Como ya hemos visto en las anteriores entradas, al Spectrum le entran, únicamente, nueve voltios de corriente contínua sin estabilizar, lo que los hace totalmente inútiles si no se los convirtiera en estables interiormente. La inestabilidad de una fuente de alimentación radica en que la salida en contínua varía con relación a las variaciones de la red de distribución eléctrica que pueden darse en la entrada.
Esquema completo del circuito de alimentación del Spectrum
Como se aprecia en la imagen de arriba, de los 9 voltios de entrada se consiguen tres tensiones diferentes: +5V, +12V y -5V. Estos tres voltajes son los que necesita realmente el Spectrum para funcionar. Veamos para que sirve cada uno:
¬ Los +5V son los más estables, de mayor potencia y mejor controlados. Se utilizan para alimentar al microprocesador, la ULA, memorias y al resto de la circuitería lógica. El dispositivo que se encarga de proporcionar esta tensión es el regulador 7805, muy utilizado en el mundo del hardware y la electrónica y que analizaremos a continuación.
¬ Los +12V se obtienen por conversión, según veremos después, y son de poca potencia, pero suficientes para polarizar a los ocho circuitos de memoria RAM dinámica 4116 que cubren los primeros 16 Kbytes de memoria. El circuito integrado LM-1889 que genera la subportadora de color también se polariza con +12V.
¬ Los -5V también se obtienen por conversión y se utilizan únicamente para polarizar las RAM dinámicas. Estas memorias utilizan las tres tensiones (+12V, +5V y -5V).
EL REGULADOR 7805. Este dispositivo es un auténtico circuito integrado con aspecto exterior de transistor de potencia media (encapsulado tipo TO-220).
Aspecto externo del 7805 con encapsulado TO-220
Físicamente el 7805 consta de tres patillas que, de izquierda a derecha, tienen los siguientes cometidos:
INPUT: Por esta entrada se puede aplicar una tensión máxima de 35 voltios sin estabilizar.
GROUND: Es el terminal central y es el que se conecta a tierra, punto común de referencia para todas las tensiones.
OUTPUT: Por este tercer terminal salen hacia el exterior +5 voltios con un margen de estabilidad próxima al 2%, según tolerancias y cargas aplicadas.
El regulador de tensión 7805 es capaz de proporcionar una intensidad nominal de un amperio. Dispone de autoprotección, de modo que si se produce algún cortocircuito, la intensidad se limita hasta un nivel no destructivo en nanosegundos.
Generalmente en su funcionamiento se requiere disipación, por lo que hay que ponerle en contacto mecánico con un disipador que evacue, al aire circundante, su producción de calor. En el Spectrum el disipador es la pieza de aluminio que se ve ostentosamente cuando se abre el microordenador. Este disipador de aluminio ha de evacuar el calor generado por los cuatro watios residuales de los 9 voltios de entrada, para obtener los 5 voltios de salida. De no ser por este disipador, el calor se concentraría en sí mismo hasta llegar a la destrucción.
En el 7805, el fragmento metálico con una perforación en el centro está conectado interiormente al terminal central de GROUND, por lo que, en realidad, tiene doble misión: ser adosado mediante un disipador a un tornillo y ser un terminal auxiliar de masa.
El regulador de tensión 7805 es capaz de proporcionar una intensidad nominal de un amperio. Dispone de autoprotección, de modo que si se produce algún cortocircuito, la intensidad se limita hasta un nivel no destructivo en nanosegundos.
Generalmente en su funcionamiento se requiere disipación, por lo que hay que ponerle en contacto mecánico con un disipador que evacue, al aire circundante, su producción de calor. En el Spectrum el disipador es la pieza de aluminio que se ve ostentosamente cuando se abre el microordenador. Este disipador de aluminio ha de evacuar el calor generado por los cuatro watios residuales de los 9 voltios de entrada, para obtener los 5 voltios de salida. De no ser por este disipador, el calor se concentraría en sí mismo hasta llegar a la destrucción.
