Completando o Nestor+

Na série de fotos que postei anteriormente ficou faltando o resistor de 680 Ohms que serve como carga para o sinal vindo do cassete.

Como não há espaço para este componente na placa, a solução foi colocar o resistor por cima. mesmo. Para isso a opção mais fácil seria soldar o resistor entre o 'pé' do resistor de 180 Ohms e o pino 7 do LS14, mas como o resistor ficaria um pouco enviesado preferi arranjar outro lugar.

Dessa maneira o resistor ficou entre o 'pé' do resistor de 330 Ohms e o pino do conector de entrada de cassete.

 
Antes de soldar o resistor, corte os terminais dele bem curtinhos e segure o componente com uma pinça enquanto derrete a solda no terminal do jack do cassete.

Depois solde o outro terminal do resistor de 680 Ohms no terminal do resistor de 330 Ohms

Montagem do NESTOR+

Terminei de montar o meu NESTOR+, que funcionou perfeitamente. 

O primeiro passo foi checar todas as conexões com o diagrama. Para isso, deve-se usar o diagrama impresso em papel, multímetro, caneta marca texto e deve-se ter muita paciência e atenção. No meu caso não encontrei nada de anormal.

Depois de tudo verificado (e corrigido, caso necessário), é hora de conferir o material para a montagem. Caso algum material esteja sobrando guarde-o para não causar confusão na hora da montagem.

Depois de conferir o material, é hora de organizar os componentes, a fim de facilitar o trabalho de montagem. Eu gosto de utilizar estes organizadores plásticos facilmente encontráveis em 'lojas de 1,99' (embora eles custem mais do que isso)

Isole os componentes que podem ser confundidos com outros na hora da montagem, como é o caso dos capacitores cerâmicos.  Também recomendo separar os CIs TTL 'repetidos' e deixa-los juntos para evitar trocas na hora da soldagem.

Prenda a placa num suporte e tire da mesa qualquer coisa que não vá ser utilizada na montagem, exceto é claro o café. 

Monte primeiro os resistores de valor repetido, começando pelos de 1K. Mas preste atenção na quantidade porque no kit vem 11 resistores destes, sendo que apenas 8 são utilizados nas imediações do display.

Em seguida solde os 8 resistores de 47Ohms. No meu caso estava sobrando um desses, e se eu tivesse montado sem conferir a quantidade provavelmente eu teria soldado um resistor no lugar errado e ia perder tempo pra consertar o erro (procurando o resistor, dessoldando-o, etc)

Por último solde os 8 resistores de 3k3. 

Agora solde os 9 resistores de 10K. 

Por último solde os resistores de valores diversos. 

O próximo passo é montar os diodos. São apenas 3

Agora é a vez dos capacitores cerâmicos. Comece pelos dois de 10nf (103). 

Depois solde o capacitor de 100pF, próximo ao cristal

Por último solde os capacitores de 100nf (são vários).

Agora é a vez das chaves. Use um alicate para deixar retos os terminais das chaves a fim de facilitar a inserção na placa. Não se esqeça do botão de reset.

 

Antes de soldar o cristal, coloque algo para isolar a ilha que corre logo debaixo dele. Eu usei um pedaço de fita de Kapton. Procure usar uma fita bem resistente.

Prosseguindo a montagen, solde os soquetes da EPROM, SRAM e do Z80

Os próximos componentes são os transistores PNP. Embora o Silk chame o BC308, podem ser utilizados outros PNPs de uso gera, como o BC327, que acompanha o KIT.

E na sequência solde os BC237 (ou o equivalente NPN)

Solde então os 'Headers' e os 'jumpers'

Agora é hora de montar os TTLs. Comece pelos 74LS126 e preste bastante atenção na posição do pino 1.

 

Em seguida solde os LS75

Depois os LS08

E por fim monte os outros CIs TTL

Agora é a vez do Jack alimentação . Preencha os furos com solda de forma a deixar o conector bem firme.

Em seguida solde os plugs do K7. Dobre os terminais de forma a encaixarem na placa. O Jack da esquerda ainda não foi dobrado.

 

 

Use uma sobra de terminal de resistor para fazer a união do terminal do jack até a placa. 

Eis como fica pronto. 

Agora solde os displays. Deixe eles por último para evitar que algum possa ser danificado pelo ferro de sola, caso você esbarre acidentalmente neles é claro).

Agora insira o Z80, a SRAM e a EPROM em seus respectivos soquetes.

Em seguida limpe o fundo da placa com álcool isopropílico e uma escova ou pincel.

Como algumas pessoas andaram reclamando do alto brilho dos displays de 7 segmentos, eu coloquei preventivamente sobre os displays uma camada de fita de Kapton. 

Antes de energizar o Nestor, faça uma boa inspeção na placa para ver se não deixou de colocar nenhum componente, nem deixou de soldar nenhum terminal. Confira também a polaridade e a tensão da fonte que vai ser utilizada. Eu usei uma fonte de 5,0V que comprei numa loja de eletrônicos usados daqui da minha cidade. 

