Electronica_24 Capitulos

Coordinado por Ing. Horacio D. Vallejo

TVAUDIOVIDEO

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MICROPROCESADORESMICROPROCESADORES

COMPUTADORASCOMPUTADORAS

SSAABBEERR

EELLEECCTTRROONNIICCAAEDICION ARGENTINA

ES UNA EDICION ESPECIAL DE

REP. ARG. EDICION ESPECIAL: 3001

Esta obra es parte del CD:“Enciclopedia Visual

de la Electrónica”que se distribuye exclusivamenteen la República Argentina. Para laedición se extrajo información dela revista Electrónica y Servicio yse contó con la colaboración deCentro Japonés de InformaciónElectrónica.Prohibida su reproducción parcialo total por cualquier medio.

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El Mundo de la ElectrónicaAudio, TV, Video ComputadorasMicroprocesadores

CAPITULO 1PRINCIPIOS DE GENERACION DE LA ELECTRICIDADFormas de generar electricidadElectricidad por fricción o inducciónElectricidad por reacción químicaComponentes y aplicaciones de las pilas

Fabricación de una pila primariaElectricidad por presiónElectricidad por calorElectricidad por luzAplicaciones del efecto fotoeléctrico

Efecto fotoiónicoEfecto termoeléctricoEfecto fotovoltaico

Electricidad por magnetismoUN VISTAZO A LA ELECTRONICA DE HOYEl imperio de los bitsVentajas de la tecnología digitalComunicacionesAudio y videoEl DVDLa televisión de alta definiciónMétodos de grabación de audio digitalProceso digital de audioProcesamiento de datos

MicroprocesadoresCapacidad de almacenamiento de datos

Internet

CAPITULO 2¿QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estructura atómicaAtomos: protones, electrones y neutronesConstitución del átomo: protones, electro-

nes y neutronesIones positivos y negativosConductores, semiconductores y aislantesFlujo de electronesDiferencia de potencial, tensión, fuerza

electromotriz

Corriente eléctricaResistencia eléctrica ConductanciaClasificación de los resistoresCódigo de colores para resistoresPilas y bateríasCONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICALos conductores y los aislantesLa electricidad como fluidoTipos de conductoresCampo eléctrico y corriente eléctricaEl campo eléctricoCorriente electrónica y corriente convencionalVelocidad de la corrienteLA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de soporte de informaciónEl surgimiento de la tecnología ópticaLuz y protuberanciasTecnología digitalOtros sistemas ópticos

El disco láser de videoEl CD-ROM - El CD-IEl Photo-CDLos medios magneto-ópticosEl DVD

CAPITULO 3RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctricaUnidad de resistenciaLa ley de OhmResistividadCircuito eléctricoOtra vez la ley de OhmCálculo de la corrienteCálculo de la resistenciaCálculo de la tensiónLos resistores en la prácticaLa ley de JouleUnidades de potencia, energía y calorCalor específico de los materialesDIODOS SEMICONDUCTORESIntroducciónDiodos semiconductores, rectificadores, zéner,de corriente constante, de recuperación en es-calón, invertidos, túnel, varicap, varistores,emisores de luzOtros tipos de LED

CAPITULO 4ASOCIACION DE RESISTORES, ASOCIACION DEPILAS, POTENCIA ELECTRICAAsociación de resistoresAsociación de pilasPotencia eléctricaCálculo de potenciaAplicación de la ley de JoulePotencia y resistenciaCAPACITORESLa capacidadCapacitores planosLa energía almacenada en un capacitorLos capacitores en la prácticaAsociación de capacitoresCapacitores de papel y aceiteEl problema de la aislaciónCapacitores de poliéster y policarbonato, depoliestireno, cerámicos, electrolíticosCapacitores variables y ajustablesDónde usar los trimmersTensión de trabajoCapacitores variablesBanda de valoresPOR QUE APARECIERON LOS TRANSISTORESComienza la revolución digitalEn el principio fue la válvula de vacíoSurge el transistor¿Qué es en realidad un semiconductor?Principio de operación de un transistorTransistores contenidos en obleas de silicioSurgen los microprocesadoresFamilias MOS y MOSFETTransistores de altas potenciasFuturo del transistor

CAPITULO 5MAGNETISMO E INDUCTANCIA MAGNETICAEl efecto magnéticoCampo eléctrico y campo magnéticoPropiedades magnéticas de la materiaCálculos con fuerzas magnéticasDispositivos electromagnéticosElectroimanes y solenoidesRelés y Reed-relésLos galvanómetrosLos inductores

EnciclopediaEnciclopediaVVisualisualde lade laElectrónicaElectrónica

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente continua y corriente alternaRepresentación gráfica de la corriente alternaReactanciaReactancia capacitivaFase en el circuito capacitivoReactancia inductivaFase en el circuito inductivo¿Qué es una señal?TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPAROLos tiristoresRectificador controlado de silicioInterruptor controlado de silicioFotoSCRDiodo de cuatro capasSUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT

CAPITULO 6LAS ONDAS ELECTROMAGNETICASLa naturaleza de las ondas electromagnéticas PolarizaciónFrecuencia y longitud de ondaEl espectro electromagnético y las ondas de ra-dioEspectro electromagnéticoEL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORConfiguraciones circuitales básicasEl amplificador base comúnEl amplificador emisor comúnEl amplificador colector comúnResumen sobre polarizaciónRecta estática de cargaRecta dinámica de cargaCálculo de los capacitores de pasoAcoplamientos interetapas

a) Acoplamiento RCb) Acoplamiento a transformadorc) Acoplamiento directo

FUNDAMENTOS FISICOS DE LA REPRODUCCIONDEL SONIDOPropagación de las vibraciones u ondasLa onda de sonidoCaracterísticas físicas

Frecuencia o tonoAmplitudIntensidadTimbre

Velocidad del sonido Reproducción del sonidoTipos de reproductores acústicos (parlantes)

CAPITULO 7EL SURGIMIENTO DE LA RADIOLos experimentos de FaradayLos planteamientos de MaxwellLas ondas de radio y el espectro electromagné-ticoLa telegrafía sin hilosEstructura simplificada de una válvula diodoPrincipio básico de operación de un receptorde radio Las primeras transmisionesLa evolución de las comunicaciones por ondasradialesEl desarrollo de la radio comercial Modulación en FM y transmisión en estéreoTRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPOLos FETsEl JFETEfecto de campoEl MOSFET de empobrecimientoMOSFET de enriquecimientoProtección de los FETs

CAPITULO 8INSTRUMENTOS PARA CORRIENTE CONTINUA Instrumentos analógicosFuncionamiento de algunos instrumentos analó-gicosEmpleo como amperímetroEmpleo como voltímetroOhms por volt en los voltímetros de continuaCausas de errores en las medicionesLas puntas de pruebaPuntas pasivasPuntas activasMEDICIONES EN CIRCUITOS TRANSISTORIZADOSa) apertura de los circuitos de polarizaciónb) apertura de los elementos del transistorc) entrada en corto de los elementos del transis-tord) entrada en corto de elementos de acopla-

miento de la etapaEL SURGIMIENTO DE LA TVQué es la televisiónEl televisor despliega señales eléctricasOrígenes de la televisiónSe establecen los formatosCómo se convierte la imagen en señales eléctri-casLa señal de video compuesto

CAPITULO 9INSTRUMENTOS PARA EL TALLER Y MONTAJES DEEQUIPOSEl instrumental para reparacionesInstrumentos para el banco de trabajoConjunto de instrumentos básicosProbador de semiconductoresLista de materiales del conjunto de instrumentosbásicosLista de materiales del probador de semicon-ductoresGenerador de señales para calibración y prue-basLista de materiales del generador de señalesInstrumentos para equipos de audioLos galvanómetrosVúmetro para señales débilesVúmetro para señales fuertesIndicador de equilibrioModo de usoDIODO ZENERCaracterísticas de operaciónRuptura del zénerCurvas característicasResistencia del zénerEfectos de la temperaturaAplicaciones de los diodos zénerCaracterísticas de los diodos zéner comercialesComprobación de los diodos zénerLOS MICROFONOS¿Qué es un micrófono?Teléfonos y micrófonosEl transductor Tipos de micrófonosMicrófono de carbónMicrófono de capacitorMicrófono de bobina móvilMicrófono de cristalCaracterísticas de los micrófonosSensibilidadDireccionalidadImpedanciaInmunidad al ruido

CAPITULO 10PRIMERAS REPARACIONES EN EQUIPOS TRANSISTORIZADOSPrueba de transistores con el tésterAnálisis de montajes electrónicosLo que puede estar malDefectos y comprobacionesMediciones en pequeños amplificadoresSustitución del componenteEquivalenciasMEDICIONES QUE REQUIEREN PRECISIONMétodo de compensación de Dubois-ReymondMétodo de compensación de PoggendorfDISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE MEMORIADispositivos de memoriaAplicaciones de los circuitos de memoriaTécnicas de fabricación de las memorias digita-lesCómo trabaja una memoria digitalMemorias de la familia ROM

Memorias ROMMemorias PROMMemorias EEPROMMemorias UV-EPROM

Memorias de la familia RAMMemorias SRAMMemorias DRAMMemorias VRAMMemorias NOVRAMMemorias en equipos de audio y videoMemorias en computadoras PCRAM, Caché, ROMMemoria FlashCMOS-RAMMemoria de video

CAPITULO 11IDENTIFICACION DE COMPONENTESCómo encarar la reparación de equipos elec-trónicos

Camino lógicoConocer la operación de un circuitoEL LASER Y LOS CONCEPTOS DE LA LUZLa luz en la época de las lucesLos planteamientos de HuygensLos planteamientos de NewtonEinstein y el efecto fotoeléctricoPartículas elementales de la materiaAbsorción y emisiónFuentes convencionales de luzEmisión inducida o estimuladaEstructura básica del láser

CAPITULO 12TV COLORCómo transmitir imágenesLa transmisión de TVLa antena de TVAntenas para varios canales

a) Antena Yagib) Antena cónicac) Antena logarítmica periódica

TV por satéliteEl cable de bajadaEl sintonizador de canalesLa etapa amplificadora de FI de videoNeutralización y ajustesEl control automático de ganancia (CAG)Los circuitos de sincronismoEl sincronismo verticalEl sincronismo horizontalLos circuitos de sincronismoEl oscilador verticalEl oscilador horizontalLa deflexión horizontalLa deflexión verticalAlgunos defectos usuales

CAPITULO 13REPARACIONES EN RECEPTORES DE RADIOPequeñas reparaciones

1. Problemas de alimentación 2. El defecto “motor de lancha”3. Fallas y ruidos en el control de volumen4. Interrupciones en las placas5. Cambios de componentes6. Problemas del parlante7. Problemas de ajuste8. Los componentes9. Análisis con el inyector de señales10. Conclusiones

REPARACION DE EQUIPOS CON CIRCUITOS INTEGRADOSCómo procederBúsqueda de fallasCómo usar el inyectorFIBRAS OPTICASGeneralidadesEnlace óptico con fibraVentajas de las fibras ópticasFísica de la luzConstrucción de las fibras ópticasTipos de fibrasAtenuación de la fibraComponentes activosDiodos emisores de luzDiodo de inyección láser

CAPITULO 14INSTRUMENTOS PARA EL SERVICEInyector de señalesFuente de alimentaciónGenerador de funcionesGenerador de barrasMedidor de inductanciaMedidor de capacidadesProbador de CIPunta de prueba digitalInstrumentos portátiles varios

CAPITULO 15REGULADORES INTEGRADOS DE LA SERIE 78XXRegulador de tensión patrónRegulador fijo con mayor tensión de salidaAumentando la tensión de salida con zénerTensión de salida ajustable con CI regulador fijoFuente de corriente fijaFuente de corriente ajustableCómo aumentar la corriente de salidaReguladores 78XX en paraleloRegulador de tensión fijo de 7ARegulador de 7A con protección contra cortosRegulador ajustable utilizando CI 7805 y 741Fuente de tensión simétrica utilizando CI 78XX

REPARACIONES EN ETAPAS DE SALIDA DE RECEPTORES DE RADIOPrimera configuraciónSegunda configuraciónTercera configuraciónReparación con multímetroCómo medir tensiones en una radioTEORIA DE FUNCIONAMIENTO DE LOS VIDEOGRA-BADORESQué es una videograbadoraNota históricaLa grabación magnéticaGrabación lineal contra grabación helicoidalEl formato VHSGrabación de audioGrabación azimuthalEl track de control y los servomecanismosEl sistema de controlAlgunas características de las videograbadorasmodernasManejo remotoGrabación no asistidaSistema de autodiagnósticoMúltiples velocidades de reproducción Efectos digitales

CAPITULO 16LOCALIZACION DE FALLAS EN ETAPAS CON MI-CROPROCESADORESBloques básicos de control para los MP (µP)Fuente de alimentaciónDiagnóstico de fallas en la fuenteEl resetDiagnóstico de fallas en el resetReloj del µP (MP)Diagnóstico de fallas en el relojLA TELEVISION DIGITAL (DTV)¿Qué es la televisión digital?Conversión analógico/digitalTeorema de muestreo de NyquistMuestreo, cuatización y resolución Codificación A/DRecomendaciones CCIR-601Compresión digitalReducción de datosTipos de compresiónTransformaciónTransformación de coseno discreta (DCT)Cuantización CodificaciónMétodo de codificación HuffmanCompresiones de audioNormas internacionales de televisión digital

JPEG - MPEG - Perfiles y nivelesMPEG-1 - MPEG-2

Transmisión de TV progresiva y entrelazadaFormatos múltiplesComentarios finalesUSOS DEL GENERADOR DE BARRAS DE TV COLORUsos en la salida de RFUsos en la salida de FIUsos en la salida de videoUsos en la salidas de sincronismoUsos en el barrido entrelazado y progresivoFunciones y prestaciones del generador

CAPITULO 17MANEJO Y OPERACION DEL FRECUENCIMETRO¿Qué es un frecuencímetro?Consejos para la elección de un frecuencímetroPrincipio de operación del frecuencímetroAplicaciones del contador de frecuenciaMediciones en audio y videoREPARACION DE EQUIPOS DE AUDIOMedición de tensión en circuitos transistorizados¿Qué efecto causa esa alteración en la calidaddel sonido?¿Qué ocurre si estos componentes presentanproblemas?Tensiones en salidas complementariasCircuitos integrados híbridosTEOREMAS DE RESOLUCION DE CIRCUITOS Principio de superposición1) Cálculo por leyes de Kirchhoff2) Cálculo por el método de superposiciónTeorema de TheveninTeorema de Norton

CAPITULO 18¿QUE ES UNA COMPUTADORA?Arquitectura de una PC

Definición de computadoraAntecedentes de las computadoras personales

Las computadoras personales en los ‘70El surgimiento de la IBM PCLa plataforma PCGeneraciones de computadoras PC

Elementos de la PCAutotest de funcionamientoEl primer autotestEl disco de inicializaciónEl proceso de la inicializaciónConexión de periféricosCómo funciona el plug and play

Instalación del sistema plug and playLos componentes electrónicos de la PC

Funcionamiento de un transistorCómo es el transistorFuncionamiento de una memoria RAMCómo se escriben los datos en una RAMCómo se leen los datos desde una RAMCómo funciona un microprocesadorEl microprocesadorLos procesadores RISC y CISCEl CISCComputación por conjunto reducido de ins-trucciones (RISC)

Cómo se comunican los periféricos con la PCLa barra de direcciones de la PCPlacas de expansión de 8 bitsPlaca de 16 bits o placa ISAPlaca MCA de 32 bitsPlaca EISA de 32 bitsPlaca de bus local VESA (VL-BUS) de 32 bitsPlaca de bus local PCIBus local VESABus local PCI

CAPITULO 19ENSAMBLADO DE COMPUTADORASArquitectura de una PCPeriféricos de entrada de datosDispositivos de proceso de informaciónDispositivos de almacenamiento de informaciónPeriféricos de salida de datosEquipo necesario para la reparación Factores a considerar en la elección de herra-mientas, componentes y programasReparación de máquinas muy básicas emplea-das en hogares o en empresas pequeñas

a) Herramientas y componentesb) Discos sistemac) Utilerías para el servicio

MANEJO DEL OSCILOSCOPIOQué es un osciloscopioPrincipio de funcionamiento del osciloscopioTipos y marcas de osciloscopiosControles típicos de un osciloscopioConexiones de señalMediciones de carácter generalMediciones en audio y videoLa función delayTEORIA DE CIRCUITOSPrincipio de sustituciónTeorema de MillmanTeorema de la máxima transferencia de energíaTeorema de la reciprocidadMétodos de resolución de circuitosPlanteo de las ecuacionesMétodo de mallasMétodo de los nodos

CAPITULO 20CIRCUITOS DE MONTAJE SUPERFICIALAntecedentes de los circuitos impresosEstructura de un circuito impresoTipos de circuito impresoTecnología de montaje superficialEncapsulados y matrículasEncapsulados para transistores múltiplesTransistores de propósito generalIntroducciónDiodos de sintoníaDiodos SchottkyDiodos de conmutaciónDiodos múltiples de conmutaciónDiodos zéner Herramientas para la soldaduraCómo soldar un componente SMDProcedimientoEL CONTROL REMOTOQué es un control remoto

El control remoto digitalPropiedades de las emisiones infrarrojasEstructura física de un control remotoOperación del circuito emisorEl circuito de control de la unidad remotaOperación del circuito receptorEl formato de la señal infrarrojaTRATAMIENTO DE LA INFORMACION EN UNACOMPUTADORACómo suma una computadora Cómo se almacena información en los discosAlmacenamiento de informaciónAlmacenamiento de información en discosFormateo de un discoLa disquetera unidad de disco flexibleFuncionamiento de las unidades de discoLa importancia del disco rígidoLa unidades magneto-ópticas y flópticasLas unidades de back-up QIC y DATUnidades de back-up QICUnidad de cinta de back-up DAT (cinta de au-dio digital)

CAPITULO 21CODIFICACION DE SEÑALES DE TVDiagrama en bloques del modulador de sonidoRecuperación del audio en el decodificadorCIRCUITO DE CONMUTACIONEl transistor unijuntura en la conmutaciónCircuitos de aplicaciónComportamiento de las cargas en un semicon-ductorDispositivos efectivos de disparoRectificador controlado de silicioTriac - DiacLA SUPERCONDUCTIVIDAD Y SUS APLICACIONESQué se entiende por superconductividad Características de los superconductoresAplicaciones de los superconductoresGeneración de energía eléctricaMejores dispositivos electrónicosTransportación terrestreAplicaciones

CAPITULO 22MANTENIMIENTO Y REPARACION DE COMPUTADORAS¿En qué consiste el servicio a una PC?MantenimientoReparaciónProtección de la informaciónActualizaciónHerramientas y componentesDiscos con sistemaUtilitarios para el servicio a PCUtilitarios de información del sistemaUtilitarios que se incluyen en Windows 95 y Win-dows 98Utilitarios de diagnóstico y ReparaciónProgramas integradosProgramas para mantenimiento y reparaciónReparaciones típicasMantenimiento correctivo y preventivoActualización

CAPITULO 23COMUNICACIONES VIA SATELITELos satélitesLa TV satelitalElementos necesarios para ver TV satelitalLas antenas parabólicasConstrucción de un sistema para ver TV satelital

CAPITULO 24TECNICAS DIGITALESLógica digital aplicadaPresentación de las principales compuertasLógica positiva y lógica negativaCompuertas lógicasRelaciones entre las compuertasLeyes de De MorganEjemplos con compuertasFunción lógica comparaciónCompuertas lógicas comerciales TTLCompuertas lógicas comerciales CMOSDiseño de circuitos digitalesExpresiones canónicasQué se puede hacer con las compuertasDiagrama de Veitch y de KarnaughDiseño de circuitos lógicosEjemplos de aplicación

El principio físico según el cualuna de las partículas atómicas,el electrón, presenta una car-

ga a la que por convención se leconsidera negativa, constituye elfundamento de una de las fuentesde energía más importantes de lavida moderna: la electricidad. Eneste capítulo, de nivel básico, seexplican las seis principales formasde generación de electricidad:por fricción o inducción, por reac-ción química, por presión, por ca-lor, por luz y por magnetismo. Ytambién se aprovechan las expli-caciones para sugerir algunos ex-perimentos.