En el 7805, el fragmento metálico con una perforación en el centro está conectado interiormente al terminal central de GROUND, por lo que, en realidad, tiene doble misión: ser adosado mediante un disipador a un tornillo y ser un terminal auxiliar de masa.
Esquema eléctrico interno del 7805
En la imagen del esquema interno del 7805, la estabilidad eléctrica se obtiene con un diodo Zener de referencia (D2), la regulación de tensión se hace en el último transistor (Q16) conectado entre la entrada (INPUT) y la salida (OUTPUT). El límite de corriente se obtiene gracias a la resistencia de 0,25 ohmios (R16) que hay en serie con el transistor de salida mencionado, y la estabilidad térmica se obtiene gracias a una termoresistencia (R20) que puede variar entre 0 y 19 K ohmios.
Ya en la placa base del Spectrum, los condensadores C50, C34 y C61 ayudan al 7805 en su estabilización y eliminación de transitorios (ver imagen inferior).
Circuitos de alimentación en el interior del Spectrum
El circuito convertidor. (Para entender mejor este apartado observa el esquema de la imagen superior) El convertidor está realizado en el Spectrum mediante el transformador de ferrita L1, los transistores TR4 y TR5 y las resistencias que los polarizan (R59, R58 y R61) y los condensadores C43 y C49 que le ayudan en su funcionamiento. L1 en conjunción con TR4 y C49 forman un oscilador de aproximadamente 15 KHz. El transistor TR5 se encarga de la realimentación y el control de tensión de salida.
La elevación de tensión (+12V) se obtiene debido a la diferente relación de espiras entre el primario y el secundario de L1.
En el colector de TR4 existe una onda cuadrada que, medida respecto a masa, es de +12 voltios; esta misma señal sale hacia el exterior del Spectrum para ulteriores aplicaciones por el terminal 23A del conector posterior (la famosa ranura para conectar periféricos).
El diodo D15 y el condensador C44 son un rectificador y filtro para obtener los +12V que irán hacia el interior del microordenador y saldrán por el conector trasero (terminal 22A).
Siguiendo el esquema de la imagen superior, C46 hace el papel de filtro de la componente contínua. El diodo D11 actúa de rectificador para obtener la semionda negativa de 12 Vpp cortocircuitando la positiva, R55 y el diodo Zener D16 son un circuito estabilizador de -5,6 voltios, D12 se utiliza para eliminar los 0,6 voltios residuales y C47 y R54 actúan de filtro final. Los -5 voltios van hacia el interior del Spectrum y salen hacia el exterior por el terminal 20A del conector trasero. En la imagen de abajo se ha marcado en rojo la zona de la placa base del Spectrum en la que se encuentran los componentes que se han citado. Más abajo se muestra un detalle del transformador de ferrita (L1) con el 7805 detrás y algunos de los componentes que se encargan de la alimentación interna.
Ubicación de la zona de la alimentación y disipador del 7805
Detalle del transformador de ferrita y el 7805
Condensadores de desacoplo. Repartidos por toda la placa del Spectrum existen unos condensadores de 0,1 µF o valor próximo para el desacoplo de las líneas de alimentación. Un circuito lógico, en especial si es de la familia TTL (como los "chips" del Spectrum), produce picos de consumo debidos a sus rápidas transiciones o flancos, picos que se traducen en caídas de tensión transitorias que pueden alterar el funcionamiento de otros circuitos vecinos. Para evitar esto se coloca un condensador de desacoplo por cada circuito integrado y colocado próximo a sus patas de alimentación.
El efecto funcional de estos condensadores es el de restituir localmente los transitorios de bajada de tensión. Estos transitorios son del orden de 100 nanosegundos (ns) o menos.
En la próxima entrada retomaremos la historia del Spectrum, y veremos de dónde y cómo surgió la idea en el interior de la empresa Sinclair Research Ltd.