Tomando todos os cuidados necessáirios, o resultado não poderia ser outro. Sucesso!! Meu Nestor está funcionando!

Pros preguiçosos que pularam diretamente pro final, eis uma animação com todos os passos.

Outra versão do MOD de Vídeo

Fiz alguns testes numa variação do MOD de Vídeo para o TK85, utilizando a porta que estava livre em IC1, e eliminando um dos transistores.

Aproveitei e fiz alguns testes com o 74LS00 e compilei uma tabela de valores para o resistor da polarização. Acabou que tanto para o 7400 quanto para o LS00 o valor do resistor R1 permaneceu o mesmo.

O circuito encontra-se abaixo:

Estudo da temporização

O circuito de geração de 'backporch' do adaptador de vídeo para o TK-85 possui um temporizador baseado na porta IC1B.

O sinal de sincronismo chega do TK-85 na forma de um pulso positivo, e é invertido por IC1A, aparecendo com um pulso negativo no  no pino 3.

Quando o pulso de sincronismo começa, o pino 3 cai a zero, e descarrega o capacitor C2 (na realidade a tensão no capacitor cai para Vf+Vol, onde Vf=Tensão direta do diodo e Vol=tensão de saída do CI em nível baixo.

Ao final do pulso de sincronismo o capacitor C2 começa a se carregar através do resistor R1 e também através do pino 5 do IC1, pois as portas TTL usualmente fornecem corrente a um a carga conectada entre a entrada e o GND.

Durante a carta, enquanto a tensão sobre o capacitor C2 é menor do que Vih, a porta IC1B 'enxerga' um nível '0' em sua entrada, e mantém a saída em nível 1.

Assim que a tensão sobre C2 excede o valor de Vih a porta enxerga esta entrada como um nível '1' e a sua saída passa a ser igual ao inverso do sinal em sua outra entrada (no caso o vídeo).

Do texto acima pode-se perceber que 2 parâmetros do CI influenciam diretamente a temporização

• Vih
• Corrente suprida pelo pino de entrada

Ambos os parâmetros são diferentes para as várias tecnologias com que estes CIs TTL são fabricados (LS, HC, HCT, etc)

Isso implica que a rede RC deve ser diferente para as várias famílias de chips. Assim, mantendo-se o valor de C2 fixo, é necessário alterar o resistor R1 de acordo com a tecnologia usada, para manter o tempo total do intervalo de sincronismo horizontal dentro do padrão NTSC, que é de 10.8us

Eis os valores já experimentados.

74HC00:  R1=1k2  t=10,3us
74HCT00: R1=2k2  t=10,2us
7400:    R1=10K  t=10,8us

Mod de Vídeo para o TK-85

Este mod de vídeo une os 'mods' de vídeo do Victor Trucco e do Edu Luccas numa plaquinha externa.

O sinal de vídeo do TK-85 (bem como o ZX-81 original) não possui o 'BackPorch' logo após o sincronismo, o que faz com que as TVs apresentem resultados diversos quando exibindo vídeo composto. Isso acontece porque a TV usa o nível do 'backporch' como uma referência do nível de brilho mais escuro. Mas não vou entrar em detalhes, uma vez que o Victor já explicou bem no artigo dele.

O 'mod' do Victor exige que se retire alguns componentes da placa, bem como se façam algumas soldas por cima de um dos CIs, mas eu preferi manter meu micro o mais original o possível (apesar do 'mod', heheh). Para poder colocar tudo numa placa externa bastou replicar alguns componentes do circuito de vídeo do TK-85 na placa externa.

Uma coisa que acrescentei ao circuito do Victor foi um 'buffer' de vídeo, no caso o circuito do Edu Luccas.

O que me motivou a escrever este post foi compartilhar alguns problemas que encontrei e as soluções encontradas.

O circuito do mod, na sua versão atual encontra-se abaixo.


Problema 1: Tecnologia do 7400
Este foi o primeiro problema que encontrei. Na falta de um LS00 na minha gaveta, utilizei um 74HC00. O resultado foi que a temporização (que gera o 'backporch') cresceu absurdamente; dos 10us necessários, passou para 45.6us, apagando quase até o final da linha de vídeo. Procurei por aqui e encontrei um 7400 (da série original, sem letras entre os números). Isso resolveu o problema da temporização. Eu também poderia ter utilizado um resistor ou capacitor de temporização diferentes (R1, C2), mas resolvi trocar o chip para ver se a tecnologia de fabricação é que fez aparecer esta diferença. Problema resolvido e mais uma lição aprendida.

Problema 2: Ruideira na saída
O sinal de saída medido no emissor de Q2 estava extremamente ruidoso. Na base estava tudo Ok. Desconfiei de Q2 (buffer). Apesar de eu já ter testado este transistor na hora de montagem (multímetro na escala de diodos), eu tirei ele do circuito e testei novamente. Continuava 'bom'. Mas mesmo assim troquei por outro, e a ruideira desapareceu.