Si bien la electricidad fue cono-cida por los antiguos griegos apro-ximadamente en el año 600 AC,cuando Tales de Mileto observóque el ámbar adquiere la propie-dad de atraer objetos ligeros al serfrotado, el primer estudio científicode los fenómenos “eléctricos” fuepublicado en 1600, por William Gil-bert, un médico británico que utili-zó el término eléctrico (del griegoelektron, que significa “ámbar”)para referirse a la fuerza que ejer-ce esa sustancia al ser frotada, yquien también estableció la dife-

rencia entre las acciones magnéti-ca y eléctrica.

En esa época, aún no estabantotalmente sentadas las bases dela revolución científica de la quesurgiría la física clásica, y que to-maría forma definitiva en el sigloXVIII, con Isaac Newton, quien es-tableció una serie de principiosque darían base al método cientí-fico. No obstante, a partir de en-tonces se produjeron avances im-portantes que culminarían en el si-glo XIX, cuando diversos investiga-dores desarrollan toda la base teó-rico-práctica para la generación,aprovechamiento y distribución dela electricidad, y que tendrían co-mo punto final el establecimientode las primeras redes de distribu-ción de fluido eléctrico hacia loshogares y la industria (figura 1).

FORMAS DE GENERAR

ELECTRICIDAD

Básicamente, existen seis formasdiferentes de generar electricidad,aunque sólo algunas pueden con-siderarse fuentes eficaces de ener-gía. Lo característico en todas es

que hay que liberar los electronesde valencia a partir de otra fuentede energía para producir el flujoeléctrico; sin embargo, no es nece-sario analizar esta fundamenta-ción para entender el tema cen-tral del presente capítulo.

Las formas en que la electricidadpuede ser generada son las si-guientes: por fricción o inducción,por reacción química, por presión,por calor, por luz y por magnetis-mo.

ELECTRICIDAD POR FRICCIÓN

O INDUCCIÓN

Ya mencionamos que la fricciónentre materiales como forma deproducir electricidad, fue descu-bierta desde la antigua Grecia. Pormera casualidad, Tales de Miletoobservó que al frotar en la piel delos animales una pieza de ámbar,ésta adquiría la propiedad deatraer pequeños trozos de virutasde madera.

Actualmente, sabemos quecuando dos cuerpos se frotan en-tre sí, uno de ellos “cede” electro-nes al otro. Es decir, mientras deuno de esos cuerpos se despren-den tales partículas subatómicas,el otro las recibe; como resultado,el primero queda con déficit deelectrones y el segundo con exce-so.

Cuando un átomo tiene déficitde electrones, la carga total delmaterial es positiva; cuando tieneexceso de electrones, el materialadquiere una carga total negativa(figura 2). Para comprobar este fe-nómeno, frote varias veces en sucabeza un globo inflado; notaráque éste puede atraer pequeñostrozos de papel o mantenerse ad-herido a la pared por tiempo inde-terminado (figura 3). Otro experi-

Capítulo 1

5

Capítulo 1

Principios de Generación de la Electricidad

Fig. 1

mento consiste en peinarse el ca-bello seco, estando frente a un es-pejo y dentro de un cuarto oscuro;luego de pasar varias veces el pei-ne, podremos observar que se pro-ducen chispas luminosas; esto sedebe al efecto de desplaza-mien-to de cargas.

Conforme a lo que acabamosde explicar, la electricidad se pro-duce por el paso de los electronesde un material a otro; es decir, porefecto de la fricción. Por lo tanto,

se le conoce como“electricidad estática”.

Uno de los mediosmás conocidos paragenerar grandes canti-dades de electricidadestática, es la Máquinade Wimshurst (figura 4).Este aparato consisteen dos discos plásticoscolocados frente a fren-te, que giran en senti-dos opuestos; sobre unode ellos se encuentranvarias laminillas con-ductoras.

La mutua influenciaejercida, origina un des-plazamiento de cargas.La carga eléctrica delos discos es recupera-da mediante un par deelectrodos, los cuales secolocan de modo queestén en contacto conla superficie del discoque tiene las laminillas;cuando la cantidad decarga acumulada en la

superficie de los discos es grande,se llegan a producir arcos eléctri-cos entre las terminales externasdel dispositivo.

ELECTRICIDAD POR

REACCIÓN QUÍMICA

Una de las formas más eficientesy ampliamente utilizadas para ge-nerar electricidad, es la de lasreacciones químicas. Como ejem-

plo, tenemos las pilas y baterías uti-lizadas en equipos portátiles, ra-dios, automóviles, etc.; se puededecir que una pila es un medioque transforma la energía químicaen eléctrica, ya que está formadapor un electrolito (que puede ser lí-quido, sólido o de pasta), un elec-trodo positivo y un electrodo nega-tivo.

El electrolito, una sustancia quí-mica, reacciona con los electro-dos, de tal forma que a uno deellos llegan los electrones liberadospor la reacción -haciéndose nega-tivo-, mientras que el otro, habién-dolos perdido, adquiere carga po-sitiva (figura 5). Esta diferencia decargas entre los dos electrodos seconoce como “diferencia de po-tencial”. Si se conecta un cableconductor externo que los comuni-que, la diferencia de potencial ori-gina un camino por el que los elec-trones del electrodo negativo pa-san al electrodo positivo. Precisa-mente, al desplazamiento de loselectrones a través de un conduc-tor se le conoce con el nombre de“corriente eléctrica” (figura 6). Bá-sicamente, podemos hablar dedos tipos de pilas: primarias y se-cundarias. En el caso de las prima-rias, la sustancia química utilizadase transforma lentamente en sus-tancias diferentes; y es que, a cau-sa de la reacción química que li-bera los electrones, el electrolitono puede transformarse en la sus-tancia original que era antes desuceder aquélla (es cuando se di-ce que “las pilas se han descarga-


6

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

do”). Las pilas de este tipo tam-bién reciben el nombre “voltai-cas”.

Por su parte, las pilas secunda-rias, baterías o acumuladores, tie-nen la característicade que en ellas el elec-trolito sí puede ser re-convertido después deutilizarse en las sustan-cias originales; para lo-grarlo, basta con pasara través de él una co-rriente eléctrica, peroen sentido contrario alde su operación nor-mal (esto es a lo que sellama “recarga de lapila”).

COMPONENTES Y

APLICACIONES DE

LAS PILAS

Una de las pilas pri-marias más comunes esla Leclanché o “pila se-ca”, inventada en losaños 60 por el químicofrancés Georges Le-clanché. El electrolitoconsiste en una pastade cloruro de amonio ycloruro de zinc. Una lá-mina que se empleacomo el electrodo ne-gativo, sirve tambiéncomo envase, y estáconstruida con base enzinc; el electrodo positi-vo es la combinaciónde una barra de carbo-no con dióxido de man-ganesio, y al momentode combinar los treselementos, se obtienenaproximadamente 1,5volts entre la terminalcentral y el envase (fi-gura 7).

Otro ejemplo de pilaprimaria, es aquella quese utiliza en equipos pe-queños (tales como losrelojes de pulso digita-les). En esta pila -conforma de disco cilíndri-co-, el electrolito es unasolución de hidróxidode potasio, el electrodo

positivo se hace con óxido de mer-curio y el electrodo negativo conzinc. La pila de este tipo, conocidacomo “batería de mercurio”, ge-

nera aproximadamente 1,34 volts(figura 8).

Por lo que se refiere a la pila se-cundaria o acumulador (que co-mo ya se dijo puede ser recargadaal invertir la reacción química), ca-be mencionar que fue inventadaen 1859 por el físico francés GastonPlanté. Está formada por un elec-trolito de ácido sulfúrico y agua,con electrodos de plomo y óxidode plomo; internamente, estáconstituida por un conjunto de pi-las individuales conectadas en se-rie (figura 9). Las pilas secundariaslas encontramos en automóviles,aviones y en sistemas de almace-namiento de energía eléctrica defuentes de energía alternativa;ejemplo de estas últimas, son lospaneles solares o los generadoresmovidos por viento.

FABRICACIÓN DE UNA

PILA PRIMARIA

Para fabricar una pila primaria,se requiere solamente de un limóngrande, una laminilla de cobre yuna zinc, ambas de 5 x 1 cm. Loúnico que hay que hacer es inser-tar las laminillas, una en cada caradel limón, procurando que entrenlo más profundamente posible pe-ro sin llegar a tocarse.

Con ayuda de un voltímetro, sepuede comprobar fácilmente ladiferencia de potencial que existeentre las laminillas. La terminal ne-gativa se forma en el electrodo dezinc, mientras que la terminal posi-tiva en el de cobre; el electrolitode nuestra pila es precisamente el

Capítulo 1

7

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

ácido cítrico que contiene el zumode limón. Vea la figura 10.

ELECTRICIDAD POR PRESIÓN

Los materiales piezoeléctricosson aquellos que liberan electro-nes cuando se les aplica una fuer-za. Su nombre se deriva del térmi-no griego Piezo, que significa “pre-sión”.

Cuando se aplica la fuerza sobreel material, los electrones son obli-gados a salir de sus órbitas y sedesplazan hacia el punto opuestoa aquel en que se está ejerciendola presión; cuando ésta cesa, loselectrones regresan a los átomos

de donde proceden.Sustancias como las sa-les de Rochelle y las ce-rámicas de titanato debario, son especialmen-te efectivas para gene-rar éste efecto.

El punto momentá-neamente abandona-do por los electrones acausa de la aplicaciónde la fuerza, se tornaentonces positivo; por

contra, el extremo más alejado deél se hace negativo: surge así entreambos una diferencia de carga (fi-gura 11).

Los materiales piezoeléctricos secortan en formas especiales, demodo que sea posible controlar lospuntos en donde existe la diferen-cia de potencial. Este efecto seaprovecha para generar señaleselectrónicas de audio en los micró-fonos “de cristal”, los cuales estánformados por un cristal piezoeléc-trico sobre el que se coloca unatapa que lo deforma conforme alas variaciones de los sonidos quelogran desplazarla. Años atrás, loscristales piezoeléctricos se utiliza-ban para recuperar la música gra-

bada en forma desurcos en los discosde acetato negro (fi-gura 12).

Además, los mate-riales piezoeléctricostienden a deformar-se cuando se lesaplica un voltaje. Es-te fenómeno es ex-plotado para gene-rar señales electróni-cas de una frecuen-

cia fija y altamente estable.

ELECTRICIDAD POR CALOR

Cuando se aplica energía calorí-fica a determinados metales, éstosaumentan el movimiento cinéticode sus átomos; así, se origina eldesprendimiento de los electronesde las órbitas de valencia. Otrosmetales, se comportan de manerainversa.

Supongamos que un metal delprimer tipo es unido superficial-mente a un metal de comporta-miento contrario, y que se les apli-ca calor. Mientras que uno serácada vez más positivo conformese vayan liberando sus electrones,el otro -que los absorbe- se harámuy negativo al almacenar car-gas negativas.

Tras retirar la fuente de calor, losmetales se irán enfriando y enton-ces los electrones “extras” que fue-ron de momento alojados por unode los metales, regresarán al de suprocedencia. Cuanto más calor seaplique a la unión de esos metales,mayor será la cantidad de cargaeléctrica que pueda producirse. A


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Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

éste fenómeno se le conoce como“termoelectricidad”.

A aquellos dispositivos formadospor la unión de dos metales y quepresentan el efecto de termoelec-tricidad, se les denomina “termo-par” (figura 13).

El fenómeno de la termoelectri-cidad puede ser fácilmente com-probado mediante un sencillo ex-perimento. Haciendo uso de unalambre de cobre y uno de zinc,hay que formar una trenza deaproximadamente 30 cm de largo;se deben dejar libres unos 5 cm decada alambre. Enseguida, conuna vela, se calienta el principiode la trenza; finalmente, con unvoltímetro se mide la diferencia depotencial en los extremos que sedejaron libres. En aplicaciones rea-les se unen varios dispositivos ter-mopar, en circuitos serie/paralelo,

para aumentar la canti-dad total de corriente yde voltaje. Este dispositi-vo, en su conjunto, esconocido como “ter-mopila”. En general, po-demos decir que las ter-mopilas transforman laenergía calorífica enenergía eléctrica.

ELECTRICIDAD POR LUZ

El “efecto fotoeléctri-co” consiste en la libe-

ración de electrones de un mate-rial, cuando la luz incide sobre és-te. El potasio, el sodio, el cesio, elselenio, el sulfuro de plomo, el ger-manio, el silicio y el cadmio, son al-gunos de los materiales que pre-sentan tal característica.

Aplicaciones del efecto fotoeléctrico

Al efecto fotoeléctrico se le pue-den dar tres distintas aplicacionesen electrónica:

a) Fotoionización. La luz aumen-ta la conducción que se realiza delcátodo a la placa de una válvulade gas (bulbo), debido a la ioniza-ción (liberación de los electronesde valencia del gas contenido).

b) Efecto fotovoltaico. Al produ-

cirse cargas en los extremos de losmateriales semiconductores, se ori-gina una diferencia de potencial(como en el caso de las pilas).

c) Efecto de fotoconducción.Puesto que son liberados los elec-trones de materiales cristalinos(que normalmente presentan altaresistencia eléctrica), aumenta suconductividad y disminuye su resis-tencia eléctrica al paso de la luz(figura 14).

Fue en 1905, cuando el físico ale-mán Albert Einstein propuso por pri-mera vez una teoría que explicabade manera satisfactoria el efectofotoeléctrico. Su teoría señala quela luz está formada por fotones (esdecir pequeños paquetes de ener-gía), los cuales chocan contra lasuperficie de las sustancias; si tie-nen suficiente energía, serán ca-paces de liberar a los electronesde valencia del material y, porconsecuencia, provocarán exce-sos y déficit de cargas.

El efecto fotovoltaico se explotapara generar electricidad, me-diante el uso de celdas solares fo-tovoltaicas. Para ello, se necesitamontar una gran cantidad de pa-neles solares, donde las celdas vie-nen de fábrica en grupos dispues-tos en serie/paralelo para generargrandes cantidades de voltaje ycorriente.

Actualmente ya existen subesta-ciones piloto, en las que se genera

Capítulo 1

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Fig. 13

Fig. 14

electricidad a partir de la energíasolar que llega a la Tierra duranteel día. Para su consumo durante lanoche, parte de esta energía es al-macenada en acumuladores.

Si se toma en cuenta que es muyfácil conseguir celdas solares, nohabrá problema alguno para, conuna de al menos 10 x 10 cm, gene-rar potenciales de hasta 1,5 volts -verificables mediante voltímetro-que bien pueden alimentar a mo-tores pequeños.

ELECTRICIDAD POR

MAGNETISMO

¿Ha notado la capacidad quetienen algunas personas de orien-tarse aun en lugares donde no haypuntos de referencia claros? Estacapacidad algo que puede expli-carse: existe en la nariz un depósitode un compuesto basado en elhierro, el cual tiene la misma fun-ción de una brújula; dicho depósi-to tiene conexiones nerviosas alcerebro, de tal manera que la inte-racción de su campo con el cam-po magnético de la Tierra, produ-ce una cierta respuesta o estímuloque el cerebro procesa, permitien-do la orientación del individuo. Esacapacidad está casi perdida enlos humanos, pero no en otros or-ganismos como el atún, el delfín yotros más, que la utilizan como me-dio de orientación durante sus mi-graciones masivas.

El magnetismo es una forma deenergía capaz de atraer metales,gracias al campo de fuerza quegenera. A su vez, el campo mag-nético de un imán está formadopor fotones, pero de una frecuen-cia distinta a la de la luz. Cuandoun alambre conductor cruza per-pendicularmente las líneas de fuer-

za magnética de unimán, los fotones delcampo obligan a loselectrones de dichoconductor a desplazar-se; de esta forma, dadoque en uno de sus extre-mos se produce un acu-mulamiento de electro-nes y en el otro un défi-

cit, se obtiene un conductor conun extremo positivo y otro negati-vo. Esto es a lo que se llama “mag-netoelectricidad” (figura 15).

Con este principio, se construyengeneradores eléctricos con cien-tos de espiras de alambre que ro-dean un núcleo ferromagnético.Todo se monta sobre un eje girato-rio, dentro de un campo magnéti-co intenso. Al girar, las espiras dealambre cortan cientos de veceslas líneas de fuerza magnética;con esto se obliga a los electronesde cada una de las espiras a esta-blecer una acumulación de car-gas, la cual se globaliza para final-mente obtener magnitudes consi-derables de voltaje y de corrienteaprovechables.

Los generadores eléctricos losencontramos, por ejemplo, en lasbicicletas, con el nombre de “di-namos”. Cuando la rueda de la bi-cicleta gira, la dinamo también lohace y entonces genera suficienteelectricidad para alimentar a unapequeña lámpara. En los autos, elgenerador eléctrico se llama “al-ternador”, debido a que produceelectricidad alterna en vez de di-recta; su estructura es práctica-mente igual a la de cualquier ge-nerador convencional, ya que giragracias al impulso que le suministrael propio motor del auto. La ener-gía producida por el alternador se

utiliza para recargar al acumula-dor (pila secundaria) del propiovehículo.

