Reproductor de disco compacto

Antecedentes

Un disco compacto, También conocido popularmente simplemente como CD, es un medio de almacenamiento óptico con datos digitales grabados en su superficie. Un reproductor de discos compactos es un dispositivo que lee los datos grabados por medio de un rayo óptico y reproduce con precisión la información original (música, imágenes o datos). Debido a que el reproductor lee la información por medios ópticos, no hay desgaste físico en el disco. La tecnología básica utilizada en todos los reproductores de discos compactos es esencialmente la misma, ya sea que el reproductor esté diseñado para aplicaciones de audio, video o computadora. Este artículo se centrará en reproductores diseñados para aplicaciones de audio (específicamente, audio doméstico).

La historia del sistema de disco compacto se remonta a principios de la década de 1970, cuando se produjo un rápido avance en la electrónica digital, la óptica láser y las tecnologías de integración a gran escala (LSI). Muchas empresas comenzaron a explorar la posibilidad de almacenar señales de audio en forma óptica utilizando medios digitales en lugar de analógicos. Se encontró un método práctico para modular las señales de audio utilizando teorías publicadas en 1948 por un científico llamado Claude E. Shannon. Este método, conocido como Modulación de código de pulso (PCM), muestrea señales de audio durante un breve intervalo de tiempo y luego convierte las muestras en valores numéricos para su almacenamiento en formato digital.

El almacenamiento de audio en formato digital (conocido como codificación de audio) requiere grandes cantidades de datos. Por ejemplo, almacenar un segundo de información de audio requiere un millón de bits de datos. Los discos ópticos capaces de almacenar miles de millones de bits de datos en un área muy pequeña resultaron ideales para tales aplicaciones. Un disco óptico puede almacenar hasta un millón de bits de datos en un área tan pequeña como la cabeza de un alfiler. Una vez que se encontraron las tecnologías para grabar y almacenar audio digital, los fabricantes comenzaron a buscar formas de leer y procesar los datos almacenados en un área tan pequeña. Los experimentos con dispositivos láser (un láser emite un rayo de luz muy estrecho capaz de enfocarse en un área muy pequeña) resultaron bastante exitosos. El desarrollo de las técnicas LSI significó que la enorme cantidad de datos almacenados en el disco podría procesarse lo suficientemente rápido como para proporcionar música continua. El escenario estaba ahora listo para el desarrollo de un sistema completo de discos compactos.

Aunque muchas empresas participaron en la investigación y la experimentación tempranas con las diversas tecnologías involucradas en un sistema de disco compacto, a dos empresas, Sony de Japón y Philips de los Países Bajos, se les atribuye el mérito de fusionar con éxito estas tecnologías en un sistema completo. Las dos empresas colaboraron para desarrollar estándares específicos para el sistema de discos compactos, y un consorcio de 35 fabricantes acordó adoptar estos estándares en 1981. Los primeros reproductores de discos compactos se introdujeron en los mercados europeo y japonés a finales de 1982 y en los Estados Unidos en principios de 1983.

Materias primas

Un reproductor de discos compactos es un equipo electrónico muy sofisticado. El exterior simple contiene complejos mecanismos interiores para leer y procesar señales de audio en música muy clara y nítida. Los diversos componentes incluyen un gabinete de carcasa, un conjunto de captación óptica y placas de circuito impreso (PCB), que contienen microchips que dirigen los procesos electrónicos del sistema.

El gabinete que alberga el laberinto de componentes suele estar hecho de aluminio ligero reforzado. El láser es un pequeño tubo de vidrio lleno de gas y una pequeña fuente de alimentación para generar un rayo láser, mientras que el fotodiodo, una parte semiconductora de la luz que se refleja desde el disco compacto en una señal eléctrica, generalmente está hecho de silicio o germanio. . Las lentes y los espejos del lector óptico están hechos de vidrio o plástico muy pulido. Este conjunto está alojado en su propia carcasa de plástico. La mayoría de los componentes electrónicos (resistencias, transistores y condensadores) están contenidos en microchips conectados a PCB. El material base de estos componentes suele ser silicio. El hardware que conecta los diversos subconjuntos consiste en una variedad de tuercas, tornillos, arandelas, poleas, motores, engranajes, correas y cables de plástico y metal.

Diseño

Un disco compacto es un disco de plástico de policarbonato de 4,75 pulgadas de diámetro (12,065 centímetros) que contiene aproximadamente 74 minutos de información de audio. No toda la información del disco es música; parte de ella se utiliza con fines de detección, sincronización y visualización de errores. La información de un CD se codifica en una pista en espiral en forma de sangrías llamadas tierras y pozos que representan altibajos binarios. Son estas hendiduras las que "lee" el láser del reproductor de CD.