Problema 3: Relação de amplitudes.
Do circuito original do TK 85 eu repliquei os componentes que 'mixam' o sincronismo ao vídeo (R22, R23, R24, R25 e T2), porém as amplitudes relativas do sincronismo e do video não estavam boas. O pulso de sincronismo estava com mais de 1Volt de amplitude enquanto o vídeo estava com aproximadamente 0,5Volts. O correto é o sincronismo por volta de 0,3Volts e o vídeo por volta de 0,7 a 1Volt. Eu cheguei a pensar que o buffer estivesse influenciando (carregando) o 'mixer', porém a impedância do buffer é maior do que o resistor de emissor (75Ohms) x o Beta (uns 200), ou seja, uns 15K. Não me lembro da influência do resistor de realimentação no coletor do buffer, mas não cheguei a testar as amplitudes sem o buffer, pois de qualquer maneira precisaria dele no circuito.
Outro agravante é que a tensão de saída deste 7400 é de aproximadamente 3,5Volts. O fato é que experimentei com o valor de R8 (R22 no TK85), pois ele influencia a tensão resultante mais do que os outros resistores do mixer (R6 e R7). Fui experimentando até que a amplitude do sinal de saída ficasse na proporção adequada (30% da amplitude abaixo do pedestal, 70% acima).

Problema 4: Impedância de saída
A impedância padrão dos equipamentos de vídeo é de 75Ohms, e a amplitude típica de um sinal de vídeo é de 1Vpp num circuito carregado. Isso significa que em aberto a amplitude do sinal é de 2Vpp. Medindo o sinal, estava tudo OK. Por coincidência, eu estava com 2Vpp cravados (Caso a amplitude estivesse acima ou abaixo disso, seria necessário mexer também nos outros resistores do 'mixer').
Porém ao colocar a carga de 75Ohms a amplitude caía para 1,86Vpp. Fazendo-se as contas,

Vl=Vout *  ZL / (Zi+Zl) , onde Vl e Zl são a tensão e a impedância da carga. Vout é a tensão em aberto e Zi é a impedância interna.

Resolvendo para Zi, temos que Zi = Zl (Vout/Vl -1).

Para Zl=75 Ohms, Vou = 2,0Vpp e Vl = 1,86Vpp, temos que Zi = 5,65Ohms

Cabe lembrar que a resistência no emissor (75Ohms) fica em paralelo com a impedância do transistor, e isso é que faz com que dê um valor tão baixo (afinal de contas é pra ser isso mesmo pois o circuito é um buffer. Para equalizar, coloquei um resistor de 68 Ohms em série com o capacitor, ficando então a impedância de saída por volta de 74 Ohms.

Aí sim, com a carga de 75 Ohms, ~1Vpp, 0,7Volts de vídeo, 0,256Volts de sincronismo.

Problema 5: Alongamento do sinal de Sincronismo
Quando eu achei que já estava tudo certinho, vi mais um problema. O sinal de sincronismo estava se estendendo quase 2us além do tempo original (em azul, por volta de 8us).

 Mas felizmente eu já tinha passado por esse problema antes. O que acontece é que o transistor Q1 demora para escoar a carga em sua junção de emissor quando o sinal de entrada comuta a nível zero, e com isso ele demora a entrar em corte, causando o prolongamento do sinal de sincronismo. Uma das maneiras de se resolver isso é colocar um resistor entre a base e o terra para escoar essas cargas, no caso R10. Assim, o transistor entra em corte logo após o sinal de sincronismo (no pino 3 de IC20) cessar, e o 'sync' dura apenas uns 7us.

A curva em azul na figura acima é o sinal que vai para o modulador, que por sua vez é um pouco mais largo do que o sinal original pois a base de T2 (no TK85 ) não tem o resistor para drenar corrente de base.
 
Um outro recurso comumente usado nestes inversores a transistor, mas que não foi necessário utilizar aqui, é colocar um capacitor de uns 100pf em paralelo com o resistor R2.

Olhando novamente o circuito, creio que seria possível utilizar a porta sobrando do chip com um diodo rápido para forçar a saída a zero quando ocorrer o pulso de sincronismo mas este teste fica pra outro dia.

Seguem duas fotos da tela da TV com o circuito funcionando.

Uma evidência disso é a qualidade do sinal que vai para o modulador  (em azul) e o sinal de vídeo composto (em laranja).

Um detalhe da entrada de vídeo do meu televisor 5" xing ling é que a impedância de entrada do circuito é alta, pois ele não diminuiu em nada a amplitude do sinal gerado pelo meu 'mod'.

 Isso significa que se o circuito dependesse da impedância de entrada do televisor para gerar as tensões de vídeo corretas, a qualidade de sinal provavelmente não ficaria boa (mas isso dá para remediar através de um cabo com um resistor de 75Ohms dentro do plug que fica mais perto da TV) .

Seguem abaixo algumas fotos da placa protótipo.




A identificação dos fios é:
Vermelho +5V
Preto GND
Cinza +9V
Laranja Sync
Azul Video