguridad, pero como siempre decimos: “a la suerte hay que ayudarla” y lo mejor que podemos hacer es agregar nuestro propio sistema de protección, sumado a un diodo del tipo 1N5819 para extremar las medidas de cuidado. Por supuesto, algo que debes tener en claro es que en ningún caso Mario Sacco y/o NeoTeo serán responsables por los daños que puedas ocasionar a tu ordenador o el sistema de almacenamiento de música que quieras utilizar.

Haciendo un resumen de lo que hemos escrito hasta el momento, tenemos:

• Es una práctica saludable utilizar fusibles en nuestros montajes. Recuerda: apenas superas el umbral de corriente permitido por el fabricante del fusible, éste dispositivo se destruye o se abre como un interruptor ayudando a proteger la fuente de energía, evitando explosiones, fuego y/o accidentes personales.

• Un diodo del tipo 1N5819 colocado en serie con la alimentación, ayuda a que nada se rompa si hay una inversión accidental de polaridad en la alimentación. Recuerda: los diodos conducen en un solo sentido, si te equivocas en la polaridad, la corriente no circula y nada se rompe.

• Utilizaremos circuitos integrados, amplificadores de audio LM386 (uno por canal) a los que no será necesario agregarle demasiados componentes. Con una configuración mínima y elemental ya estaríamos listos para salir a escuchar con buen caudal de sonido. Recuerda: dos capacitores (o condensadores) y dos resistencias (de las cuales una es el potenciómetro) son necesarios, tal como muestra el esquema superior.

• Ahora abordaremos un circuito final, con todos los elementos necesarios para la protección, los amplificadores, los conectores y un PCB (placa de circuito impreso) donde montar todo el sistema que construiremos. Recuerda: intenta ser tan prolijo, ordenado, limpio, atento a los detalles y organizado como puedas. Con esos cinco elementos básicos y realizando las prácticas que hay en cada enlace que te dejamos, los resultados siempre serán buenos a la primera.

El circuito se deja entender de manera sencilla y las conexiones son muy pocas. Para facilitar el análisis, separa en partes el circuito: observa que hay un sector superior que no conecta en ningún lado con el sector donde están los amplificadores, que son los triángulos IC1 e IC2, ambos LM386 y que en la vida real son pequeños cuadrados plásticos con cuatro pines por lados (búscalos en el centro del PCB). Como decíamos antes, la línea de alimentación posee capacitores (o condensadores) para filtrar ruidos y estabilizar la alimentación, tiene el fusible F1 que “en mi caso” es un fusible de 400mA (N10) y luego el diodo 1N5819. La particularidad de este diodo, por sobre otro cualquiera, es que no restará demasiada tensión de alimentación al circuito. Un diodo tradicional, clásico o común (1N4007) podría quitarle hasta 0,8Volts al circuito, mientras que el 1N5819 sólo le restará 0,4Volts. La diferencia puede parecer poca, pero al momento del funcionamiento, puede ser importante y notable. En el mejor de los casos, utiliza un 1N5817 que sólo restará 0,25Volts a la alimentación de 5Volts entregada por el puerto USB. Los últimos capacitores conectados a Tierra o GND (C5, C6 y C7) terminan de entregar una tensión de alimentación pura y continua al diseño que denominamos VCC y alimenta a los LM386.

Los amplificadores (las partes triangulares en el esquema) se alimentan por el pin 6 (VCC) y cierran la conexión a Tierra o GND por el pin 4. Las entradas de audio vienen por el pin 3 de cada canal, luego de pasar por el potenciómetro y un conjunto capacitor – resistencia que ayuda a que la entrada del amplificador no afecte el desempeño de la salida de audio de tu fuente de música. Por último, el pin 5 lleva la salida de audio amplificada hacia los altavoces o parlantes, mediante la conexión en J3 que es el típico conector de salida para altavoces que utilizan los equipos de sonido para el hogar. Imposible confundirlas. Por el lado de la entrada tenemos dos conectores RCA, uno para cada canal y finalmente, como vimos antes, la línea de alimentación, ingresa al PCB por un conector USB (tipo B) que traerá la energía desde la fuente de sonido. Una vez que nos familiarizamos y “amigamos” con el circuito o diagrama esquemático, podemos pasar a la construcción del PCB. Al final del artículo te dejamos el PDF listo para imprimir y utilizar aplicando el clásico “método de la plancha” que tan buenos resultados nos ofrece para nuestros pequeños trabajos de aficionados. 

Recuerda, no imprimas esa imagen, descarga e imprime el PDF que está al final del artículo para que la escala sea la correcta. Por otro lado, en la imagen de la derecha, ya puedes ver la mayoría de los componentes colocados y soldados en el PCB. Falta colocar los conectores, hacer las mediciones de rigor de cada montaje = “verificar que cada vía independiente no haya quedado conectada a GND”. Un mínimo error en el PCB (una línea poco perceptible) puede hacer fallar la alimentación, quitarte la señal de entrada de audio, la salida y miles de problemas que concluirían en que el sistema no funcione o que lo haga de manera defectuosa. Observa bien la polaridad de los capacitores electrolíticos, el diodo, y la orientación de los circuitos integrados. Las resistencias y los capacitores cerámicos no poseen polaridad y puedes colocarlos sin preocupación. De todos modos, notarás que queda bonito que las bandas de color de las resistencias se puedan leer sin estar dando vueltas la placa a cada valor, o que las nomenclaturas de los capacitores cerámicos se puedan leer desde la periferia de la placa. Esto es, que los textos no queden hacia el centro del PCB, sino hacia afuera. Por último, no olvides soldar un pin desde la carcasa metálica del potenciómetro, hasta GND (en el PCB está previsto). Una vista final de la placa terminada y la ubicación de cada componente la encontrarás en las siguientes imágenes:

Los consejos finales son los clásicos en cada construcción. Revisa que las vías importantes no estén en cortocircuito a GND, coloca tornillos o separadores para que la placa no quede tocando superficies que puedan generar accidentes no deseados, coloca todo dentro de una caja metálica, deja volar tu imaginación y habilidad constructiva, cambia de lugar el montaje de los conectores en un gabinete y  por sobre todo, ten mucho cuidado con la conexión al puerto USB que utilices. Realiza un control máximo para evitar errores y dolores de cabeza que no podremos ayudarte a solucionar. ¿Quieres verlo y escucharlo? Aquí estamos, al aire libre:

No pienses que el sistema que has visto en el video no funciona de acuerdo a la expectativa que pudiste crearte, recuerda que si un tema musical aparece en forma constante en la mayor parte de un video, YouTube puede penalizarnos y no es lo que queremos. Por supuesto que antes de irnos te dejaremos algo más de música, pero previamente queremos recordarte que todos tuvimos un comienzo, que nadie nació sabiendo nada y que el año que comienza puede ser tu ansiado ingreso al mundo de la electrónica.