Rediseñando el transformador del ZX Spectrum 16k/48k

Proyectos de hardware con sus esquemáticos y si llevan software en fuente

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Aquí solo tienen cabida proyectos de hardware que incluyan siempre al menos sus esquemáticos para poder reproducirlos si llevan componentes electrónicos, y si es posible los ficheros del programa en que se hacen, los diseños de las placas, los gerber, etc. Si llevan algún tipo de software asociado debe estar diponible el código fuente

Para los que no cumplen estas condiciones se debe postear en el foro de proyectos generales.
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Rediseñando el transformador del ZX Spectrum 16k/48k

Mensaje por cacharreo »

(viene de aquí)

Este componente de los ZX Spectrum es un problema por lo que ayer mismo pedí unas muestras de unos modernos bastante pequeños (3.9x3.9x1.1mm.) con características muy similares que si una vez los pruebe se ve que van bien, podrían soldarse en una pequeña placa (pcb) diseñada para este propósito que lleve los pines para soldarla al Spectrum por la cara inferior y el nuevo transformador en la cara superior. Más tarde añadiré unos diseños 3D de cómo quedaría.

Recapitulando sobre el componente COIL sabemos que el transformador está hecho con cable esmaltado 28AWG (~0.32mm.) arrollado siempre en el mismo sentido sobre un núcleo de ferrita que, como indica el esquema, tiene 13 vueltas en el primario y 39 vueltas en el secundario. La relación (ratio) del transformador es por tanto 1:3.

La placa en la que está instalado el transformador tiene un grosor de 1.25mm. y el rectángulo que la inscribe es de 14.18x12.63mm. El diámetro del pin es de 0.9mm., la distancia entre los pines del primario o del secundario es de 9mm. (de centro a centro) y la distancia entre los pines del primario y el secundario es de 9.43mm. (de centro a centro).

El núcleo de ferrita tiene una altura de 8.32mm., un diámetro del cilindro exterior de 9.75mm. y un diámetro del cilindro interior de 6.75mm. con una pata central inferior (boss) de 3.53mm. de diámetro para facilitar su fijación a la placa (con pegamento).

La frecuencia de conmutación es de 19.7kHz.

Con la placa vista desde arriba numeramos los pines del conversor (step-up) DC-DC comenzando por el pin #1 en la esquina Noroeste (NO) y siguiendo en sentido antihorario, por lo que el transformador quedaría conectado de la siguiente forma:

 Pin#  Conectado a  Posición⁽¹⁾  Tensión⁽²⁾ 
1R61 terminal izquierdoNO-1.343V
2TR4 baseSO-1.341V
3TR4 colectorSE+9.30V
4+9V del jack de barrilNE+9.34V
en cuanto a medidas relativas entre primario y secundario tenemos:

 Pines#  Tensión⁽³⁾  Resistencia ⁽⁴⁾  Corriente (mA)  Inductancia (1kHz)  Inductancia (100kHz)  Q⁽⁵⁾  ESR⁽⁶⁾  θ⁽⁷⁾  DF⁽⁸⁾ 
1-2-145.8mV0.05Ω570mA12.6µH12.406µH43.80.18Ω88.6º0.023
3-4-333.9mV0.25Ω155.9mA73.4µH72.090µH66.90.69Ω89.0º0.015
en definitiva la información con la que podemos verificar tanto los componentes encargados como el diseño final.

⁽¹⁾ con la pcb vista desde arriba en su posición normal (con el conector DC a la derecha).
⁽²⁾ respecto a tierra (GND) en un ZX Spectrum Issue 2 encendido.
⁽³⁾ en un ZX Spectrum Issue 2 encendido.
⁽⁴⁾ con el componente fuera de la placa.
⁽⁵⁾ factor de calidad/selectividad.
⁽⁶⁾ resistencia serie equivalente.
⁽⁷⁾ ángulo de fase.
⁽⁸⁾ factor de disipación.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por cacharreo »

Como se había anunciado aquí están las imágenes del diseño preliminar de la placa que, al final, tendría unas dimensiones de 12.64x12.64mm. y un grosor aproximado incluyendo la pcb de unos 2.8mm. por lo que la altura final en la práctica la vienen a determinar los pines.

