HARDWARE. La alimentación eléctrica (I)

Como todo aparato que funcione con energía eléctrica, el Spectrum necesita de una tensión y amperaje para poder funcionar. En este caso precisa de una tensión de 9 voltios de corriente contínua, suministrada desde el exterior. Pero únicamente los nueve voltios no son suficientes: la fuente externa que los proporciona ha de estar capacitada para entregar una cierta potencia. El consumo del Spectrum, en su versión de 48K (lógicamente la de mayor consumo), está comprendido entre 700 y 800 miliamperios (mA). En el arranque y transitoriamente pueden presentarse picos de consumo de más de un amperio (A). Estos datos hacen que la fuente de alimentación deba ser, como mínimo de 9 watios (W). Este consumo de potencia descarta, obviamente, la utilización de pilas de 9 voltios para convertirlo en portátil, como muchos quisieron hacer en su época, a no ser que se montasen un número muy alto de éstas en paralelo (con lo que se obtiene el mismo voltaje, pero mayor potencia), y aún así se descargarían en un período corto de tiempo. Asimismo también queda descartado el uso de acumuladores de plomo o níquel-cadmio que no sean de 9 voltios nominales. Quizá estés pensando en una batería de litio de un teléfono móvil, pero tambíen se descargaría en poco tiempo y, lo que es más importante, no existían en la década de los 80. La conexión directa del Spectrum a una batería de automóvil dañaría a éste en corto espacio de tiempo, ya que se le obliga a disipar interiormente tres watios más. Vemos, por tanto, que es necesaria una fuente de alimentación adecuada, como la que se suministra con el aparato.

LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. La fuente que sumistra al Spectrum la energía que necesita para funcionar está contenida en la caja negra que se conecta directamente a la red eléctrica (o, como vulgarmente lo llamamos, al enchufe de la pared).

Aspecto de la fuente de alimentación típica del Spectrum

Recuerdo que, cuando era pequeño, solía preguntar para qué servía esa caja negra que se intercalaba entre el enchufe de la pared y el Spectrum. Unos me decían "es un transformador", otros me respondían "sirve para adaptar la corriente que sale de la pared al Spectrum porque, de no ser así, se quemaría". Estas respuestas me generaban más preguntas, como ¿hay varios tipos de corrientes? ¿cómo lo hace para transformar una corriente en otra? ¿qué tiene dentro y cómo funciona?

Gracias a mis estudios de electrónica y a mi interes por la retroinformática, éstas y otras preguntas tienen respuesta para mi hoy en día. Si sigues teniendo la misma curiosidad que tenía yo de pequeño sobre la fuente de alimentación del Spectrum, sigue leyendo. Intentaré explicarlo de la forma más clara y sencilla posible, sin entrar demasiado en tecnicismos que puedan llegar a ser incomprensibles y aburridos.

Veamos qué hace la fuente de alimentación. Empecemos por la corriente que sale del enchufe, la que nos llega de la calle, a través de la red. Si la vemos a través de un osciloscopio (es un aparato que nos "dibuja" las tensiones que mide), obtenemos la siguiente gráfica:

La corriente alterna

Como vemos, se representa la tensión o voltaje frente al tiempo. El voltaje empieza siendo cero y va subiendo hasta los 220 voltios, que es el máximo positivo. Después vuelve a descender a cero y sigue haciéndolo hasta los -220 voltios, que es el máximo negativo, para volver a ascender hasta los 0 voltios. En definitiva, la tensión cambia hasta un máximo y un mínimo a lo largo del tiempo. A esto se le llama corriente alterna o CA (AC en inglés). En la gráfica solo se ha representado un ciclo completo, es decir desde que empieza en cero a ascender hasta que llega a cero desde el valor máximo negativo. En la práctica éstos ciclos se repiten sin parar. Al número de ciclos que se producen en un segundo, se le llama Hertzio o Herzio y se representa por las letras Hz. En nuestro enchufe tenemos una tensión de 220 voltios y una frecuencia de 50 Hz, lo que quiere decir que se repite el ciclo de la gráfica 50 veces en un segundo.

El caso que se expone en este ejemplo es para Europa. En otros países , como en el continente americano, el voltaje y la frecuencia son distintos.

Ahora veamos el tipo de tensión que necesita el Spectrum. Si también la observamos a través del osciloscopio, tenemos esta gráfica:

La corriente contínua

También aquí vemos representada la tensión frente al tiempo. La diferencia con la corriente alterna es que, en este caso, la tensión no varía a lo largo del tiempo. Se mantiene constante, inalterable. A esto le llamamos corriente contínua o CC (DC en inglés). La mayoría de los aparatos eléctricos que tenemos en nuestras casas funcionan con corriente contínua. Todos éstos aparatos tienen su fuente de alimentación, ya sea interna o externa o, en su defecto, un compartimento para las pilas, las cuales también suministran corriente contínua.

Volviendo a las gráficas y comparándolas vemos que, efectivamente, es necesario un dispositivo que adapte la tensión de la red a la que necesita el Spectrum. Esto es lo que hace la fuente de alimentación. Ahora nos falta saber cómo es por dentro y cómo lo hace.

Si vemos la fuente alimentación por dentro nos encontraremos un transformador, que es el encargado de reducir los 220 voltios de la red a 9. Estos 9 voltios siguen siendo de corriente alterna.

Aspecto interior de la fuente de alimentación

También hay cuatro diodos, montados en forma de puente rectificador de doble onda (también llamado puente de Graetz), y dos condensadores electrolíticos para el filtrado, que suman una capacidad total de 4400 µF. La salida de la fuente va directamente hacia el Spectrum.
Esta fuente suministra, como hemos visto, 9 voltios de salida de corriente contínua y es capaz de entregar hasta 1,4 Amperios.

 Esquema eléctrico de la fuente de alimentación

El transformador entrega a su salida 9 voltios de corriente alterna, que serán elevados a 12,7 voltios debido a la acción de los condensadores, los cuales tienden a cargarse a la tensión de pico; pero ésta tensión sólo alcanza estos valores en vacío, tal como se aprecia si se mide con un voltímetro en la salida de la fuente, sin conectarla al Sepctrum. Al enchufarla al ordenador, obtenemos los 9 voltios que necesitamos.

Vista general del interior de la fuente

Ya sabemos qué hace la fuente de alimentación y cómo es por dentro. En la próxima entrada veremos cómo es capaz de hacer la conversión de corriente alterna a continíua, analizando paso a paso cada componente mediante gráficas, para hacer más facil su comprensión.