Los generadores de este tipo sonampliamente utilizados en el cam-po de la electricidad comercial.Para ello se recurre a diferentesfuerzas que hacen girar a los gene-radores, entre las que se cuenta alvapor de agua, las presas, las cen-trales nucleoeléctricas, etc. Paracomprobar esta forma de generarelectricidad, habrá que conseguirun motor pequeño (como los utili-zados en los juguetes); una vez ob-tenido, se coloca en sus terminalesde alimentación un voltímetro enel rango más bajo; al hacer girarmanualmente el eje del motor, seobservará que el valor leído por elvoltímetro aumenta -lo cual indicala presencia de una diferencia depotencial- (figura 16).

CONCLUSIÓN

Queda claro, por las explicacio-nes anteriores, que la electricidades un fenómeno físico asociado acargas eléctricas estáticas o enmovimiento; por lo tanto, es unamanifestación de la estructura ató-mica de la materia.

El hombre conoció la electrici-dad por diversos acontecimientosnaturales como los rayos y las pro-piedades del ámbar, pero no fuesino hasta el siglo XIX -cuando yaestaban bien sentadas las basesde la física clásica- que surgió laciencia de la electricidad y delmagnetismo, que a la postre per-mitiría la generación, aprovecha-miento y distribución de esta fuen-te de energía para beneficio de lahumanidad.


10

Fig. 15

Fig. 17

Es muy probable que ésta sea laprimera vez que lee una publi-cación de electrónica, es por

ello que haremos un pequeño re-sumen de lo que está ocurriendoen la actualidad en materia de“electrónica”.

Ya sea que usted encienda el te-levisor, escuche un CD, hable porteléfono, utilice el cajero automáti-co, navegue por Internet o consul-te una base de datos computari-zada, lo más probable es que estéhaciendo uso de alguna tecnolo-gía digital. Es por ello que haremosun breve recuento del panoramatecnológico que se avizora en elpresente y en el que, de una u otraforma, intervienen sistemas y circui-tos digitales.

EL IMPERIO DE LOS BITS

La tecnología digital no sólo hapermitido la fabricación de nuevosaparatos de consumo que ofrecenprestaciones inéditas, tal es el casode los televisores con efectos digi-tales, los reproductores de CD, lasagendas y traductores de bolsillo eincluso las nuevas “mascotas vir-tuales”; también ha modificadonuestra percepción del mundo yde nosotros mismos por el surgi-miento de nuevos sistemas de co-municación, de los que la red Inter-net y la televisión por satélite sonalgunos ejemplos. E igualmente hapropiciado una revolución ennuestros sistemas de aprendizaje,laborales, fabriles, de diagnósticoclínico y en numerosos camposmás, gracias a los microprocesa-dores. En resumidas cuentas, la hu-manidad no es la misma ni piensaigual que hace una generación.

Las sociedades antiguas evolu-cionaban de manera muy lenta,en parte porque no había mediosde comunicación ágiles y, porconsecuencia, no había muchocontacto entre culturas distintas.No en vano la imaginación popu-

lar concibió tantos mitos y leyen-das, pues los pueblos sin comuni-caciones son campo fértil para lasuperstición.

No es el caso de este fin de siglo,que se caracteriza por su dimen-sión a escala del planeta y por suscambios tan profundos y tan rápi-dos. La tecnología, y especialmen-te la electrónica, es quizás la mues-tra más perceptible de ese mudarincesante que llega a producir vér-tigo y desconfianza.

¿Quién, siendo adulto, no hasentido alguna vez recelo por losnuevos sistemas de entretenimien-to como los videojuegos y el Tama-gotchi?

¿Quién no se ha impresionadopor la capacidad de procesa-miento de las computadoras?¿Quién, especialmente si su áreade trabajo es la electrónica, estácompletamente seguro que no ne-cesita adaptarse y asimilar nuevosconocimientos?

Algo es muy cierto de esta épo-ca: el mundo se nos mueve, y mu-cho. Ese es justamente uno de losrasgos de lo que algunos especia-listas llaman “era digital”.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA DIGITAL

Si bien la tecnología digital no hadesplazado a la tecnología analó-gica, y no sabemos si llegue a ha-cerlo, sí ha mostrado una mayoreficiencia en cuanto al tratamien-to de señales y el almacenamientoy procesamiento de información,lo que a su vez ha dado origen anuevos sistemas electrónicos ynuevas prestaciones de los equi-pos. Y es que un aparato que an-tes requería de una enorme ycompleja circuitería analógica pa-ra llevar a cabo cierto proceso,ahora, con los recursos digitales,no sólo puede incorporar novedo-sas funciones, sino también ser sim-plificado en su construcción. Ade-más, gracias a los circuitos de con-

versión analógico/digital y digi-tal/analógico, la electrónica de losbits ha invadido de forma exitosaáreas que se consideraban verda-deros bastiones de las señales aná-logas.

La tecnología digital puede expresar sonidos, imágenes ydatos con sólo dos estados lógicos: ausencia y presencia

de voltaje, o unos y ceros.

Esto permite manejar informa-ción con un gran margen de segu-ridad, pues un 1 y un 0 siempre se-rán 1 y 0, mientras que los nivelesde voltaje de una señal análogapueden sufrir degradaciones du-rante los procesos electrónicos, serinfluenciadas por ruidos externos,sufrir pequeños errores en el proce-so de almacenaje y/o recupera-ción, etc. Y aunque las señales di-gitales también son susceptibles delas mismas alteraciones, es posibleaplicar poderosos métodos de de-tección y corrección de erroresque garantizan la fiabilidad de lainformación grabada, transmitida,procesada o recuperada.

Otras ventajas de la tecnologíadigital sobre la analógica son las si-guientes: la posibilidad de compri-mir los datos de manera muy efi-ciente; la capacidad de mezclarmúltiples señales en un solo canalsin que se interfieran entre sí; el usode razones variables de datos; etc.

Por supuesto, al igual que todoslos avances que son profunda-mente innovadores, la tecnologíadigital es resultado de los desarro-llos en otros campos: la construc-ción de circuitos integrados de ba-jo costo y muy alta complejidad;las nuevas técnicas de manejo dedatos numéricos, que permitenoperaciones más eficientes y sim-plifican procesos muy complica-dos; la fabricación de poderososmicroprocesadores capaces deefectuar millones de operacionespor segundo; y, en general, de una

Capítulo 1

11

Un Vistazo a la Electrónica de Hoy

continua evolución en el manejode señales digitales.

COMUNICACIONES

Ya sabemos que las comunica-ciones electrónicas van muchomás allá de una simple conexióntelefónica. Revisemos algunos sis-temas que ya se están empleandoen nuestros días y que posiblemen-te se vuelvan elementos cotidianosen un futuro cercano.

VideoconferenciaNo obstante que ya tiene más

de 100 años de haber sido inventa-do, el teléfono ha mostrado pocoscambios significativos en sus princi-pios básicos de operación (de he-cho, es posible utilizar un aparatoantiguo en las modernas líneas di-gitales). Sin embargo, desde hacevarios años se ha trabajado en sis-temas que permiten además ob-servar en una pequeña pantalla alinterlocutor.

Se han hecho múltiples experi-mentos en esa dirección, aunqueun obstáculo muy importante es lainversión necesaria para sustituir lostradicionales cables de cobre dela red telefónica, por un tendidode fibra óptica que permite un an-cho de banda muy amplio. Cuan-do sólo se maneja una señal deaudio (y ni siquiera de muy alta ca-lidad), es suficiente el cableadotradicional, pero cuando se re-quiere enviar el enorme flujo dedatos que implica la transmisión deuna imagen en movimiento, la pér-dida de fidelidad en el trayecto estal que la comunicación se vuelveprácticamente imposible.

A pesar de esta limitante, a la fe-cha se han realizado algunos ex-perimentos que permiten la trans-misión de imágenes de baja reso-lución, utilizando las mismas líneastelefónicas y el mismo estándar decomunicaciones que emplean mi-llones de teléfonos alrededor delmundo. Compañías tan importan-tes como Casio, AT&T, LaboratoriosBell, Matsushita y otras más, hanpresentado prototipos funcionalesde sistemas que son capaces de

transmitir igualmente voz e ima-gen. Por supuesto, la imagen trans-mitida es de muy baja resolución ycon una frecuencia de refresco deapenas unos cuantos cuadros porsegundo, pero se espera que, con-forme se desarrollen las tecnolo-gías de codificación y de compre-sión de datos, su calidad mejore.

Hasta el momento ningún siste-ma ha sido aceptado por las gran-des compañías telefónicas comoun estándar, aunque ya está enuso una alternativa muy promete-dora: por medio de la red Internetes posible enlazar dos o más com-putadoras utilizando las líneas tele-fónicas tradicionales, y entre susmensajes intercambiados se pue-de hacer una combinación de au-dio y video comprimido, en pe-queños “paquetes” que se deco-difican en el sistema receptor y sepresentan al usuario como voz pro-veniente de la tarjeta de sonido eimagen expedida en el monitor. Laventaja de esta innovación, es quelas computadoras pueden estarubicadas en puntos muy distantesdel planeta, pero el costo de la lla-mada no es de larga distancia, si-no local, de la misma manera quelos demás servicios de Internet.

No está de más recordar otroservicio moderno que constituyeuna alternativa de comunicaciónbarata, eficiente e instantánea: elcorreo electrónico. Si usted está

conectado a Internet sabe a quénos referimos.

Televisión vía satéliteSeguramente usted ha sido testi-

go de la propagación de antenasparabólicas que reciben directa-mente la señal de un satélite.

En los años 60’s, en plena carreraentre norteamericanos y soviéticospor la conquista del espacio, co-menzaron las primeras transmisio-nes de televisión por satélite. Alprincipio, con el lanzamiento delEarly Bird apenas se consiguió unflujo de 240 llamadas telefónicas si-multáneas entre Europa y EstadosUnidos; sin embargo, de entoncesa la fecha los circuitos de manejo

de señal incluidos en los satélites,han avanzado a tal grado que unsatélite moderno puede manejarcientos de canales de TV y audio ala vez, al tiempo que transfiereenormes cantidades de datos de-rivados de los flujos de llamadas te-lefónicas.

Conforme se desarrolló todo unsistema de satélites comerciales,las grandes compañías televisoraspudieron vender directamente susseñales a los usuarios. Fue enton-ces cuando se comenzó a instalaren muchos hogares del mundo lastradicionales antenas parabólicasque toman la señal que “baja” delsatélite y la entregan a un receptorespecial que finalmente recuperalas emisiones televisivas. La desven-taja de dicho sistema, es que se re-quiere una antena de grandes di-mensiones y un enorme mecanis-mo que permita cambiar su orien-tación hacia tal o cual satélite.

Ese sistema de recepción de TVvía satélite ha quedado obsoletogracias a las técnicas digitales,que mediante una poderosa com-presión de datos hacen posible latransmisión y codificación de va-rios canales en el mismo ancho debanda dedicado normalmente aun solo canal. De esta manera, esposible utilizar una pequeña ante-na orientada de manera perma-nente hacia una misma dirección,desde donde transmite su señaluno o más satélites geoestaciona-rios. A este nuevo sistema se le co-noce como DTH-TV (siglas de Di-rect-to-Home TV o televisión direc-ta al hogar).

Internet también ha sido plan-teado como un recurso para latransmisión de programas televisi-vos, aunque igualmente se ha to-pado con la barrera del ajustadoancho de banda de las líneas tele-fónicas tradicionales; sin embar-go, es posible que con la apariciónde los llamados Cable Modems(dispositivos que utilizan las líneasde TV por cable para establecerenlaces vía Internet) y el consi-guiente aumento en la velocidadde transferencia de datos, la TVpor esta red se convierta en algocotidiano.


12

Comunicación y localización personalLa telefonía celular es un medio

de comunicación que aparecióhace pocos años y que ha tenidobuena aceptación, y si bien lasemisiones son analógicas, su tec-nología depende en los centros decontrol de sistemas digitales muycomplejos. Además, se le han in-corporado recursos digitales deencriptación de conversacionespara evitar que personas ajenaspuedan interceptar llamadas, asícomo “llaves de seguridad” quepermiten precisar si una llamadaefectivamente proviene de uncierto teléfono o si algún “pirata”está tratando de utilizar la línea sinderecho. Una adición más, es elcálculo automático de factura-ción, por medio del cual el usuariopuede ir controlando sus consu-mos telefónicos.

También han surgido sistemasmasivos de radiolocalización, losllamados beeper, los cuales pue-den transmitir mensajes sin importarel punto de la ciudad donde seencuentre el usuario. Para ello, lascompañías proveedoras del servi-cio poseen estaciones radiales,que emiten en todas direcciones elmensaje, pero con una clave digi-tal única para que sólo pueda serdecodificada por el receptor desti-natario. Incluso, el mismo mensaje

se envía en formato digital yse despliega en una pantallade cristal líquido mediantecaracteres alfanuméricos.

Pero hay todavía un sistemade localización personal nomuy conocido.

¿Ha observado en algunoscamiones repartidores la le-yenda “Protegido con sistemade localización vía satélite”?

Esta forma de ubicación sebasa en un pequeño aparatodenominado GPS (Global Po-sitioning System o Sistema dePosición Global), el cual reci-be las señales enviadas portres o más satélites colocadosen órbita estacionaria; mi-diendo de forma muy precisael tiempo que tarda cada se-ñal en llegar, es posible deter-

minar la ubicación del camión (locual se logra con un margen deerror de pocos metros); para llevara cabo este cálculo, los GPS nece-sitan forzosamente de una compu-tadora que mide los retardos delas señales de los satélites, realiza latriangulación de señales y localizacon exactitud el punto del globoterrestre en que se encuentra.

Este método también ha revolu-cionado los sistemas de orienta-ción en la navegación marítima yaérea, pues permiten a los capita-nes de barco y a los pilotos consul-tar en tiempo real la posición delbarco o la nave a través de unacomputadora a bordo que recibelas señales del GPS.

AUDIO Y VIDEO

Esta es una áreadonde los cambios sonpercibidos muy rápi-damente por el públi-co consumidor y por elespecialista electróni-co, y probablementees la que más influyeen nuestros hábitos deentretenimiento. Ense-guida haremos refe-rencia a algunos desus principales avan-ces.

El DVDRecientemente entró al merca-

do de consumo y de computaciónun nuevo sistema de almacena-miento de información que segu-ramente va a reemplazar a las cin-tas de video y al CD convencional:nos referimos al formato de audio yvideo digital conocido como DVDo disco versátil digital.

Estos discos tienen un aspectomuy similar al de un CD común; dehecho, su tecnología de fabrica-ción es similar, con la salvedad deque pueden almacenar una canti-dad de datos seis veces mayor a lade un disco de audio digital debi-do a que es menor el tamaño delos pits de información (figura 1); yaun esa capacidad podría llegar aser hasta más de 20 veces superiora la que alcanza un CD, gracias aun sistema de grabación por ca-pas (figura 2).

Esto hace que el DVD se convier-ta en un medio de almacenamien-to ideal para video digitalizado,con la ventaja de que proporcio-na mejor calidad de imagen quelas tradicionales cintas magnéti-cas, y que además ofrece las ven-tajas del medio óptico: su nulo des-gaste y la posibilidad de añadirdatos de control y de detección ycorrección de errores en la lectura.

La televisión de alta definiciónAunque ya tiene más de 50

años, el formato de televisión NTSCsigue rigiendo la transmisión y re-cepción de señales televisivas en

Capítulo 1

13

Fig. 1

Fig. 2

la mayor parte del mundo.Este formato fue diseñado a fina-

les de los años 40´s, y aunque gra-dualmente se le han añadido cier-tas innovaciones (como la inclu-sión del color o del audio en esté-reo), en un aspecto tan importantecomo la resolución de imagen noha habido mejoras. Dicho formatopuede manejar un máximo de al-rededor de 350 líneas horizontales,lo cual queda muy por debajo delmanejo de video en computado-ras personales, donde las imáge-nes son de 600, 700 o más de 1000líneas de resolución horizontal.

Ya hace más de diez años queen Europa, Japón y Estados Unidosse han planteado nuevos formatosde televisión de alta definición in-cluso, en Argentina, hace unosmeses hemos asistido a la primeratrasmisión en HDTV realizada por elcanal 13 de Bs. As. Sin embargo, elproblema de su estandarización esque requieren un tipo de televisorespecial para dichos formatos, ylos millones de aparatos que yaexisten son incompatibles con losnuevos sistemas. No obstante, des-pués de años de investigación ydiscusiones, finalmente en 1997 seaprobó en Estados Unidos un nue-vo estándar que ofrece una resolu-ción horizontal superior a las mil lí-neas, lo cual permite el desplieguede imágenes con calidad equiva-lente a la de una película de 35mm.

Para conseguir este impresionan-te incremento en la resolución sinque se dispare el ancho de bandarequerido, se necesita forzosamen-te del proceso digital de imáge-nes, las cuales, una vez converti-das en 1’s y 0’s, pasan por comple-jos métodos decompresión dedatos que per-miten reducir elancho de ban-da de la señal aa p r o x i m a d a -mente una sex-ta parte de sutamaño origi-nal.

Esta señal re-ducida puede

transmitirse utilizando el mismo an-cho de banda que necesita un ca-nal de TV común, lo cual es muyconveniente porque amplía la fle-xibilidad en el manejo del espectroelectromagnético (de por sí yacercano al punto de saturación).

Una desventaja de dicho siste-ma de televisión, es que es incom-patible con los actuales recepto-res PAL o NTSC; es decir, los televi-sores actuales no podrán captar lanueva señal, como sí ocurrió con elsurgimiento de la TV color, y los re-ceptores en blanco y negro pudie-ron seguir funcionando normal-mente.

Métodos de grabación de audio digitalA pesar de que el manejo digital

del audio no es novedoso (se po-pularizó en 1981, con el surgimien-to del disco compacto), hasta ha-ce algunos años no existía un me-dio que fuera no solamente de lec-tura, sino también de escritura. Enla actualidad existen varias opcio-nes a nivel de consumidor para lagrabación de audio digital: el DAT,el DCC y el Mini-Disc. Cada uno deestos sistemas funciona con princi-pios particulares y son incompati-bles entre sí.

El DAT o cinta de audio digital, esun sistema patentado por Sonyque trabaja con base en un tam-bor giratorio similar al de una vi-deograbadora; puede almacenaruna señal estereofónica de audiomuestreada con una precisión de16 bits y una frecuencia de 48kHz,garantizando una buena capturade toda la gama dinámica audi-ble por el ser humano. Este sistema

fue el primero que ofreció al públi-co consumidor la posibilidad degrabar audio en formato digital;no obstante sus ventajas, no tuvomucha aceptación, excepto enlos estudios de grabación y en lasradiotransmisoras.

El DCC es también un sistema decinta, aunque trabaja con base encabezas múltiples que graban lostracks de manera paralela (figura3). Este sistema es una patente dePhilips y tiene la ventaja de que elaparato, a pesar de grabar y re-producir cintas en formato digital,es compatible con los cassettes deaudio analógicos, que también esuna patente de Philips de 1963.Con esto se buscó que los consu-midores tuvieran un incentivo adi-cional para adquirir este nuevo for-mato, aunque hasta la fecha susresultados no son muy exitosos (suprincipal punto de venta es Euro-pa).