Imagen Imagen

las placas para los prototipos se pedirán mientras llegan las muestras y en cuanto reciba estas últimas las pruebo y os cuento.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por retrolab »

Gracias por esta aportación
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por cacharreo »

retrolab escribió: 04 Feb 2023, 01:03Gracias por esta aportación
Si todo va bien publicaremos toda la información, esquemas y gerbers para que se las monte quien desee o, si alguien se anima, se organice una tirada. Como de estas plaquitas caben 49 en una en blanco antes de cortar, sumando componentes, placa y portes el coste unitario estaría en principio alrededor de unos 2€.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por cacharreo »

Para poder conectar y desconectar el transformador original cuando hiciera falta se improvisó un zócalo para el mismo utilizando un zócalo recto DIP-8 cortado por ambos ejes en 4 trozos. En la siguiente imagen se puede ver el componente original conectado y desconectado de su nuevo zócalo:

Imagen

y como se ve, la frecuencia del step-up (medida esta vez entre la base de TR4 y el terminal izquierdo de R61) sigue siendo la misma, 19.7kHz:

Imagen

Ni que decir tiene, el comportamiento EMI/RFI (ante interferencias electromagnéticas) del nuevo transformador SMD es espectacular porque está completamente sellado/blindado lo que espero que sea apreciable en las pruebas cuando se utilice el ZX Spectrum a través de su tan entrañable como característico modulador.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por Popopo »

Gracias por tan buen aporte y felicidades.
Otra gran ayuda a la comunidad.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por Popopo »

Ayuda es ayuda.
Toda aportación es buena.
No hay nada más.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por cacharreo »

Si el aspecto final supusiera un problema estético se podría diseñar una placa con la misma forma de la original, con su agujero para el boss y preparada para soldar el transformador nuevo por debajo y otro averiado antiguo encima (desconectado) pero, en mi opinión, es una complicación innecesaria.
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por oldcomput »

cacharreo escribió: 06 Feb 2023, 08:28 Si el aspecto final supusiera un problema estético se podría diseñar una placa con la misma forma de la original, con su agujero para el boss y preparada para soldar el transformador nuevo por debajo y otro averiado antiguo encima (desconectado) pero, en mi opinión, es una complicación innecesaria.
Y no se puede volver a bobinar el trasformador? Aunque nunca he visto uno roto. Lo mismo voy a sustituir la parte de generación de tensiones por unos reguladores chinorris, la bobina la eliminaré.
No me he leído todo. Si hay tirada de plaquitas, me apunto ;)

Saludos
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Re: Bobina (transformador) del ZX Spectrum 48k

Mensaje por cacharreo »

oldcomput escribió: 07 Feb 2023, 01:31
cacharreo escribió: 06 Feb 2023, 08:28 Si el aspecto final supusiera un problema estético se podría diseñar una placa con la misma forma de la original, con su agujero para el boss y preparada para soldar el transformador nuevo por debajo y otro averiado antiguo encima (desconectado) pero, en mi opinión, es una complicación innecesaria.
Y no se puede volver a bobinar el trasformador? Aunque nunca he visto uno roto. Lo mismo voy a sustituir la parte de generación de tensiones por unos reguladores chinorris, la bobina la eliminaré.
No me he leído todo. Si hay tirada de plaquitas, me apunto ;)
Aquí hablaba solo del aspecto estético final. Cierto es que es muy difícil que se averíe este componente y que es posible arrollar el hilo a mano pero el resultado de comprar el cable esmaltado y arrollarlo asegurando una alineación exacta para conseguir el 100% de acoplamiento magnético entre primario y secundario es más quebradero de cabeza, más ruidoso (interferencia electromagnética), menos eficiente y menos económico que usando un transformador moderno de características casi idénticas.
oldcomput escribió: 07 Feb 2023, 01:31No me he leído todo. Si hay tirada de plaquitas, me apunto ;)
A ver cómo va. Por mi parte si alguien se anima las plaquitas que sobren de las pruebas se las cedo para la tirada.
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