Conceptualmente, el diseño de un reproductor de CD se parece al de un tocadiscos (fonógrafo). Como un disco, el disco compacto se gira en un tocadiscos y el audio se lee mediante un dispositivo de recogida. Sin embargo, a diferencia de un tocadiscos, el motor no hace girar el tocadiscos a una velocidad constante, sino que lo ajusta de acuerdo con la distancia del lector desde el centro del tocadiscos. Además, el dispositivo de lectura en un reproductor de CD no es un lápiz mecánico (una aguja) sino un rayo láser óptico que no entra en contacto físico con el disco compacto. Este láser enfoca su rayo en la pista del disco que contiene las tierras y los hoyos, y el detector del reproductor de CD (el fotodiodo) detecta la diferencia entre la luz reflejada de las tierras y la reflejada por los hoyos. El fotodiodo convierte esta luz reflejada en una señal eléctrica. Transmitida a la placa de circuito electrónico, esta señal se convierte de nuevo en sonido.

Básicamente, hay tres subconjuntos en un reproductor de discos compactos:el conjunto del mecanismo de la unidad de disco; el conjunto de captación óptica; y el conjunto de placa de circuito electrónico, que coordina los otros sistemas dentro del reproductor y que incluye el servo mecanismo y los circuitos de decodificación de datos. Al enviar señales al servomecanismo, la placa de circuito ajusta la velocidad del motor, el enfoque y el seguimiento del captador óptico; gestiona el flujo de datos al circuito de decodificación; y proporciona información en pantalla en respuesta a los distintos botones del panel de control.

El mecanismo de la unidad de disco consta de un eje que sostiene el CD y un motor que lo hace girar. El motor, llamado motor de husillo está montado debajo de la bandeja de carga del disco de plástico o el plato giratorio. Un motor separado montado en el chasis (la base o el marco del reproductor de CD) mueve la bandeja de carga dentro y fuera del reproductor; esto se hace por medio de un engranaje que está conectado al motor y que también opera un engranaje más grande para subir y bajar una abrazadera para mantener el disco en su lugar.

El captador óptico consta de un láser, un fotodiodo y varias lentes y espejos. Todo el subconjunto se desliza hacia adelante y hacia atrás sobre rieles y está controlado por el servo mecanismo que recibe señales direccionales de la placa de circuito. El pick-up óptico generalmente se ubica debajo de la abrazadera que posiciona el disco, mientras que el motor que mueve el conjunto se monta en el chasis cerca de los rieles. El mecanismo funciona dirigiendo un rayo láser a través de lentes y espejos hacia la parte inferior del disco compacto. Las lentes y los espejos mantienen el rayo correctamente enfocado. Si el rayo golpea un hoyo en el disco, no se refleja la luz y el fotodiodo permanece desconectado. Si el rayo golpea una tierra, la luz se refleja a través de las lentes y los espejos en el fotodiodo, que luego genera una señal eléctrica. Esta señal se transfiere al conjunto de la placa de circuito electrónico, donde el sistema de decodificación de datos la convierte en señales de audio para su reproducción.

El conjunto de la placa de circuito electrónico consta de placas de circuito impreso que contienen los circuitos del servo mecanismo, que opera el sistema de captación óptica, la decodificación de datos y el sistema de control. Hay muchos chips de circuitos integrados, microprocesadores y componentes integrados a gran escala en el conjunto de la placa.

Un conjunto clave en un reproductor de discos compactos es el conjunto de captación óptica. Está situado sobre rieles para que pueda moverse hacia adelante y hacia atrás debajo del disco compacto. Funciona dirigiendo un rayo láser al CD; si el láser golpea una tierra, la luz reflejada viaja al fotodiodo, que genera una señal eléctrica. A su vez, la señal se traslada a la placa de circuito del reproductor de CD, que convierte la señal en música.

El
proceso de fabricación

En el entorno de fabricación actual, no existe un método único de fabricación y montaje. Los productos se fabrican cada vez más como subconjuntos y se agrupan como subconjuntos más grandes o como producto final. La robótica y las líneas de ejecución por computadora permiten que prácticamente cualquier pieza se instale en cualquier estado del subensamblaje en cualquier punto del proceso. La secuencia se puede cambiar en minutos para permitir modificaciones o puntos de verificación de control de calidad. El proceso de fabricación detallado aquí, por lo tanto, sigue un enfoque similar al proceso de fabricación real utilizado en la industria. El proceso se describe primero en términos de los diversos subconjuntos y luego la descripción detalla cómo se unen los diversos subconjuntos para hacer el producto final.

Subconjunto de captación óptica

• 1 Comprado a contratistas externos, el láser y el fotodiodo se instalan debajo de la abrazadera del disco. Las distintas lentes y espejos del conjunto deben estar debidamente espaciados y alineados para que puedan enfocar y dirigir la luz según sea necesario. A continuación, todo el conjunto se guarda en una caja de plástico. La carcasa se fabrica mediante uno de los procesos habituales de formación de plástico, como la extrusión o el moldeo por inyección, mientras que las lentes y los espejos (generalmente de silicona) se cortan en la forma adecuada y luego se pulen finamente con abrasivos. El fotodiodo semiconductor se fabrica preparando y puliendo una sustancia como el silicio o el germanio y luego agregando impurezas para crear capas. Luego se agregan los contactos eléctricos. Una vez que los componentes ópticos están en su lugar, se colocan los engranajes y la correa que ayudarán a colocar el captador óptico.