Finalmente, el Mini-Disc, otra pa-tente de Sony, trabaja por mediosmagnetoópticos, lo que le permitecombinar las ventajas del discocompacto y la flexibilidad de lascintas en cuanto a su capacidadde grabación (figura 4). Este desa-rrollo parece ser el más promete-dor de los tres métodos de graba-ción de audio digital a nivel consu-midor, aunque con la próxima ge-neración de DVD’s grabables, esposible que no alcance su consoli-dación.

Proceso digital de audioLos fabricantes equipos de au-

dio, están incluyendo en sus dise-ños sistemas que ofrecen novedo-sas experiencias auditivas, talescomo la emulación del sonido en-


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Fig. 3

volvente de una sala de concier-tos, de un espacio abierto, de unconcierto al aire libre, etc.

Esta reproducción de ambientessonoros es posible gracias al pro-ceso digital de señales, que identi-fican las características fundamen-tales de las distintas locaciones co-munes y, por métodos lógicos, losemulan para dar al espectador laimpresión de estar en un recintocompletamente distinto a la salade su casa.

Estos aparatos incluyen comple-jos procesadores que, a partir deuna señal original, pueden recrearlos ecos y rebotes de sonido queprodu-cen ciertas salas o sitios es-pecíficos, “rodeando” al auditoriocon sonidos que le dan la sensa-ción de encontrase en dicha loca-lidad.

PROCESAMIENTO DE DATOS

No hay rama de la tecnologíaque avance a un ritmo tan acele-rado como la informática, tantoen sus aspectos de hardware co-mo de software. A tal grado hanevolucionado las computadorasen los últimos años, que se estimaque la potencia de cálculo con-junta de todos los ordenadoresque controlaron la misión Apolo 11que llevó por primera vez al hom-bre a la Luna en 1969, es menospoderosa y versátil que una com-putadora moderna. Analicemosalgunos puntos relevantes de estatecnología.

MicroprocesadoresDesde que se desarrollaron los pri-

meros circuitos integrados en la dé-cada de los 60´s, se vislumbró la po-sibilidad de condensar en una solapastilla de silicio todos los elemen-tos necesarios para efectuar loscomplejos cálculos que se llevan acabo en una computadora; sin em-bargo, es posible que los investiga-dores no imaginaran que se po-drían incorporar cientos de miles eincluso millones de elementos semi-conductores en un chip de apenasalgunos milímetros cuadrados.

Los modernos microprocesado-

res de quintay sexta gene-ración de laplatafor maPC, estánconstituidospor más decinco millo-nes de tran-sistores quetrabajan aaltísimas ve-locidades, al-c a n z a n d o900MHz def recuenc iade reloj. Tan sólo el Pentium III deIntel incluye unos 10 millones detransistores y trabaja con velocida-des que van de 300 a 800MHz, y yase anunciaron frecuencias todavíamayores.

Otros desarrollos en el campo delos microprocesadores, es la incor-poración de grandes magnitudesde memoria caché de rápido ac-ceso para la ejecución predictivade operaciones, la inclusión demúltiples líneas de ejecución quepermiten realizar más de una ope-ración por ciclo de reloj, la amplia-ción de los buses de comunica-ción que permite la adquisición oexpedición de varios bytes a la vez,la inclusión de las unidades de pun-to flotante en la misma estructuradel chip, etc. De hecho, aproxima-damente cada seis meses los fabri-cantes de microprocesadores pre-sentan alguna innovación que ha-ce a sus dispositivos más poderososy flexibles.

Esto ha puesto al alcance decualquier usuario promedio decomputadoras, una capacidad deprocesamiento de datos que hastahace pocos años estaba destina-da a grandes empresas o universi-dades. Como un dato interesante,le diremos que TRON, una películade Disney filmada en la segundamitad de los 70´s, fue una de las pri-meras cintas que incorporó anima-ciones en computadora con gráfi-cos renderizados en tres dimensio-nes. Pues bien, en aquella épocase requirió toda la potencia de unacomputadora Cray de 64 bits pararealizarlas; en la actualidad, los vi-

deojuegos de la consola Nintendo64 incluyen un microprocesador de64 bits de Silicon Gra-phics y pue-den generar animaciones de mejorcalidad que las de obtenidas enTRON y ni que hablar de las moder-nas máquinas de 128 bits.

Capacidad de almacenamiento de datosActualmente, una computadora

con microprocesador Pentium,equipo multimedia, disco duro demás de un gigabyte, tarjeta defax-módem, etc. llega a costarmenos de mil dólares. En cambio,hace unos quince años tan sólo undisco duro de 10 ó 20 megabytes(el 1% de la capacidad típica ac-tual), podía costar unos $1.500.

Al igual que la mayoría de com-ponentes de una computadora,los discos duros han experimenta-do una caída sensible en sus pre-cios asociada a crecientes mejo-ras tecnológicas; en este caso, ha-blamos de un extraordinario incre-mento en la capacidad de alma-cenamiento, disminución de lostiempos de acceso a los datos yfiabilidad de la información. Ello seha conseguido gracias a avancesen la tecnologías de fabricaciónde los platos magnéticos, de lascabezas de lectura/escritura y delos circuitos que codifican y mane-jan la información.

Incluso, desde hace algunosaños se viene utilizando la tecnolo-gía magnetoóptica como alterna-tiva para el almacenamiento dedatos (figura 5). Y no hay que olvi-dar que el CD-ROM (la misma tec-

Capítulo 1

15

Fig. 4

nología del disco compacto deaudio digital, pero aplicada a siste-mas de cómputo) por muchosaños se mantuvo como el mediopor excelencia para la venta deprogramas multimedia, debido asu alta capacidad de almacena-miento (hasta 640 MB de informa-ción) y muy bajo costo.

Es más, pruebas de laboratorioen las que también se combinanlas tecnologías óptica y magnéti-ca, prometen multiplicar por unfactor de 10 la capacidad de al-macenamiento, utilizando básica-mente los mismos discos magnéti-cos; al mismo tiempo, se están ex-perimentando métodos para gra-bar información en cristales foto-sensibles e incluso para utilizar me-morias tipo RAM como principalmedio de almacenamiento de da-tos, con el consiguiente aumentode la velocidad de acceso.

Gracias a estos avances, se cal-cula que hacia principios del próxi-mo siglo una computadora están-dar podría contener decenas ocientos de gigabytes de informa-ción en dispositivos de tamañomuy reducido.

InternetPocos temas han generado tanta

expectativa como Internet, aun en-tre el público que raramente traba-ja con una computadora; y es quela red mundial de computadoras

ofrece una serie de servicios quedefinitivamente han modificado elconcepto de la comunicación. In-ternet es una red mundial de com-putadoras conectadas entre sí pormedio de líneas de rápido acceso,a través de comunicaciones vía sa-télite o por simples líneas telefóni-cas. Estos son los servicios de Inter-net más utilizados, y todos al costode una llamada telefónica local:

1) Correo electrónico. Permite elintercambio de información escrita(pueden enviarse también imáge-nes, gráficos o cualquier otro tipode archivo computacional) de for-ma prácticamente instantánea y acualquier parte del mundo.

2) IRC. Permite entrar a gruposvirtuales de conversación escrita,en los que navegadores de distin-tas partes del planeta “se reúnen”para intercambiar experiencias so-bre un tema específico; lo que unusuario escribe en su computado-ra los otros lo reciben. A estos servi-cios también se les conoce comochats. El concepto también haevolucionado hacia la conversa-ción directa como si fuera una lla-mada telefónica (los llamados In-ternet-phone) e incluso hacia latransmisión de la imagen de los in-terlocutores.

3) La World Wide Web (telarañamundial). Es un sistema basado en“páginas “, que no son otra cosa

que interfaces similares a las quese utilizan en los programas multi-media, es decir, pantallas con tex-to, gráficos, sonidos, animación yotros elementos de control que seutilizan en los programas con inter-face gráfica. Y al igual que en unprogra-ma multimedia, la pantallatiene textos e imágenes sensiblesque, al colocar el puntero del ra-tón y hacer clic, permiten “saltar”de un punto a otro de la mismapágina o hacia otra página.

La Web es la parte más exitosade Internet y la que de hecho hapopularizado a esta red mundialde computadoras, debido a sumanejo extraordinariamente senci-llo. Cualquier persona, aunque notenga conocimientos de compu-tación, puede “navegar” en laWeb. Además, otra de sus ventajases que hay millones de páginas entodo el mundo, puestas por las em-presas, por las universidades y porparticulares, que brindan accesogratuito a todo tipo de informa-ción. De hecho, es muy importanteque usted, ya sea estudiante,hobista, técnico en electrónica oprofesional, vaya pensando en ad-quirir una computadora (si no latiene) y conectarse a Internet, si esque aún no lo ha hecho. A travéssus páginas en la Web, los fabri-cantes de equipos electrónicosbrindan mucha información gratui-ta y sumamente valiosa; además,se pueden intercambiar experien-cias con otros usuarios de diferen-tes partes del mundo, etc.

Existen otros servicios disponiblesen Internet, como grupos de discu-sión, listas de correo, transferenciade archivos de un servidor haciacualquier computadora que lo so-licite (FTP), etc., pero sin duda estosson los más empleados por el usua-rio típico. ****************


Fig. 5

Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboraciónde docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica inter-nacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Oscar MontoyaFigueroa, Leopoldo Parra y Felipe Orozco.

Editorial Quark SRL - Herrera 761, (1295), Bs. As. - Argentina - Director: H. D. Vallejo - Tel.: 4301-8804

TVAUDIOVIDEO

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COMPUTADORAS - MICROPROCESADORESCOMPUTADORAS - MICROPROCESADORES

SSAABBEERR





INDICE DEL

CAPITULO 2

¿QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estructura atómica ........................................19Atomos: protones, electrones y

neutrones ....................................................19Constitución del átomo: protones,

electrones y neutrones..............................19Iones positivos y negativos ...........................19Conductores, semiconductores

y aislantes....................................................19Flujo de electrones ........................................19Diferencia de potencial, tensión,

fuerza electromotriz ...................................20Corriente eléctrica ........................................20Resistencia eléctrica ....................................20Conductancia ...............................................21Clasificación de los resistores.......................21Código de colores para resistores ..............22Pilas y baterías................................................23

CONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICALos conductores y los aislantes....................24La electricidad como fluido.........................24Tipos de conductores ...................................25Campo eléctrico y corriente eléctrica.......27El campo eléctrico........................................27Corriente electrónica y corriente convencional .................................................28Velocidad de la corriente ............................29

LA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de soporte de información ............29El surgimiento de la tecnología óptica ......30Luz y protuberancias .....................................30Tecnología digital ..........................................31Otros sistemas ópticos...................................31

El disco láser de video...............................31El CD-ROM - El CD-I....................................32El Photo-CD.................................................32Los medios magneto-ópticos ...................32El DVD ..........................................................32

ESTRUCTURA ATOMICA

Atomos: protones, electrones y neutronesLa corriente eléctrica es el paso

de electrones por un conductor.Dichos electrones están en todaslas cosas pero arraigados a la es-tructura de un átomo constituyen-te de un elemento químico.

Para aclarar el tema, digamosque todos los cuerpos están forma-dos por elementos químicos (elagua, por ejemplo, está formadapor los elementos químicos hidró-geno y oxígeno), y que un átomoes la parte más pequeña a la quepuede ser reducido un elementoquímico.

Constituci n del tomo: protones, electrones y neutronesSi se pudiera dividir el átomo de

un elemento, tendríamos pequeñí-simas partículas que son las quedan a los átomos sus particularescaracterísticas. Debemos saberque un átomo de un elemento sediferencia de un átomo de otroelemento en el número de ciertaspartículas subatómicas que tienecada uno de ellos, y éstos son loselectrones.

En el centro del átomo está elnúcleo, que tiene dos clases departículas: los protones y los neutro-nes; alrededor del núcleo giran loselectrones en órbitas electrónicas,así como ocurre con los planetasque giran en torno al sol.

Una característica importantísi-ma de los protones y neutrones esque tienen carga eléctrica, valedecir: tienen una energía intrínse-ca y natural, puesta de manifiestopor las fuerzas que pueden ejercersobre otras partículas del mismo ti-po y que originan fenómenos deatracción y repulsión entre partícu-las cargadas eléctricamente. Seha constatado que dos electroneso dos protones se repelen entre sí;es indudable que las dos partículastienen cargas eléctricas de distintosigno: se las denominó carga eléc-trica positiva (+) al protón y, alelectrón, carga eléctrica negativa(-). Sin embargo, los neutrones delnúcleo son partículas que tienenigual cantidad de carga positivaque de negativa; por lo tanto, tie-ne un efecto neutro por la anula-ción mutua entre los dos, el neu-trón no ejerce fuerza eléctrica so-bre un electrón o protón y tiene lafunción de separar los protonesque están en el núcleo. Un átomo

es eléctricamente neutroy eso quiere decir que lacantidad de electroneses igual al número deprotones; ese número deelectrones se denomina"NUMERO ATOMICO". Losneutrones tienen inter-vención en la masa ató-mica, que está práctica-mente en el núcleo; elresto es espacio vacíodonde los electrones gi-ran a grandes velocida-des (figura 1).

Iones positivos y negativosCuando por cualquier circuns-

tancia un átomo gana o pierdeelectrones, se dice que dicho áto-mo se ha ionizado.

Se denomina ION POSITIVOcuando el átomo tiene más proto-nes que electrones e ION NEGATI-VO cuando tiene más electronesque protones. Como cargas dedistinto signo se atraen, cuando es-tán cerca iones negativos y positi-vos, éstos se unen, pero tambiénpuede ocurrir que solamente sedesprendan los electrones que tie-ne de más el ión negativo y se diri-jan hacia el ión positivo para neu-tralizar su carga.

Cuando esto ocurre, se dice queel paso de los electrones "neutrali-zadores de carga" constituyen unaCORRIENTE ELECTRICA.

Conductores,semiconductores y aislantesExisten materiales que permiten

el paso de los electrones con ma-yor facilidad que otros. Se denomi-na conductor de la corriente eléc-trica a todo aquel material queofrece muy poca resistencia al pa-so de los electrones (cobre, plata,oro, platino, etc.) Un aislante de lacorriente eléctrica es todo aquelmaterial que ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen otros materiales que,según como se los trate, se com-portan como conductores o comoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente eléctrica; a dichos materia-les se los denomina SEMICONDUC-TORES.

Flujo de electronesSe denomina corriente eléctrica

al paso de los electrones por un

Capítulo 2

19

Capítulo 2

¿Qué es la Electricidad y qué es la Electrónica?

Fig. 1

conductor de la corriente eléctrica(o semiconductor). Su unidad es elampere (A) y "mide" la cantidadde electrones que atraviesan a unelemento en una unidad de tiem-po.

Para que pueda establecerseuna corriente eléctrica tiene queexistir algo que impulse a los elec-trones a circular de un lado a otro.

Diferencia de potencial, tensi n, fuerza electromotrizComo hemos dicho, para que se

establezca una corriente eléctricadebe existir algo que impulse a loselectrones para que se muevan.Por ejemplo, colocando iones ne-gativos de un lado de un conduc-tor e iones negativos del otro, seestablecerá una corriente eléctri-ca que será más grande cuantomayor sea la "diferencia de cargasentre los iones".

Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos apli-car "energ a al conductor". Cuandola energía proviene de una fuerzadel tipo eléctrico, se la denomina"fuerza electromotriz" porque per-mite el desplazamiento de electro-nes al desprenderse de los átomos.

Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batería. Ejemplo: elacumulador de un auto, una pila oun generador para alimentar unaciudad, como los que usan lascompañías de electricidad. Estasfuentes de energía tienen 2 termi-nales, o polos negativo y positivo,y se dice que existe una tensióneléctrica o diferencia de poten-cial, que produce la fuerza eléctri-ca ya mencionada.

Consideremos a una tensión o di-ferencia de potencial como un"desnivel" que debe existir entre 2puntos de un conductor para que

se produzca un movimiento deelectrones y, entonces, una co-rriente eléctrica (figura 2).

Algo parecido es lo que sucedeen un río, para que ocurra un des-plazamiento de agua: el terrenotiene que estar en desnivel; de unamisma forma, si hay una diferenciade potencial en electricidad, éstaes comparable a una diferenciade presión entre 2 extremos de unacañería que lleva agua o cual-quier fluido, y es producida poruna bomba. En la atmósfera, elviento es similar a una corrienteeléctrica, que se produce por unadiferencia de presión que existeentre una zona ciclónica y otra an-ticiclónica. La unidad denomina-da VOLT, se utiliza para medir latensión eléctrica; se abrevia "V".Una pila de carbón genera entrebornes una tensión de 1,5V, unacumulador de auto genera unatensión de 12V y la que genera lacompañía de electricidad es de220V, en Argentina. Muchas veces,en electrónica usaremos tensionesmás pequeñas que el VOLT, peroen electricidad industrial es comúnhablar de KILOVOLT (kV), que equi-vale a 1.000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000µV

1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV

CORRIENTE ELECTRICA

Un flujo de electrones en movi-miento —como causa de la apli-cación de una fuerza electromotrizo fuente de tensión a un conduc-tor eléctrico— es lo que llamamoscorriente eléctrica. El flujo está for-mado por electrones libres que,antes de aplicarles la tensión, eranelectrones que estaban sujetos porla atracción de los núcleos de losátomos que constituyen el con-ductor.

En sus trayectos, los electrones li-bres chocan contra los iones positi-

vos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por lafuerza electromotriz. Los choquesson el motivo por el cual el con-ductor se calienta cuando llevacorriente eléctrica, ya que cual-quier choque entre 2 cuerpos oca-siona un desprendimiento de ener-gía en forma de calor.

La corriente eléctrica por unconductor se define como:

"el n mero de electrones libresque pasa una secci n cualquieradel conductor en un momento es-pec fico".

Los electrones llevan una cargaeléctrica medida en COULOMB ypodemos decir que la corrienteeléctrica es la carga eléctricatransportada por esos electronesdurante el intervalo de tiempoconsiderado. Si la carga eléctricaes de 1Cb y el tiempo es de 1s, seobtendrá una corriente eléctricade 1A (inicial de AMPERE, por el fí-sico francés AMPERE), siendo launidad de corriente eléctrica. Enelectrónica, esta unidad de medi-ción resulta grande, por tal motivose utilizan los submúltiplos del am-pere.

1mA = 0,001A1A = 1.000mA (miliampere)1µA = 0,000001A1A = 1.000.000µA (microampere)1µA = 0,001mA1mA = 1.000µA

RESISTENCIA ELECTRICA

Definamos la resistencia eléctri-ca de un conductor como unapropiedad del material que repre-senta la oposición del mismo frenteal paso de la corriente eléctrica.La oposición se origina como con-secuencia de los choques entre loselectrones libres de la corriente ylos iones positivos del metal. Lacausa de estos choques es el ca-lentamiento del conductor, el que,a su vez, lo transmite al medio am-biente.

La resistencia se mide en OHM,llamado así por el físico alemán


20

Fig. 2

que lo descubrió. La resistenciaeléctrica del material dependeráde tres factores: la longitud, la sec-ción transversal y la resistividad delmaterial. Veamos cómo es la fór-mula matemática:

ρ x lR = ______ (ver fig. 3)

S

La resistividad del material (ρ) esun número y su valor nos muestra sies bueno, o no, pequeño o gran-de; o sea, cómo es el material co-mo conductor de electricidad, y semide en Ω x m (fig. 4). Cabe acla-rar que, normalmente, la resistivi-dad de un metal aumenta con latemperatura.

CONDUCTANCIA: se denominaasí a la inversa de la resistencia, se

simboliza con la letra G y se mideen mho (al revés de ohm) o en SIE-MENS.

1G= ______ =R

La unidad es:mho = SIEMENSCLASIFICACION DE LOS RESISTORES: Veamos una definición de los re-

sistores. Son componentes electró-nicos fabricados especialmentepara que tengan ciertos valores deresistencia. En varios casos, los va-lores en ohm de los resistores sonmuy altos, utilizando múltiplos delohm, como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que tiene unaabreviatura k, y el mega-ohm,igual a 1.000.000 ohm, que tieneuna abreviatura M. Entonces:

1kΩ = 1000Ω1MΩ = 1000000Ω

= 1000kΩ

Podemos agru-par a los resistores(figura 5) en:

1) Resistores decomposici n de car-b n

2) Resistores de pe-l cula met lica

3) Resistores de alambre

1) Resistores de composici n de carb nEstos se fabrican mezclando pol-

vo de carbón y un aglomerantehasta darle forma de barrita, parafijar los terminales. El conjunto se en-capsula con una resina fenólica obaquelita para protegerlo de la hu-medad y la temperatura, tiene unrango de valores de resistencia en-tre 1 y 22MΩ. En electrónica son losresistores más usados por su bajocosto (figura 6).

2) Resistores de pel cula met licaEstos se fabrican depositando

una película metálica, que está aalta temperatura, sobre un tubitode vidrio, al que se fijan los termina-les y se los encapsula como dijimosanteriormente.

Tienen un alto costo y se usan so-lamente cuando se necesita unagran exactitud en el valor de resis-tencia; ejemplo: instrumentos elec-trónicos (figura 7).

3) Resistores de alambreSe fabrican arrollando un alam-

bre hecho de aleaciones de cro-mo, níquel, etc., sobre un cilindrode cerámica. El conjunto se recu-brirá de barniz, así se protege elalambre de la influencia de la hu-medad y temperatura. Estos son

Capítulo 2

21

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 6

grandes y se utilizan para la con-ducción de altas corrientes. El ran-go de valores de resistencia estáentre 1 y 100kΩ (figura 8).

CODIGO DE COLORES

PARA RESISTORES

Por el código de colores se lee elvalor de resistencia, que está im-preso sobre el cuerpo del resistor.Cada color representa un dígitodecimal: las 2 primeras bandas decolores, que están ubicadas máscercanas de un extremo, represen-tan el valor en Ω; la 3ª banda re-presenta el número por el que hayque multiplicar el valor anterior pa-ra obtener el valor final de resisten-cia; la 4ª banda representa la tole-rancia, cuyo valor se explicará másadelante (figura 9).

La correspondencia entre un co-lor y su valor se muestra en la tabla1.

La tolerancia de un resistor es unnúmero expresado en porcentaje,que representa el margen superioro inferior que puede tomar un va-lor nominal (por el código de colo-res) del resistor. Ejemplificando, di-remos que para resistores de car-bón se tienen tolerancias del ±5%,±10% y ± 20%. Si el valor nominal esde 100 y la tolerancia de ±10%, elvalor real estará comprendido en-tre 100 y 90; finalmente, para unatolerancia de ± 20%, el valor realserá entre 120 y 80.

La tolerancia nos indica hasta

cu nto puedeestar el valorpor encima opor debajodel compo-nente.

Es un méto-do prácticodel fabrican-te para ase-gurar al usua-rio los límitesmáximos ymínimos delvalor de unresistor. Comoel proceso defabr icaciónno permiteestablecer valores precisos conanterioridad, en los resistores decomposición de carbón la con-vención es ésta:

COLOR DE LA TOLERANCIA4ª BANDA

DORADO ±5 %PLATEADO ±10 %SIN COLOR ± 20 %

La potencia de un resistor no vie-ne impresa en el resistor, pero se re-conoce por su tamaño. Esa poten-cia tiene un significado de la máxi-ma cantidad de calor que puededar el resistor por el paso de co-rriente y, si ésta excede, se quema-rá por la alta temperatura obteni-da. Se mide en watt (W). Los resis-tores de carbón se fabrican de1/8W; 1/4W; 1/2W; 1W y 2W, y el ta-maño aumenta gradualmente

con la potencia. Para mayores po-tencias se utilizan resistores dealambre; los de película metálicapueden disipar hasta 1W. Los resis-tores de composición de carbónse fabrican con valores nominalesde resistencia ya normalizados y elnúmero dependerá del valor de latolerancia. Para una tolerancia del20%, las cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,33, 47, 68.

Las cifras significativas para unatolerancia del 10% son: 10, 12, 15,18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Pa-ra una tolerancia del 5% las cifrassignificativas de los valores nomi-nales son: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18,20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47,51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. En la figura10 se dan ejemplos de valores deresistores de composición de car-bón mediante el código de colores.Vea ejemplos de valores de resisto-


22

Fig. 8

Fig. 9

Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLOAMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRISGRIS 8BLANCOBLANCO 9DORADODORADO 0,1PLAPLATEADOTEADO 0,01

Fig. 10

res en la figura10.

D i g a m o sque a los resis-tores se lospuede clasifi-car tambiénen variables;éstos están re-presentadospor los poten-ciómetros ylos presets opreajustes (fi-gura 11).

La constitución de los potenció-metros se debe a una pista circularde carbón desplazándose por uncontacto móvil (cursor) solidario aun eje vertical.

Los extremos de la pista de car-bón y el cursor tienen una conexióna terminales, es decir, que la resis-tencia entre uno de los terminales yel cursor depende de la posición deéste (figura 12).

En el primer caso, los potenció-metros pueden ser lineales o logarít-micos; la variación de resistencia esproporcional al ángulo girado porel cursor, y en el 2º caso la variaciónes logarítmica, esto hace que, alcomienzo, la resistencia varíe conrapidez con el ángulo de giro; des-pués la variación será más lenta ytendrá un uso común en el controlde volumen de radios y TV. Llama-mos presets a los resistores variablesque se ajustan una sola vez, hastalograr una perfecta posición, y queno tienen posibilidad de ser varia-dos por los usuarios.

El tamaño es reducido y tiene unajuste con un pequeño destornilla-dor, que es aplicado a una ranuraque tiene el contacto móvil.

PILAS Y BATERIAS

Los componentesbásicos capaces de suministrar unatensión continua estable a un cir-cuito electrónico son las pilas, conla capacidad de generar una ten-sión eléctrica por medios químicos.

La más común está formada porun electrolito (sal, ácido o base di-suelto en agua) y 2 electrodos. Vea-mos cómo se comporta un electro-lito cualquiera, diluido en agua; ej.el cloruro de sodio (fig. 13).

La sal es eléctricamente neutra,pero cuando se disuelve en el aguase disocia en los iones que la com-ponen, es decir, en iones positivosde sodio y en iones negativos decloro.

Si sumergimos 2 electrodos consis-tentes en 2 metales diferentes A y B,una determinada cantidad de io-nes negativos será atraída por elelectrodo A y otra porción de ionespositivos será atraída por el electro-do B; entonces, A se carga negati-vamente y B, positivamente (figura14).

A la diferencia de carga eléctricaque existe entre A y B, se la denomi-na diferencia de potencial o ten-sión de la pila. La tensión V depen-

derá de los materiales de los elec-trodos y del electrolito.

Por ejemplo, una pila de cinc-car-bón tiene una tensión: V = 1,5V.

Si conectamos una lamparita en-tre los electrodos, ésta iluminará yaque se producirá el pasaje de loselectrones desde A hasta B a travésde ella, y se cerrará el circuito pormedio de la solución electrolítica.Mientras este fenómeno sucede,uno de los electrodos (B) se va con-sumiendo, mientras que el otro seva engrosando por la deposiciónde material sobre su superficie. Lareacción química continuará hastaque B se consuma en su totalidad;en ese momento, la lamparita seapagará porque la corriente se de-tuvo (figura 15).

En una pila seca, el electrolito esuna pasta húmeda (pilas comunes)mientras que se denominan húme-das cuando el electrolito es un líqui-do (acumulador de plomo utilizadoen los autos).

La pila seca más común es la decinc-carbón y la desarrolló Le Clan-ché (1869), tiene un bajo costo y esde uso general.

Capítulo 2

23

Fig. 11

Fig. 13

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 15

CONDUCTORES Y AISLANTES

El hecho de que algunos cuerpospueden retener la electricidad yque otros permiten que se escape,nos revela que en la naturalezaexisten dos comportamientos de es-te "fluido" representado por las car-gas. De hecho, los dos grupos decuerpos serán estudiados en estalección. Veremos que en un caso setrata de los denominados aislantesy, en el otro, de los conductores. Losdos tipos de material tienen igualimportancia en la electricidadelectrónica modernas y son utiliza-dos en una infinidad de aplicacio-nes. Conocer las propiedades deestos materiales es muy importanteen el estudio de la electrónica.

La electricidad como fluidoVimos que podemos sacar con

cierta facilidad electrones de uncuerpo (de sus átomos) y llevarlos aotro que quedará con exceso deestas partículas.

El pasaje de electrones de uncuerpo a otro, cuando puede serestablecido, tiene mucha impor-tancia en nuestro estudio, pues eslo que puede llevar energía de unpunto a otro, así permiten la aplica-ción práctica de la electricidad.

Lo importante para nosotros essaber que las cargas eléctricas,constiutidas por los electrones, pue-den no sólo saltar de un cuerpo aotro en forma de chispas, como vi-mos en el caso del rayo, sino tam-bién moverse a través de ciertosmateriales, como en el caso del ca-ble utilizado en el pararrayos o de lacadena fijada al camión de com-bustibles (figura 1).

Mientras tanto, existen tambiéncuerpos en que la electricidad que-da "atrapada", como en el caso delpeine frotado, en que los electro-nes ganados se mantienen en laposición en que son colocados, o lafalta de electrones permanece enel lugar de donde fueron retirados(figura 2). El movimiento de electro-

nes en un cuerpo esposible si tienen unacierta libertad en elinterior del materialque lo constituye.Luego veremos dequé modo ocurreésto.

Para nosotros, en-tonces, es importan-te saber que existentipos de materiales,en los que las cargasno se puede mover,que son denomina-dos aislantes, y ma-teriales en los quelas cargas se mue-ven con facilidad,que son denomina-dos conductores.

Sabemos que exis-ten materiales quepueden ser electri-zados de diferentesformas (serie triboe-léctrica), lo que re-vela que existen áto-mos que tienen másdificultades en per-der sus electronesque otros.

Así, para los mate-riales en que los elementos están fir-memente unidos a los átomos, exis-te mucha dificultad para que ocu-rra un movimento de cargas.

Si sacamos un electrón de un lu-

gar, este lugar quedará libre, puesaunque el cuerpo posee otros elec-trones disponibles, ésos no puedenocupar el lugar vacío. Del mismomodo, si agregamos un electrón al


24

Conducción de la Corriente Eléctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

material, se quedará en ese lugar,pues no tiene facilidad para mover-se (figura 3).

Por otro dado, existen materialesen los que los electrones son libres ypueden moverse con mucha facili-dad en su interior. Esto ocurre, porejemplo, en los metales. Si carga-mos un cuerpo metálico con unacierta cantidad de cargas, agre-gando electrones libres, por ejem-plo, estos electrones se pueden mo-ver "saltando” de átomo en átomohasta distribuirse de manera más omenos uniforme (figura 4). Si porotro lado, sacamos una cierta can-tidad de electrones apenas de unpunto de este cuerpo, los electro-nes de las cercanías "corren" a lle-nar el vacío formado y forman"nuevos vacíos" en otros puntos conuna distribución también uniformede las cargas positivas (vacíos). Fi-gura 5.

En este punto el lector debe pres-tar atención a este hecho. Cuandohablamos de un cuerpo cargadonegativamente, las cargas que semueven o que participan del pro-ceso, los que se pueden mover, son

electrones. Pero,cuando hablamos deun cuerpo cargadopositivamente, o sea,en que existe una faltade electrones, en ver-dad ¡nada existe quese pueda mover! Po-demos, sin embargo,para ayudarnos ennuestro razonamiento,hablar de "falta deelectrones" o lagunas(vacantes o vacíos)que se mueven.

Así, mientras en uncuerpo cargado ne-gativamente los elec-

trones se distribuyen en su superfi-cie, en un cuerpo cargado positiva-mente son las lagunas las que sedistribuyen en su superficie (figura6).

Volviendo al problema de los ma-teriales conductores, vemos que lafacilidad de movimiento, tanto delos electrones como de las lagunas,es total.

Los electrones pueden saltar deátomo en átomo, mientras que laslagunas son llenadas por átomosadyacentes que saltan librementey provocan su desplazamiento (fi-gura 7). Entre los materiales consi-derados aislantes, en que los elec-trones tienen grandes dificultadespara moverse, tenemos: el vidrio, elpapel seco, el plástico, la mica, laporcelana, la cerámica, etc.

Entre los materiales consideradosconductores tenemos: los metales,el grafito, etc.

TIPOS DE CONDUCTORES

Podemos clasificar los materialesconductores en tres grupos:

a) S lidosLos materiales sólidos que condu-

cen la electricidad, o sea, en losque las cargas se pueden mover,son los metales (que son los mejoresconductores) y el grafito.

b) L quidosDeterminados líquidos también

permiten que las cargas eléctricasse muevan. Estas cargas, en ver-dad, se mueven junto al propio áto-mo que puede "nadar", por así de-cirlo, y desplazarse en el medio lí-quido. Estos átomos, que puedentener falta o exceso de electrones yque se desplazan en un medio líqui-do, son denominados "iones" (ex-presión griega que traducida es"caminante"). Los iones positivos sellaman "cationes" y los negativos"aniones" (figura 8).

Las cargas eléctricas no se mue-ven a través del agua, por ser ais-lante. Sin embargo, si disolvemos enesta agua una sustancia como lasal de cocina, que está forma dapor átomos de cloro y sodio (NaCI),las partículas de sodio y cloro se di-socian en aniones de cloro(CI-) ycationes de sodio (Na+), figura 9.

Con esto, los aniones y cationesexistentes en solución pueden servirde "medio de transporte" para lascargas eléctricas y el agua en estascondiciones se vuelve conductora.

Muchas sustancias del tipo sal(cloruro de sodio, bicarbonato de

Capítulo 2

25

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

sodio, sulfato de cobre), del tipoácido (ácido sulfúrico, ácido clorhí-drico, etc.) o bien de tipo base (hi-dróxido de sodio, o sea soda cáus-tica) cuando se disuelven en aguatambién se disocian y forman asíuna solución conductora.

Vea que, en el total, cuando di-solvemos sal en agua, separamospartículas positivas y negativas, pe-ro en cantidades iguales, lo quequiere decir que el agua que tene-mos mantiene su neutralidad.

c) GaseososLos gases, en condiciones norma-

les, o sea neutros, son excelentesaislantes y no permiten que las car-gas eléctricas se muevan con facili-dad. Pero, si por medio de una bue-na cantidad de energía consegui-mos arrancar electrones de los ga-ses, de modo que pasen a quedaren un estado de electrizamientodenominado "ionización", entoncesse convierten en excelentes con-ductores.

En los gases ionizados ocurren fe-nómenos interesantes, como porejemplo, la emisión de luz, lo que esaprovechado para la fabricaciónde las lámparas fluorescentes (figu-ra 10). El aire, que es aislante encondiciones normales, se vuelveconductor por acción de una des-carga fuerte como la producidapor el rayo, que entonces puedeatravesarlo con facilidad.

Un poco de cálculosHasta ahora dimos interesantes

explicaciones sobre cómo funcio-nan las cosas en loque se refiere a cargaseléctricas y su movili-dad. El único valor nu-mérico que vimos fuela llamada carga ele-mental, que era:

e = 1,60 x 10-19 C

A partir de este valor y de otrosque daremos a continuación, va-mos a "jugar" un poco con los cál-culos para aprender cosas intere-santes sobre la electricidad.

Como vimos, cada tipo de sus-tancia simple (elemento) posee unátomo con cantidades diferentesde partículas internas (protones yneutrones). Así, en función de estacantidad podemos saber exacta-mente cuántos átomos de una cier-ta sustancia existen en una canti-dad cualquiera que tomamos deella.

Verificamos entonces que, si divi-dimos esta cantidad de una sustan-cia por el "peso" relativo de las par-tículas que forman el átomo, obte-nemos un número constante.

De este modo 1 gramo de hidró-geno tiene la misma cantidad deátomos que 16 gramos de oxígeno,que a su vez, tiene la misma canti-dad de átomos que 108 gramos deplata y 197 gramos de oro (figura11).

El número de partículas (átomos)es enorme:

n = 6,02 x 1023

¡Esto significa 6 seguido de 23 ce-ros! ¡Todos esos átomos en apenasalgunos gramos de material!

Suponiendo que en un metal, co-mo el oro, cada átomo pueda con-tribuir con un electrón libre, en untrocito de, digamos, 1 gramo, ten-dremos nada más y nada menosque 1022 electrones disponibles (10seguido de 22 ceros, para los queno están familiarizados con la ano-

tación exponencial). Estos electro-nes forman, en el interior del metal,una especie de "nube" que se está"agitando" constantemente. Verifi-camos que los electrones puedenincluso ver aumentada su cantidadcon la elevación de la temperatu-ra, fenómeno de gran importanciaen electrónica.

¿Qué ocurre si multiplicamos lacantidad de electrones libres quetenemos en un trocito de metal porla carga de cada electrón?

Evidentemente, obtenemos lacarga total, en Coulombs, del pe-dacito de metal en cuestión.

Suponiendo que nuestro trocitode metal tenga 10 electrones y quela carga de cada uno sea de = 1,60x 10-19 C, tenemos:

Q = 1022 x 1,6 x 10-19

Q = 1,60 x 103CQ = 1.600 Coulomb

¿Será mucho o poco, esto?, sepreguntará el estudiante.

A título de curiosidad, si la lámpa-ra de su cuarto está encendida eneste momento consume energía arazón de apenas una carga de1/Coulomb por segundo.