Subensamblaje de la unidad de disco

• 2 A continuación, el motor que moverá el captador óptico se conecta a los engranajes y la correa y se coloca en el chasis. La bandeja de carga ahora está centrada y el motor del eje que hará girar el disco está instalado. Una vez que la abrazadera a la que se ha acoplado el lector óptico se coloca junto a la bandeja de carga, la bandeja, la abrazadera y el motor del recolector se instalan en el cajón de carga, que se coloca en el gabinete del reproductor de CD.

Subconjunto de placa de circuito electrónico

• 3 Los últimos en ensamblarse son los componentes electrónicos. Diseñadas por ingenieros que utilizan paquetes de diseño asistido por computadora (CAD), las placas de circuito constan de una base revestida de cobre que tiene un patrón transferido (enmascaramiento) mediante serigrafía o un método similar. Después de recubrirse con un material fotosensible, las áreas estampadas se eliminan químicamente para crear una placa de varias capas; las capas comprenden los diversos transistores y condensadores que componen los circuitos. Los diminutos microchips (generalmente hechos de silicio) que se montan en la placa están hechos de la misma manera, excepto en una escala mucho menor. Dependiendo del fabricante, el reproductor de CD puede tener una placa de circuito grande o varias placas más pequeñas. Una vez que se han conectado al panel o los paneles, los circuitos se conectan al panel de control frontal del reproductor de CD, al conjunto del interruptor y, finalmente, a la fuente de alimentación.

Montaje final

• 4 Una vez que los distintos subconjuntos están listos, se conectan y se interconectan para completar el ensamblaje final. La mayor parte del trabajo realizado en esta etapa lo realizan trabajadores humanos. El reproductor de CD ahora se prueba y se envía para empaquetar.

Control de calidad

Como se señaló anteriormente, un reproductor de discos compactos es un dispositivo muy sofisticado, y se adoptan estrictas medidas de control de calidad desde la etapa inicial hasta la final de la fabricación para garantizar el funcionamiento adecuado del reproductor de acuerdo con los estándares de la industria.

Debido a que muchos de los componentes de un reproductor de discos compactos están fabricados por proveedores especializados, el fabricante del reproductor debe depender de estos proveedores para producir piezas de calidad. Algunos de los elementos más importantes son los del conjunto de captación óptica. Las lentes y espejos utilizados en la captación láser, por ejemplo, están hechos de vidrio de alta calidad, y se debe evitar el contacto humano durante el proceso de fabricación para mantener sus superficies limpias y sin manchas. De manera similar, los componentes del circuito electrónico deben fabricarse en un entorno de "sala limpia" (que contenga filtros de aire especiales y requisitos de vestimenta), ya que incluso una sola partícula de polvo puede provocar un mal funcionamiento en los circuitos. Las placas de circuito y los chips son probados en muchos niveles por máquinas de diagnóstico para identificar fallas en los circuitos.

En cuanto al control de calidad por parte del fabricante del reproductor, el conjunto de la unidad de disco se inspecciona para verificar la alineación adecuada del motor, el eje, la bandeja de carga y los diversos engranajes. Además, se comprueba que el captador óptico esté alineado correctamente entre las lentes y el rayo láser. Una vez que los subconjuntos están unidos en el gabinete, todas las conexiones de cableado se inspeccionan para verificar el contacto eléctrico adecuado y la interfaz correcta con los otros componentes. Las inspecciones visuales para verificar correas, poleas y engranajes son una parte integral del proceso de control de calidad. La inspección final consiste en reproducir un disco de prueba que genera señales y patrones especiales, lo que permite a los trabajadores rastrear fallas en el sistema. Además, se comprueban los distintos interruptores y botones del panel frontal para garantizar que realizan las funciones indicadas y muestran la información adecuada en el panel.

El futuro

La tecnología de los sistemas de CD ha avanzado mucho en los últimos años y cada día se descubren nuevas aplicaciones para los sistemas de discos compactos. El mercado ya ha visto la introducción de CD-ROM, CD-Videos y CD-Interactive. El último producto que atrae la atención de los consumidores es el Photo-CD de Kodak, que puede mostrar fotografías en pantallas de televisión y computadoras. El usuario puede editar o recortar estas imágenes, al igual que las imágenes prediseñadas.

Los sistemas de CD de audio verán la introducción de muchas características nuevas en los próximos años. Los reproductores con funciones avanzadas de control remoto se encuentran ahora en la etapa de desarrollo. La carcasa de un reproductor de CD incluye una cubierta superior o "capó" y un panel de control frontal. El disco compacto descansa sobre una bandeja de carga que se desliza dentro y fuera del reproductor. Estas funciones permitirán al usuario mostrar información en la unidad de control remoto, como títulos de canciones, nombres de artistas y la letra real de las canciones. Discos compactos capaces de tanto la grabación como la reproducción, como una cinta de casete, también están en proceso. Las vastas capacidades de almacenamiento del CD también se prestan a muchas aplicaciones multimedia de base amplia, y es muy posible que los discos compactos se conviertan en el medio común de intercambio de datos para todos. aplicaciones de audio, video y computadora.