Una carga de 1.600 Coulomb,ciertamente, quemaría esta lámpa-ra y si los electrones no estuvieran"equilibrados" en el interior del me-tal y pudieran revelar toda su "fuer-za", bastaría que usted tocara untrocido de oro ¡para morir instantá-neamente fulminado!

En verdad, en la práctica, no po-demos manejar sino una parte muy


26

Fig. 9 Fig. 10

Fig. 11

pequña de los electrones que estánlibres en el metal, para agregar oquitar algunos. De ningún modo po-demos contar con todos en los pro-cesos eléctricos.

CAMPO ELECTRICO Y

CORRIENTE ELECTRICA

¿Qué hace que las cargas eléctri-cas se muevan en un cuerpo?¿Qué estado especial existe en tor-no de un cuerpo cargado, paraque su influencia se haga sentir adistancia? ¿Qué ocurre cuandouna gran cantidad de cargas eléc-tricas se mueve en un material con-ductor?

Todo esto será el tema de estalección.

Veremos de qué modo la "influen-cia" de las cargas en un cuerpo se"propaga" por el espacio y provocael movimiento de cargas incluso ala distancia y de qué modo un flujode cargas forma una corriente, unmovimiento muy especial para lasaplicaciones prácticas.

El campo el ctricoUn cuerpo cargado de electrici-

dad, ya sea positiva o negativa, se

comporta de manera muyespecial. Otros cuerpos tam-bién poseedores de cargaseléctricas, colocados en lasproximidades de aquéllos,quedarán sujetos a la acciónde fuerzas.

Si las cargas de los cuerpospróximos fueran de signosopuestos, la fuerza será deatracción, mientras que si lascargas fueran del mismo sig-no, la fuerza será de repul-sión, como ilustra la figura 12.Podemos decir que el espa-cio en torno de un cuerpocargado queda lleno de al-go invisible, algo que corres-ponde a la acción de natura-leza eléctrica sobre los cuer-pos que también están car-gados.

El espacio en torno de uncuerpo cargado goza depropiedades especiales quepueden explicarse por la pre-

sencia de una entidad llamada"campo eléctrico", normalmente re-presentada por la letra E.

El campo eléctrico no es algo físi-co, en el sentido que podamos ver-lo, pero sí una entidad física quedescribe un estado alrededor de uncuerpo cargado.

Para representar este estado usa-mos entonces líneas imaginarias,denominadas líneas de campo. Elconjunto de estas líneas imaginariasalrededor de un cuerpo cargadorepresentan su campo eléctrico.

Por una convención, las líneas seorientan saliendo de los cuerpos car-gados positivamente y entrando enlos cuerpos cargados negativamen-te, como muestra la figura 13. En elprimer caso, tenemos la representa-ción del campo de una carga posi-tiva (a); en el segundo, el campo deuna carga negativa (b) y, en el ter-cero, el campo provocado por doscargas de signos opuestos próximos,lo que se llama "dipolo".

Vea que las líneas se diluyencuando están más lejos de las car-gas, lo que indica el debilitamientodel campo.

Una carga eléctrica (un electrón,por ejemplo) colocado en el cam-po eléctrico de una carga cual-

quiera, queda sujeta a una fuerzaque está siempre orientada en elsentido de coincidir o ser tangente(tocar la línea de fuerza del campoen el lugar considerado), figura 14.Las propiedades principales queposeen las líneas de fuerza son:

* Siempre salen de los cuerpos po-sitivos y llegan a los negativos.

* Nunca se cruzan.* Est n m s concentradas donde

el campo es m s fuerte.

La intensidad del campo eléctri-co en un determinado punto delespacio, a una cierta distancia dela carga que lo produce, puede sercalculada.

Este cálculo tiene gran importan-cia en los estudios de electroestáti-ca y en consecuencia para la elec-trónica.

Teniendo como base la ilustraciónde la figura 15, la fórmula que nospermite calcular la intensidad delcampo eléctrico en el punto P delespacio es:

1 QE = _____ . ___

4πε0 d2

Donde: E es la intensidad delcampo medida en N/C (Newtonspor Coulomb)

1/4πε0 es la constante que vale 9

x 109 N. m2/C2

Q es la carga que provoca elcampo en Coulomb

d es la distancia de la carga alpunto P.

Como vimos, una carga eléctricacolocada en un punto del espacio,sujeta a la acción de un campo, esforzada a moverse.

La fuerza que aparece en el caso

Capítulo 2

27

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 13

puede ser calculada por la expre-sión:

F = Q x E

donde: F es la fuerza en Newtons,Q es el valor de la carga que es

colocada en el punto P en Cou-lombs y

d es la distancia en metros hasta lacarga que produce el campo.

LA CORRIENTE ELECTRICA

Si tuviéramos dos cuerpos carga-dos con cargas de signos opuestos,el campo eléctrico que existe en tor-no de ellos es tal que procurará mo-ver las cargas de uno hacia el otroen el sentido de establecer su neu-tralidad.

Los electrones tenderán a salir delcuerpo cargado negativamente y

dirigirse al cuerpo cargado positiva-mente (figura 16).

Si hubiera un medio conductor en-tre los dos cuerpos que permita elmovimiento de estas cargas, loselectrones podrán desplazarse concierto orden, pasando de un cuerpohacia el otro. Los electrones saltaránde átomo en átomo, así formaránun flujo de cargas.

Decimos que el movimiento orde-nado de cargas eléctricas que ocu-rre en este caso se denomina "co-rriente el ctrica" (figura 17).

En el caso específico que toma-mos de ejemplo, en que el conduc-tor es el metal, el movimiento real esde cargas negativas (electrones),pero puede ser de otro tipo de partí-culas, como por ejemplo, los iones,en los casos de los gases y solucio-nes.

Está claro que sólo los protones nopueden moverse en realida, por es-tar presos en los núcleos de los áto-mos.

Por otro lado, los electrones que semueven de un cuerpo hacia otro,no lo hacen todos instantánemente.

Existe un límite para la cantidad yla velocidad con que ocurre el pa-saje. La cantidad y la velocidad sonestablecidas por la intensidad delcampo y, naturalmente, por la ca-pacidad que el conductor tenga depermitir que las cargas se muevan. Siconsideramos un intervalo de tiem-po en que no hay alteración per-ceptible en la carga total de las es-feras, vemos que el flujo de cargasen el conductor se mantiene cons-tante.

Podemos entonces hablar de unaintensidad para este flujo, que va acorresponder a la intensidad de lacorriente eléctrica (figura 18).

La intensidad de una corriente co-rresponde entonces a la cantidadtotal de carga que pasa en cadasegundo por un conductor.

Corriente electr nica y corriente convencionalObserve un hecho interesante: co-

mo las únicas cargas que se puedenmover, en realidad, son los electro-nes, las corrientes eléctricas fluyendesde los cuerpos negativos hacialos cuerpos positivos (figura 20). Estacorriente se denomina corrienteelectrónica, pero no siempre es con-siderada en el estudio de la electrici-dad. De hecho, sabemos que los nú-meros negativos son menores quelos positivos, lo que vuelve muy ex-traño decir que el agua fluye de unlugar de menos presión (negativo)hacia uno de mayor presión (positi-vo), cuando en realidad ocurre todolo contrario. Si las cargas que semueven fueran las positivas, las co-sas podrían ser explicadas del mismomodo y no tendríamos este proble-ma.

Pero, si no podemos ver los elec-trones o cargas de ninguna especie,¿qué nos impide "imaginar" el fenó-meno como si ocurriera en sentido"contrario"?

De hecho, cuando una carga ne-gativa sale de un cuerpo (electrón)y va a neutralizar otra positiva en uncuerpo cargado de este modo, elefecto final es cero, lo mismo que siconsideráramos una carga positivaque sale del que está cargado deeste modo y va hacia el otro (figura21).

En verdad, el efecto de considerarque los electrones saltan hacia la es-fera de la derecha, como muestra lafigura 22, corresponde exactamente


28

Fig. 18

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 21

a la formación de "vacíos" o "aguje-ros" que se desplazan hacia la iz-quierda, que a su vez correspondenjustamente al movimiento "contrario"de cargas positivas. Todo esto signi-fica que podemos perfectamenterepresentar corrientes eléctricas quesalen de cuerpos positivos (polos po-sitivos) y van hacia cuerpos negati-vos, sin que esto esté equivocado.En verdad, es común hacer este tipode represenación. En este caso, de-cimos que estamos representandola corriente convencional y no la co-rriente real o electrónica.

Velocidad de la corrienteUsted acciona el interruptor de la

luz y ¡zas!, la luz se enciende instan-táneamente. Por más largo que seael cable, no conseguirá notar retrasoalguno entre los dos momentos: elaccionamiento del interruptor y elencendido de la lámpara son simul-táneos.

En verdad, lo que ocurre es que elfenómeno de la acción de la electri-

cidad es instantáneo, mientras quela velocidad de las cargas en sí no loes.

Analicemos el fenómeno: Cuandousted acciona el interruptor el esta-blecimiento del campo eléctrico(acción) en el conductor se propa-ga con una velocidad muy grande,del orden de los 300.000 km por se-gundo... `o sea la velocidad de la luz!Esta acción hace que prácticamen-te todos los electrones que tienenmovilidad pasen a saltar de átomoen átomo en la dirección que co-

rresponde a la circulación de la co-rriente (figura 23). Pero la velocidadmedia de los electrones en este mo-vimiento es muy pequeña compara-da con la velocidad con que seestablece la corriente.

Capítulo 2

29

Fig. 22

Fig. 23

La Revolución de los Medios Opticos

El surgimiento del disco compactode audio digital, desencadenóuna revolución en los medios de

almacenamiento de información,considerada ésta en sentido amplio(datos, texto, audio, imágenes, vi-deo), pues permitió grabar enormescantidades de datos en un disco deapenas doce centímetros de diáme-tro. El CD musical y todos los formatosque se derivaron de dicha tecnolo-gía, tienen una base física común: elregistro y lectura de información pormedios ópticos. En este artículo, revi-saremos los principios en que se apo-ya esa tecnología y haremos un re-cuento de los principales formatosque se han derivado del CD musical.

MEDIOS DE SOPORTE DE INFORMACION

Los medios de registro de informa-ción, constituyeron una base funda-mental en el desarrollo de las civili-zaciones, pues permitieron aumen-tar la memoria colectiva, remontar

las barreras del tiempo y, por conse-cuencia, incrementar el bagaje in-telectual de los pueblos. La primeraforma material que se supone seempleó en la antigüe-dad, fue latableta de arcilla, en la cual segrababan incisiones que represen-taban letras o números (la escrituracuneiforme de los antiguos babilo-nios); luego vino el rollo o tira conti-nua de papiro (el antecesor del pa-pel) usado por los antiguos egipcios;más tarde el códice o cuaderno depergamino, que con los siglos evolu-cionó hasta el concepto de hojasde papel agrupadas para formarun volumen (libro); y, finalmente, ennuestro siglo, el disco de acetato, lacinta magnética, el disco magnéti-co y los discos ópticos.

Esta amplia variedad de mediosde almacenamiento, ha implicadouna diversidad de recursos y disposi-tivos para conservar la información:incisiones (bajorrelieve) en las tabli-llas babilónicas; tintas y plumas deave para la escritura sobre papiros y

pergaminos; la imprenta para el es-tampado en papel; los camposmagnéticos para la grabación encinta y discos; surcos grabados enla superficie de discos de acetato yprotuberancias microscópicas so-bre la superficie de un disco de po-licarbonato, para ser leídos median-te un rayo láser.

El surgimiento de los medios ópti-cos, constituyó una transformaciónrotunda de los métodos de almace-namiento de información, puespermitió grabar enormes cantida-des de datos en un disco de ape-nas doce centímetros de diámetro.El primer dispositivo óptico fue el vi-deodisco láser, aunque el medioque desencadenó la revolución delos sistemas ópticos fue el discocompacto de audio digital, capazde almacenar hasta 74 minutos deaudio; de ahí se derivaron múlti-plesformatos y variantes, siendo el másimportante el disco compacto paracomputadora o CD-ROM (Com-pact Disc-Read Only Memory), el

cual permitió almacenar hasta 640megabytes de información.

La ventaja principal del CD-ROM,fue que permitió a las compañías fa-bricantes de software, desarrollarprogramas de computadora de unaclase llamada “multimedia interacti-va”, en la cual se combinan texto,imágenes, sonido, animacio-nes y vi-deo, brindando además al usuario laposibilidad de interactuar de formadinámica con esa información hete-rogénea. Y es que el CD-ROM ofre-ció por primera vez un soporte ligeroy barato para la grabación digitalde enormes cantidades de datos,justamente como las que requiere lamultimedia interactiva.

Todos los formatos ópticos que sederivaron del CD musical, así comolos desarrollos conceptuales y tec-nológicos que propició el CD-ROM,mantienen una base física común: elalmacenamiento y lectura de infor-mación por medios ópticos.

En este artículo, revisaremos losprincipios de grabación y lectura dedatos por procedimientos ópticos yharemos un recuento de los princi-pales formatos que se han derivadodel CD musical.

El surgimiento de la tecnolog a pticaA finales de la década de los 70, la

compañía Philips había desarrolladoun método para grabar informaciónen surcos microscópicos y recu-perarla mediante un rayo láser. Laaplicación que los ingenieros de es-ta compañía le dieron a tan nove-doso sistema fue en el “disco láserde video”, cuyo lanzamiento al mer-cado se dio en 1980, con la inten-ción de ofrecer una alternativa via-ble a los formatos de videocinta Be-ta y VHS, que por entonces inaugu-raban una era en el terreno del vi-deo doméstico.

Sin embargo, tal vez por tratarseen ese tiempo de una tecnologíamuy avanzada para las condicionesde la industria en el mundo, o por re-sultar muy costosa con relación a lasvideocintas, Philips no obtuvo el éxi-to esperado con el videodisco enesos años.

Mas este gran avance sentó lasbases del disco compacto digital. Alrespecto, conviene precisar que enel videodisco láser la información nose graba digitalmente, sino de ma-nera analógica.

Por otra parte, hacia fines de los70, las técnicas digitales habían al-canzado un grado de maduraciónque los hacía susceptibles de apli-carse en electrónica de consumo,en buena medida estimuladas porlos avances en la producción de cir-cuitos de gran escala de integra-ción.

Este panorama, aunado a las ven-tajas de las técnicas digitales sobrelas analógicas, llevó a Philips a con-siderar el desarrollo de un disco láserpara grabación de audio basadoen procedimientos numéricos.

El inconveniente fundamental queenfrentaba Philips para desarrollarun medio de almacenamiento conestas características, era el procesode conversión de la señal analógicaen un formato digital y su posteriorreconversión a la expre-sión análo-ga. Por entonces ya existían desa-rrollos comerciales de circuitos con-vertidores de análogo a digital (A/D)y de digital a análogo (D/A), perocomo Philips había dedicado mu-cho tiempo a la investigación y de-sarrollo de la tecnología para el al-macenamiento y recuperación dedatos en formato óptico, no dispo-nía de un desarrollo propio para laconversión A/D/A de señales de au-dio.

Conscientes de que desarrollar unmétodo propio para resolver estácuestión técnica podría tomarles va-rios años, los directivos de Philips de-cidieron establecer alianzas estraté-gicas con otras compañías que yadisponían de esa tecnología. Con-cretamente, llegaron a un acuerdocon la firma japonesa Sony, para ellanzamiento común del nuevo discocompacto de audio digital.

Los ingenieros de Sony habían de-sarrollado a fines de los 70 un proce-dimiento muy efectivo para la gra-bación de audio análogo en formadigital a través de una codificaciónPCM (Pulse Code Modulation). Inclu-sive, algunos de sus mo-delos de vi-deograbadoras Beta, llegaron a in-cluir circuitos que permitían la adi-ción de un módulo especial para elmanejo del audio estéreo Hi-Fi digi-tal. Finalmente, de la unión de tec-nologías de estas dos grandes em-presas mundiales, surgió en 1982 eldisco compacto de audio digital.Rápidamente, este novedoso siste-ma atrajo la atención de otros fabri-cantes de equipos, pues el CD ofre-ció indudables ventajas sobre los tra-dicionales medios de almacena-miento de audio: el disco negro deacetato y la cinta en casete.

Luz y protuberanciasEn un disco de acetato la informa-

ción se graba mediante pequeñossurcos en forma de espiral; es en lasparedes de dicho surco donde segraba el audio analógico que pos-teriormente es recuperado por unaaguja de zafiro o de diamante (figu-ra 1). La aguja, al recorrer el surco,vibra según las ondulaciones graba-das en las paredes del mismo ytransmite la información de audioanalógico hacia una pastilla mag-nética, donde se obtiene la señaleléctrica respectiva, misma que esfiltrada y amplificada para su poste-rior salida por los altavoces.

¿Cuál es el principio de almace-namiento y lectura de informaciónen los sistemas ópticos? En este ca-so, no existe aguja ni contacto físicoentre el medio recuperador y el me-dio de almacenamiento, como tam-poco existe un surco con pare-desgrabadas.

En los discos ópticos, para alma-cenar los datos, se utiliza un track opista de información constituida porminúsculas elevaciones de longitudvariable, a las cuales se les llama pits(en inglés pit significa hueco, pero seemplea este término porque en eldisco matriz, que es como el negati-vo del CD, la información va codifi-cada en microscópicos huecos o


30

Fig. 1

depresiones). El pit es la célula ounidad básica de información enlos discos ópticos digitales. Las di-mensiones de estos pits son sorpren-den-tes: tienen un ancho de sólo0,5 micras (una micra = una milési-ma de milímetro); su altura es detan sólo 0,11 micras, y su longitudpuede variar desde 0,83 hasta 3,5micras (figura 2). A su vez, la sepa-ración entre tracks adyacentes esde tan sólo 1,6 micras.

Estas dimensiones probablemen-te no tengan para usted un signifi-cado en primera instancia; sin em-bargo, para brindarle una pers-pectiva más apropiada, en la figu-ra 3 se muestra una comparaciónde los tracks de un CD musical conun surco de un disco de acetato ycon el grueso de un cabello huma-no.

Tecnolog a digitalLa tecnología digital tiene nota-

bles ventajas en comparación conlos medios de almacenamiento deaudio y video analógicos, como eldisco de acetato y la cinta de videomagnética.

Con las técnicas analógicas, cual-quier imperfección durante las eta-pas de registro, almacenamiento oreproducción de la grabación afec-ta la calidad de la señal de audioy/o video.

Por ejemplo, un disco sucio provo-ca ruido.

Estas imperfecciones no ocurrenen el almacenamiento digital, don-de gracias a la naturaleza binaria delos datos almacenados, cualquierfuente de ruido externo se eliminarápida y eficientemente, permitien-do la recuperación de una señalque es virtualmente idéntica a la ori-ginal.

De anal gico a digitalEn la tecnología del

disco óptico, excep-tuando la informaciónde video de los discosláser, las señales analógi-cas son convertidas enseñales digitales. Duran-te este proceso, la señalanalógica de audio y/ovideo es dividida en va-rias partes y convertida

en una serie de valores llamadamuestreo . En cada muestreo se ex-

plora una forma de onda que repre-senta una señal de audio o de video,y esta exploración se lleva a cabo enintervalos iguales. La fuerza y la pola-ridad de la señal analógica originalen estos intervalos, pueden expresar-se con números decimales (1, 2, 3,etc.); así, tanto la magnitud como lapolaridad de dicha señal ( + ó - )quedan indicadas de punto a punto.Vea la figura 4.

La frecuencia y el número de bitscon que se mide la magnitud de laseñal en una forma de onda, deter-minan la exactitud del registro de laforma de onda original; por consi-guiente, el número de bits debe sertal que estos pasos deben ser muypequeños; y por lo que se refiere a lafrecuencia, ésta debe ser lo suficien-temente elevada para garantizar lacorrecta captura de todo el anchode banda de la señal original. Unconversor A/D transforma los valoresdecimales en una notación binaria:bits. Los bits sólo consisten en 1(unos) y 0 (ceros), y mediante lacombinación de éstos se puedenexpresar los números de-cimales en forma de no-tación binaria.

Estos son ejemplos de no-tación binaria en tres bits:

Decimal Binaria1 0012 010

La señal analógica seconvierte entonces enuna señal digital queahora consiste en unaserie de pulsos: pulsospara los 1 (unos) y au-sencia de pulsos para los

0 (ceros). Estos pulsos en serie se gra-ban en la superficie del disco maes-tro en forma de pits de tamaño mi-croscópico; y esto se hace con unrayo láser muy fino.

En la mayoría de las grabaciones,cada valor analógico muestreado(44,100 por segundo) es convertidoen una línea de 16 bits en vez de lostres que se acaban de ejemplificar;de esta manera, se obtiene un totalde más de 1 millón de bits por segun-do. Un número de 16 bits de 1 (unos)y 0 (ceros) puede expresar un máxi-mo de 65.536 diferentes valores; osea, que dos posibles valores paracada bit = 216 = 65.536 posibilidades.

OTROS SISTEMAS OPTICOS

Como ya mencionamos principio,esta tecnología tan poderosa no só-lo se aprovecha en los discos digita-les de audio, sino que también seaplica en otros formatos. A conti-nuación se describen algunos de losformatos derivados del disco com-pacto de audio digital.

El disco l ser de videoSi bien el disco láser de video es

anterior al disco compacto de au-dio, ya que fue presentado por Phi-lips en 1980, dos años antes que elprimer CD de audio llegara al mer-cado, como tuvo una acogida muypobre por parte de la industria,prácticamente fue archivado entrelos múltiples formatos que compitie-ron por la supremacía en el mundodel video casero.

Capítulo 2

31

Fig. 2

Fig. 3

El CD-ROMYa mencionamos que los CD-ROM

son físicamente idénticos y de la mis-ma tecnología que un disco com-pacto de audio digital. Justamentepor esas propiedades, es un medioque puede almacenar hasta 640megabytes de información, unacantidad extraordinaria en un redu-cido espacio, comparada con undisco duro promedio.

Precisamente por esa capacidadde almacenamiento, los CD-ROM’sse utilizan sobre todo en aplicacio-nes de multimedia interactiva, don-de los gráficos y el audio consumengrandes cantidades de espacio;aunque cada vez se les emplea conmayor frecuencia en la distribuciónde programas diversos, librerías deprogramas, etc.

El CD-IEl Disco Compacto Interactivo

(CD-I) fue un desarrollo de Philipsque trató de competir con el CD-ROM, ya que su utilidad era prácti-camente la misma; esto es, en unCD-I también podían grabarse tex-tos, imágenes, animaciones, soni-dos, etc. Su ventaja inicial era quepara aprovechar un CD-ROM se ne-cesitaba una computadora perso-nal poderosa, mientras que para uti-lizar los CD-I tan sólo se requería unaparato lector que se conectaba altelevisor.

Disco compacto para fotograf a(Photo-CD)Este es un desarrollo que hizo Ko-

dak a finales de los 80, como unaopción para almacenar un gran nú-mero de fotografías en un CD idénti-co al de audio en dimensiones y tec-nología, pero cuyo formato internoestaba especialmente dedicado almanejo de imágenes.

Durante algún tiempo se vendie-ron lectores especiales de Photo-CD

para conectarlos al televi-sor, utilizando el disco co-mo lbum de fotos ; sinembargo, en la actualidadprácticamente toda estatecnología se ha desplaza-do al mundo de las com-putadoras personales.

Los medios magneto- pticosUna situación especial la tenemos

en un desarrollo relativamente re-ciente, el cual permite la utilizaciónde tecnología óptica combinadacon fenómenos magnéticos: los me-dios de almacenamiento magneto-ópticos para grabar y leer informa-ción digital.

Empleando un rayo láser que ca-lienta la superficie de un materialmetálico al tiempo que se le aplicaun campo magnético, se puede al-macenar información digital, con laventaja de que la densidad de al-macenaje es extraordinariamenteelevada; por ejemplo, en un discode 3,5 pulgadas, se pueden grabardesde 100 hasta varios cientos demegabytes.

Muchas compañías están compi-tiendo para conseguir que su forma-to de discos magneto-ópticos sea elreemplazo de los tradicionales dis-quetes de 1,44MB; el más usual, aun-que ya en vías de la obsolescenciatécnica. Ejemplos de discos magne-to-ópticos son el MiniDisc de Sony,las unidades IOmega, etc.

El DVDEl próximo paso en la evolución de

los medios de almacenamiento ópti-cos es, sin duda alguna, el DVD, si-glas de Disco Versátil Digital. Este dis-co se fabrica con la misma tecnolo-gía de un CD de audio normal, perollevado un paso adelante: gracias ala utilización de nuevas tecnologíasde fabricación de diodos láser y alempleo de frecuencias de opera-

ción más elevadas, es posible redu-cir aun más el tamaño de los pits ydel espacio entre pistas de informa-ción; esto permite una mayor densi-dad de información y, por lo tanto,un incremento significativo en lacantidad de datos que se puedengrabar en un solo disco de 12 cm, dehecho, las dimensiones físicas exter-nas de ambos formatos son las mis-mas.

Un DVD puede contener hasta 4,7gigabytes, y gracias al desarrollo denovedosos métodos de escritura porcapas, esta capacidad puede au-mentar hasta casi 18 gigabytes deinformación en un solo disco de 12cm.

Esa enorme capacidad de alma-cenamiento podría parecer exage-rada para el usuario de computado-ras; sin embargo, resulta ideal parala distribución de películas digitaliza-das, por lo que se calcula que enpocos años el DVD se convertirá enel medio de venta de películas máspopular, por encima de las cintasVHS, ofreciendo además la ventajade una calidad de imagen y sonidosuperiores a las de las cintas analógi-cas.

Sin duda, los medios ópticosconstituyen una alternativa impor-tante en el futuro inmediato, parael registro de cantidades extraordi-narias de información. No obstan-te, los medios magnéticos tambiénse encuentran en gran efervescen-cia; incluso, la vertiente donde secombinan las tecnologías óptica ymagnética resulta cada vez másatractiva para los usuarios de com-putadoras. *****************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboraciónde docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica inter-nacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejo,Felipe Orozco y Leopoldo Parra.


Fig. 4

TVAUDIOVIDEOCOMPUTADORAS



DiodosSemiconductoresDiodosSemiconductores

SSAABBEERR



ResistenciaEléctrica

ResistenciaEléctrica


INDICE DEL

CAPITULO 3

RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctrica .................................35Unidad de resistencia ...................................35La ley de Ohm ...............................................36Resistividad .....................................................37Circuito eléctrico ...........................................38Otra vez la ley de Ohm ................................39Cálculo de la corriente ................................40Cálculo de la resistencia ..............................40Cálculo de la tensión....................................41Los resistores en la práctica .........................41La ley de Joule...............................................42Unidades de potencia, energía y calor...............................................43Calor específico de los materiales..............44

DIODOS SEMICONDUCTORESIntroducción...................................................44Diodos semiconductores ..............................45Diodo rectificador .......................................46Diodo zéner ....................................................47Diodo de corriente constante .....................47Diodo de recuperación en escalón, .........47Diodo invertido .............................................47Diodo túnel .....................................................47Diodo varicap ................................................48Diodo varistor .................................................48Diodo emisor de luz.......................................48

Cupón Nº 3 Guarde este cupón: al juntar 3 de

éstos, podrá adquirir uno de los videosde la colección por sólo $5

Nombre: ________________________para hacer el canje, fotocopie este cupón y

entréguelo con otros dos.

LA RESISTENCIA EL CTRICA

La cantidad de agua que sale deun caño, como se muestra en la figu-ra 1, depende de la altura del tan-que (comparable a la "presión" otensión) y del espesor del caño. Laanalogía eléctrica de este fenóme-no se estudiará enseguida.

Pensando en la analogía con undepósito de agua, vemos que el flu-jo por el caño depende en gran par-te del espesor del mismo. En un cañomás grueso el agua encuentra me-nor "resistencia" y puede fluir conmás facilidad. El resultado es un flujomucho más intenso y por consiguien-te una cantidad mayor de agua.con la electricidad ocurre lo mismo.

Si tenemos una fuente cualquierade energía eléctrica capaz de pro-porcionar cargas en cantidades limi-tadas, que a la vez hace de tanque,la unión con un cable conductor en-tre los polos de la fuente hace que lacorriente pueda fluir y eso nos lleva aun comportamiento semejante aldel tanque de agua (figura 2).

La intensidad de la corriente queva a fluir, es decir, el número de "am-peres" no depende sólo de la tensiónde la fuente sino también de las ca-racterísticas del conductor. Estudia-mos que los materiales se comportande modo diferente en relación a latransmisión de cargas. No existenconductores perfectos. Y además, elcable conductor puede ser fino ogrueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino y largo, dematerial mal conductor de la electri-cidad, el flujo será muy pequeño. Lacorriente encontrará una gran "re-sistencia" u "oposici n" a su circula-ción. Si el cable fuera de un buenmaterial conductor, corto y grueso,la oposición al pasaje de corrienteserá mínima y la corriente intensa (fi-gura 3).

El efecto general de un cable ode un cuerpo cualquiera que es re-corrido por una corriente se denomi-

na Resistencia El c-trica.

Podemos definir laresistencia eléctricacomo:

"Una oposici n alpasaje de la corrien-te."

La resistencia eléc-trica de un conduc-tor depende de di-versos factores, co-mo la naturaleza delmaterial de que estáhecho el conductory del formato (longitud, espesor,etc.).

Unidad de resistenciaSi conectamos un conductor a un

generador (pila) u otra fuente deenergía que establezca una tensiónde 1V y verificamos que es un reco-rrido por una corriente de 1A (1 am-pere) de intensidad, podemos deci-dir entonces que el conductor pre-senta una resistencia de 1 ohm (Ω).

El ohm, abreviado Ω, es la unidadde resistencia. La letra griega ome-ga mayúscula se utiliza para la abre-viatura (figura 4).

Podemos, como en el caso de lacorriente y la tensión, usar múltiplos ysubmúltiplos del ohm para represen-tar resistencias grandes y chicas. Esmás común el uso de múltiplos.

Es así que si tuviéramos una resis-tencia de 2.200 ohms, podemos, enlugar de ese número, escribir 2k2 ó2,2k, donde ksignifica "kilo"o 1.000 ohm.Vea que po-demos usarloal final delnúmero o enlugar de lacoma deci-mal.

Del mismo modo, si tuviéramos unaresistencia de 1.500.000 ohm pode-mos escribir 1M5 ó 1,5MΩ donde Msignifica "Mega" o millones de ohm.

Vea en este caso que también la

Capítulo 3

35

Capítulo 3

Resistencia Eléctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

letra M puede usarse al final del nú-mero o en lugar de la coma deci-mal.

LA LEY DE OHM

Una de las leyes más importantesde la electricidad es la Ley de Ohm.

Para enunciarla, conectemos a lafuente de energía eléctrica que es-tablezca tensiones diferentes, un ca-ble conductor que presente ciertaresistencia y midamos las corrientescorrespondientes, comprobaremosque se dan determinadas situacio-nes que permitirán verificar esta im-portante ley (figura 5).

Lo que hacemos entonces es apli-car al conductor diferentes tensionesy anotar las corrientes correspon-dientes.

Si tenemos una tensión de 0V lacorriente será nula.

Si tenemos una tensión de 1V, lacorriente será de 0,2A.

Si tenemos una tensión de 2V, lacorriente será de 0,4A.

Podemos ir anotando sucesiva-mente las tensiones y las corrientes

correspondientespara este conduc-tor determinado yformar una tabla:

Tensi n Corriente (V) ...................(A)0.........................01 ......................0,22 ......................0,43 ......................0,64 ......................0,85 ......................1,06 ......................1,27 ......................1,48 ......................1,69 ......................1,810 ...................2,0

Analizando la ta-bla sacamos dosconcluisones impor-tantes:

1) Dividiendo latensión por cual-quier valor de la co-rriente obtenemossiempre el mismonúmero:

1/0,2 = 55/1,0 = 58/1,6 = 5

El "5", valor constante, es justamen-te la resistencia.

La resistencia depende, por lo tan-to, de la tensión y de la corriente ypuede calcularse dividiendo la ten-

sión (V) por la corriente (I). (En las fór-mulas representamos las tensionespor E o V y las corrientes por I). Pode-mos establecer la importante fórmu-la que expresa la Ley de Ohm:

VR = ____ (1)

I

Para calcular la resistencia de unconductor (o de otro elemento cual-quiera) basta dividir la tensión entresus extremos por la corriente que cir-cula en el elemento. De la fórmulaobtenemos otras dos:

V = R x I (2)I = V/R(3)

La primera nos permite calcular la"ca da de tensi n en un cable" ocuántos volt cae la tensión a lo largode un conductor en función de su re-sistencia.

La segunda nos da la corriente,cuando conocemos la tensión y laresistencia de un conductor.

2) Graficando los valores de lastensiones y corrientes de un conduc-tor obtenemos la representación si-guiente (figura 6).

Unidos los puntos obtenemos unarecta inclinada. Esta recta es la "cur-va características de una resisten-cia".

Si se tienen dos conductores conotras resistencias, podemos hacer losgráficos y obtener "curvas" con incli-naciones diferentes (figura 7).


36

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

La inclinación de la "curva" se mi-de por la tangente (tg) del ángulo.

Esa tangente es justamente el va-lor dado de la tensión por la corrien-te correspondiente, como muestra lafigura 8. La tangente del ángulo A(tgA) corresponde entonces a la re-sistencia del conductor.

Es importante que recuerde que:- El cociente de la tensión y la co-

rriente en un conductor es su resis-tencia.

- En un conductor la corriente esdirectamente proporcional a la ten-sión.

- La "curva característica" de unconductor que presente una ciertaresistencia, es una recta.

Vea que todos los conductorespresentan curvas como las indica-das. Los componentes o elementoque presentan este tipo de compor-tamiento se denominan "dipolos li-neales" y podemos citar a los resisto-res y a los conductores comoejemplos. Existen también di-polos no lineares cuyas "cur-vas" pueden presentar confi-guraciones diferentes comose ve en la figura 9.

RESISTIVIDAD

Como vimos la resistenciade un conductor dependede tres factores: longitud, es-pesor y tipo de material. De-

jando de lado la longitud y el espe-sor, podemos analizar los diversosmateriales en función de una magni-tud que caracteriza a los conducto-res de la electrici-dad.

Es así que deci-mos que el cobre esmejor conductorque el aluminio, enel sentido de que sipreparáramos uncable de cobre yotro de aluminio, dela misma longitud yespesor, el cable decobre presentarámenor resistencia(figura 10).

Existe entoncesuna magnitud, la"resistividad" quecaracteriza el ma-terial de que estáhecho el conductoreléctrico y que nodepende de las di-

mensiones del cuerpo final que for-mará, sea un cable, una barra, unaesfera, etc.

La resistividad se representa con laletra griega ρ (ro) y al final de estalección se dará una tabla compara-tiva de resistividades de los metalescomunes. Vemos entonces que, res-pecto de las resistividades, al del alu-minio es de:

0,028 ohm. mm2/m

y la del cobre es bastante menor:

0,017 ohm.mm2/m

¿Qué significan esos valores?Sifnifica que si hacemos un cable

(alambre) de cobre de 1 m de longi-tud y 1 mm2 de sección, tendrá unaresistencia de 0,0175 ohm.

La sección recta es el área del cor-te transversal del alambre comomuestra la figura 11.

Capítulo 3

37

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Vea que tenemos alambres concorte circular y también con cortecuadrado. Si sus superficies fueraniguales, en el cálculo son equivalen-tes.

La fórmula que permite calcular laresistencia de un cable de metalcualquieira, conociendo su resistivi-dad, es:

lR = ρ . _____ (4)

S

Donde: ρ es la resistividad en ohms.

mm2/ml es la longitud del cable en

metrosS es la superficie de la sec-

ción transversal en mm2

Si el cable fuera de sección circu-lar, la superficie puede calcularse enfunción del diámetro mediante lafórmula siguiente:

π D2

S = _____4

Donde: D es el diámetro del cable

en mm.La resistividad es una magnitud in-

herente al material, que lo caracteriza

como buen o mal con-ductor de la electrici-dad.

¿Qué es lo que real-mente causa la resis-tencia de un material,un metal, por ejem-plo?

—La oposición alpasaje de la corrienteeléctrica por el mate-rial, o sea que la resis-tencia depende de la

cantidad de electrones libres que elmaterial posee, además de la exis-tencia de fuerzas que pueden alte-rar su movimiento.

En un metal, por ejemplo, la can-tidad de electrones libres depende,en parte, de su temperatura, pero lamisma temperatura hace que la agi-tación de las partículas aumente, es-to dificulta el movimiento de las car-gas. Entonces, tenemos para los me-tales una característica importante:como la agitación de las partículas(átomos) predomina en relación a laliberación de las cargas, la resistivi-dad aumenta con la temperatura.

Para los metales puros, el coefi-ciente de temperatura, o sea la ma-nera en que aumenta la resistividad,está cerca del coeficiente de ex-pansión térmica de los gases que es1/273 = 0,00367.

¿Qué significa decir que la corrien-te es directamente proporcional a latensión, en el caso de la Ley deOhm?

— Tiene mucha importancia en-tender ese significado pues apareceen muchas leyes físicas relativas a laelectricidad. Decir que una corrientees directamente proporcional a latensión significa que a cualquier au-mento o disminución de la tensión(causa) corresponde en relación di-

recta un aumentoo disminución decorriente. En el ca-so de aumentar latensión el 20%, lacorriente aumenta-rá en la misma pro-porción. En la rela-ción de proporcióndirecta, las magni-tudes que intervie-nen aparecen

siempre con el exponente "1". En este caso, la tensión y la co-

rriente en la Ley de Ohm no estánelevadas al cuadrado ni a otro ex-ponente como sucede en otros tiposde relación.

En la relación X = Y2, por ejemplo,existe una relación de proporción di-recta al cuadrado. Puede decirse eneste caso que "X es directamenteproporcional al cuadrado de Y".

Vea que todos los valores están enel numerador.

En la relación X = 1/Y2 puede decir-se que X es inversamente proporcio-nal al cuadrado de Y, pues Y está alcuadrado y en el denominador.

En la figura 12 se muestran curvasque representan relaciones directa-mente proporcionales al cuadrado einversamente proporcionales al cua-drado. Ahora bien, ¿siempre que ha-ya una tensión y un cable va a circu-lar corriente?

La respuesta es NO. Para que cir-cule corriente y se verifique la Ley deOhm, debe existir un circuito cerra-do; por ello, veamos que nos dice laLey de Ohm desde otro enfoque.

CIRCUITO EL CTRICO

La aplicación de cargas eléctricascon signo contrario a los extremos deun conductor no es suficiente paralograr una corriente eléctrica cons-tante, pues solo se lograría la circula-ción, por un momento, de flujo decorriente eléctrica, hasta que lascargas de los extremos se hayanneutralizado, tal como se muestra enla figura 13.


38

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Para que en un conductor hayacorriente eléctrica, los electrones li-bres deberán moverse constante-mente en una misma dirección, loque se consigue por medio de unafuente de energía para aplicar lascargas de signo contrario a los extre-mos del conductor; las cargas nega-tivas serán atraídas por las cargaspositivas del otro extremo. Por cadaelectrón que dé la fuente al conduc-tor por el lado negativo, existirá otroen el lado positivo; entonces la co-rriente fluirá de manera constantemientras se mantengan aplicadas alconductor las cargas eléctricas de lafuente de energía, por tanto, se lla-ma circuito cerrado o completo (fi-gura 14).

Un claro ejemplo de fuentes deenergía eléctrica son las baterías ylas pilas. Para que haya flujo cons-tante de corriente, el circuito deberáestar cerrado o completo. Ahora, si

un circuito se inte-rrumpe en cual-quier punto, la co-rriente dejará defluir y se dice que esun circuito abierto;éste puede abrirsedeliberadamentepor medio de un in-terruptor, u ocurrircomo consecuen-cia de fallas o des-perfectos en un ca-ble o una resisten-cia quemada, porejemplo. Por lo ge-neral se usan fusi-bles como protec-ción del circuitocontra excesos decorrientes que pue-dan perjudicar lafuente de tensión.Sepamos que el fu-sible tiene la fun-ción de abrir el cir-cuito cuando la co-rriente excede elvalor límite, ya queen un circuito serieabierto no hay flujode corriente, y nohay caída de ten-sión sobre las resis-tencias que formanla carga (Figura 15).

En el circuito decorriente continua, la resistencia eslo único que se opone al paso de lacorriente y determina su valor. Si elvalor de la resistencia fuera muy pe-queño, la corriente a través del cir-cuito sería demasiado grande. Por lotanto, el cortocircuito es la condi-ción de resistencia muy baja entrelos terminales de una fuente de ten-sión. Se dice que un circuito está encorto cuando la resistencia es tanbaja que el exceso de corriente pue-de perjudicar los componentes delcircuito; los fusibles y los tipos de inte-rruptores automáticos protegen loscircuitos contra el peligro de los cor-tocircuitos.

OTRA VEZ LA LEY DE OHM

Sabiendo que la corriente que flu-ye por un circuito cerrado dependede la tensión aplicada y de la resis-

tencia de la carga, podemos hacerlas siguientes observaciones:

Recordemos que una fuente detensión origina una corriente eléctri-ca en un circuito cerrado, y que laresistencia del circuito se opone aella; por lo tanto, hay una estrecharelación entre la tensión, la corrientey la resistencia, lo que fue descubier-to por el físico alemán OHM, quiendespués de varios experimentos hizoestas comprobaciones:

a) Si la resistencia del circuito semantiene constante y se aumenta latensión, la corriente aumenta.

b) Si en el mismo circuito se dismi-nuye la tensión, la corriente disminu-ye proporcionalmente.

Ohm, de lo anterior, dedujo que:"la corriente, en cualquier circuito, esdirectamente proporcional a la ten-si n aplicada".

Y además:

c) Si la tensión de la fuente semantiene constante y se cambia laresistencia del circuito por otra ma-yor, la corriente disminuye.

d) Si en el mismo circuito la resis-tencia disminuye, el valor de la co-rriente aumenta.

OHM dedujo: "la corriente es inver-samente proporcional a la resisten-cia del circuito".

La relación entre corriente, tensióny resistencia constituye la ley funda-mental de la electricidad y se cono-ce como "LEY DE OHM", que se re-sume así:

"en todo circuito el ctrico, la co-rriente es directamente proporcionala la tensi n aplicada e inversamenteproporcional a la resistencia del cir-cuito".

Matemáticamente se expresa así: V

I = ____R

que nos muestra que la corrienteen un circuito es igual al valor de latensión dividido por el valor de la re-sistencia. Hay también otras dos fór-

Capítulo 3

39

AL APLICAR CAR-GAS ELECTRICAS AUN CONDUCTOR,SE PRODUCE UNACORRIENTE ELEC-TRICA QUE DESA-PARECE CUANDOSE NEUTRALIZANDICHAS CARGAS

Fig. 13

I - CORRIENTELAMPARA(CARGA)

BATERIA(TENSION)

Fig. 14

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

Fig. 15

mulas útiles de la ley de Ohm y son:

VR = ___

I

que nos muestra que la corrientees igual a la tensión dividida por lacorriente y

V = I . R

que nos muestra que la tensión esigual a la corriente multiplicada porla resistencia (figura 16).

Recordemos siempre las 3 fórmulasde la Ley de Ohm, ya que son muyimportantes, y las usaremos frecuen-temente. Al comienzo es imprescin-dible tener el gráfico de la figura 17a la vista, pues ahí tenemos las for-mas de la ley de Ohm. Si necesita-mos calcular I, la tapamos y nos que-da V/R, si queremos calcular R, ta-pamos y nos queda V/I; y si necesita-mos calcular V, tapamos y nos que-da I . R.

C LCULO DE LA CORRIENTE

Si necesitamos calcular cualquierade los 3 factores intervinientes en uncircuito eléctrico, es mejor estar se-guros, en primer término, de cuál esel factor que se desconoce, —la in-cógnita— y después elegir la ecua-ción apropiada para resolver el pro-blema, tal como se muestra en la fi-gura 18. Se debe encontrar el valor

de la corriente que circularáen el circuito de la figura, for-mado por: una fuente deenergía de 200V, una resis-tencia de 40Ω y un fusibleque soporta 6A máximo.

¿Se excederá la capaci-dad del fusible al cerrar el in-terruptor?

El primer paso será el dedeterminar el valor de la co-rriente que circulará por elcircuito cuando se cierre elinterruptor.

Usaremos la ecuación:

VI = _____

R

entonces:

V 200VI = _______ = ________ = 5A

R 40Ω

Teniendo como resultadoque si la corriente es sola-mente de 5A, la capacidaddel fusible no será sobrepa-sada y éste no se quemará;pero, pensemos qué pasarási se usa una resistencia de10Ω en el circuito.

Hagamos el mismo cálculousando la misma ecuación:

V 200VI = ____ = _____ = 20A

R 10Ω

La corriente de 20 ampereresultante excederá la ca-pacidad del fusible, que essolamente de 6 ampere, yéste se fundirá al cerrar el in-terruptor (figura 19).

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA

Si queremos calcular el valor de laresistencia necesaria para produciruna cierta cantidad de corriente enun circuito con una tensión dada,usaremos la segunda ecuación de laley de Ohm:

VR = _____

I

En el circuito de la figura 20 fluyeuna corriente de 5 ampere cuando

el reostato se ajusta a la mitad de suvalor.

¿Cuál será el valor de la resistenciadel circuito si la batería es de 30 volt?

V 30VR = _____ = _______ = 6Ω

I 5A

La figura 21 nos muestra que la co-rriente por el circuito es de 10A;¿cuál será en este caso el valor de laresistencia?

Usamos otra vez la misma ecua-ción para resolver el problema.


40

Fig. 16

I

V

R

I

V

R

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

FUSIBLE DE 6A

I

R40Ω

V200V

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

R10Ω

V200V

Fig. 20

Fig. 21

I = 5A

R = ?Ω

V = 30V

I = 10A

R = ?

V = 30V

V 30VR = ___ = ______ = 3Ω

I 10A

Entonces queda expuesto que,para duplicar el valor de la corriente,debe disminuirse la resistencia a lamitad.

C LCULO DE LA TENSI N:

La tensión de un circuito puedecalcularse por la tercera fórmula dela ley de Ohm: V=I R

El foquito del circuito señalado enel diagrama de la figura 22 tiene unaresistencia de 200Ω y al cerrar el inte-rruptor circula por él una corrientede 1 ampere;

¿Cuál será la tensión de la bate-ría?

Aquí la incógnita es la tensión; lue-go, la ecuación a usar será:

V = IR

V = I.R = 1A x 200Ω = 200V

Después de estar encendido du-rante algunas horas, por el circuitodel foco solamente circulan 0,5 am-pere. La batería se agotó, ¿cuál serála tensión que ahora entrega el cir-cuito? (figura 23).

V = I R = 0,5A . 200Ω = 100V

La corriente disminuyó a la mitadporque la tensión se redujo a la mi-tad de su valor.

LOS RESISTORES EN LA PR CTICA

En las aplicaciones prácticas pue-de resultar necesario ofrecer unacierta oposición al pasaje de la co-rriente. Eso puede hacerse con finali-dades diversas, como por ejemplo:reducir la intensidad de una corrien-te muy intensa para un fin detemina-do, transformar la energía eléctricaen calor y también reducir la tensiónque se aplique a un elemento de unaparato. En electrónica encontra-mos, entonces, el uso de dispositivoscuya finalidad es justamente ofreceruna oposición al pasaje de una co-rriente, o sea que presentan "resisten-cia eléctrica". Estos dispositivos sedenominan "resistores".

Los resistores son, de todos loscomponentes electrónicos, los máscomunes y aparecen en gran canti-dad en los aparatos. El funciona-miento de los resistores es uno de lostemas de esta lección.

El otro tema se refiere a lo que su-cede con la energía eléctrica en losresistores. El efecto térmico que es-tudiamos anteriormente es el másimportante manifestado por los re-sistores y su tratamiento es funda-mental en los proyectos de apara-tos. la importante ley que rige latransformación de energía eléctricaen calor, en los resistores, es la Leyde Joule, que también se trata eneste capítulo.

Los resistores son bipolos que si-guen la Ley de Ohm, o sea, dispositi-vos en los que dentro de una bandadeterminada de tensiones, la co-rriente es directamente proporcio-nal, lo que significa una resistenciaconstante.

En la figura 24 mostramos los tressímbolos más comunes que se usanen la representación de resistores.

En los diagramas en que se repre-sentan muchos resistores, éstos seidentifican con la letra "R" seguidadel número de orden 1, 2, 3, etc. queindica la posición del componenteen el circuito. Junto con la identifica-ción del resistor puede citarse su va-lor en las unidades que ya conoce-mos, como el ohm y sus múltiplos (ki-lohm y megahom).

En la figura 25 se ven algunos tiposde resistores (cuya construcción setratará en la próxima lección).

En verdad, los conductores pue-den considerarse como resistores devalores muy bajos, ya que no existenconductores perfectos. Solamentecuando necesitamos resistencia porencima de un cierto valor es que ha-cemos uso de componentes especí-ficos. Una resistencia de fracción de

ohm puede obtenerse cortando untrozo de conductor de largo y espe-sor determinados. Para una resisten-cia mayor, digamos 1.000Ω o100.000Ω, necesitamos ya un com-ponente específico pues el cableempleado para eso tendría una lon-giutd prácticamente imposible. Es asíque el material usado en la construc-ción de los resistores depende fun-damentalmente de la resistenciaque deseamos que presente.

La Ley de Joule

La energía eléctrica puede con-vertirse en energía térmica, o sea en

Capítulo 3

41

S

I = 1A

R200ΩV

?

Fig. 22

S

I = O.5A

R200Ω

V?

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

calor. El efecto térmico de la corrien-te eléctrica, que fue tema de leccio-nes anteriores, mostró al lector quesu utilidad práctica es muy grande,por la cantidad de aparatos que po-demos construir.

Pero, ¿cuál es el origen del efectotérmico?

Cuando una corriente eléctricaencuentra oposición a su pasaje, el"esfuerzo" que tiene que efectuarpara poder pasar se convierte encalor.

Los portadores de carga que for-man la corriente eléctrica "chocan"con los átomos del material conduc-tor y aumentan su agitación y, porconsiguiente, su temperatura (figura26). Podemos sacar en conclusiónque en todo medio que presentauna cierta resistencia al pasaje deuna corriente, siempre hay produc-ción de calor. En un resistor, todo es-fuerzo que se gasta para que pase lacorriente se transforma en calor.

Recuerde—En los resistores, la energía eléc-

trica se convierte en calor (energíatérmica).

Por supuesto que el lector no debeconfundir calor con temperatura. El

calor es una forma deenergía mientras que latemperatura indica elestado de agitación delas partículas de un cuer-po.

Cuando calentamosun cuerpo, aumenta laagitación de sus partícu-las y eso significa que latemperatura sube. Perosi tenemos dos porcionesdiferentes de agua, ve-mos que una necesitamás tiempo que la otrapara calentarse a la mis-ma temperatura. Estosignifica que la cantidadde energía térmica quedebemos entregar auna es mucho mayorque la otra, o sea queprecisa mayor cantidadde calor (figura 27).

Es así que después decalentadas, las dos can-tidades de agua, auncon la misma tempera-tura, representan distin-

tas cantidades de calor.La cantidad de calor que puede

proporcionar una corriente cuandocircula por un resistor, obedece a laLey de Joule que se explica a conti-nuación. La cantidad de energíaque se convierte en calor en cadasegundo en un resistor, se mide enwatt (W). El watt puede usarse tam-bién para medir otros tipos de poten-cia (potencia es la cantidad deenergía por segundo).

Podemos usar el watt para medirla potencia de un motor (potenciamecánica), la potencia de un amplifi-cador (potencia sonora) o la poten-cia de una lámpara eléctrica (po-tencia luminosa) y muchas otras.

En nuestro caso trataremos ahoraexclusivamente la potencia térmica,o sea la cantidad de ener-gía que los resistores con-vierten en calor.

Es importante observarque en los resistores toda laenergía que reciben seconvierte en calor (figura28). La potencia que seconvierte en calor en unresistor depende tanto dela tensión en sus extremos,como de la corriente circu-

lante. Llamando P a la potencia, I ala intensidad de la corriente y V a latensión entre sus extremos, podemosescribir la expresión matemática dela Ley de Joule:

P = V x I

Eso queire decir que, para calcularla potencia que se convierte en ca-lor en un resitor, debemos multiplicarla corriente por la tensión en el resis-tor y el resultado se obtendrá en watt(si la corriente estuviera dada en am-pere y la tensión en volt, ¡claro!).

Ejemplo: en un resistor conectadoa una fuente de energía de 10V, cir-cula una corriente de 2A.

¿Cuál es la potencia convertidaen calor?

I = 2AV = 10VPor lo tanto:

P = I x VP = 2 x 10P = 20 watt

El resistor convierte en calor unapotencia de 20 watt.

Ahora, como la circulación de lacorriente en un resistor está regidapor la Ley de Ohm, podemos calcu-lar también la potencia en funciónde la resistencia. Partiendo de la re-lación R = V/I podemos llegar a dosnuevas expresiones de la Ley de Jou-le.

P = V2 /RP = R x I2

La primera se usará cuando que-ramos calcular la potencia en fun-ción de la tensión y la resistencia, encambio, la segunda, cuando quera-mos calcular la potencia a partir dela resistencia y la corriente.


42

Fig. 27

Fig. 28

Fig. 26

UN POCO DE TERMODIN MICA

El calor generado en los circuitoselectrónico, en vista de la Ley deJoule, no puede quedar en los circui-tos. Es importante saber cómo pue-de "disiparse" el calor o sea cómopuede transferirse al medio ambien-te para asegurar la estabilidad térmi-ca del conjunto, para evitar que latemperatura se eleve por encima delos límites que pueden soportar laspiezas. Las maneras por las que sepropaga el calor deben formar par-te, entonces, de nuestro curso, por laimportancia que tienen en este ca-so. Hay tres formas de propagacióndel calor:

1. Conducci n: esta forma se pare-ce mucho a la electricidad. Del mis-mo modo que los portadores pue-den "saltar" de átomo en átomo, elcalor producido por la agitación delas partículas puede transmitirse deátomo a átomo de un cuerpo (figu-ra 29).

Como ocurre con la electricidad,también hay buenos y malos con-ductores de calor.

Los metales son buenos conducto-res de calor. Si se toma un cuchillo

por el mango y se calienta la puntaal fuego, en poco tiempo, por con-ducción, el mango también estarácaliente.

2. Radiaci n: todos los cuerposque estén por encima del cero abso-luto (-27 3°C) tienen sus partículas enestado de vibración continua. Esa vi-bración hace que los electrones sal-ten a niveles diferentes de energía yen esos saltos, emiten radiaciónelectromagnética (figura 30).

Si la temperatura del cuerpo fuerainferior a 1.500°K, la mayoría de lossaltos de los electrones se producenentre niveles tales que la emisión deradiación se efectúa en el espectroinfrarrojo (entre 8.000Å y 40.000Å)

No podemos ver esta radiación,pero la sentimos cuando acercamosla mano a una plancha caliente (fi-gura 31). El hecho es que esta radia-ción significa que el "calor" está sien-do irradiado al espacio en forma deondas que se propagan ¡a 300.000kilómetros por segundo!

Los cuerpos pintados de negro irra-dian mejor el calor que los claros.

3. Convecci n: finalmente tene-mos la irradicación de calor por con-

vección, que ocurre porque el aguay el aire calentados son más livianosque el agua o el aire fríos.

Los globos llenos de aire calienteascienden por esta razón. Cuandoel aire toca un cuerpo caliente, secalienta, se hace más liviano y as-cendiendo forma corrientes de con-vección que pueden "llevar" el calorlejos.

UNIDADES DE POTENCIA, ENERGŒA Y CALOR

No debemos confundir de maneraalguna, las tres magnitudes que he-mos citado en esta lección: poten-cia, energ a y calor.

La potencia es el centro de nues-tra atención pero debemos empezarpor la energía.

Decimos que un resorte contieneenergía porque puede realizar untrabajo, o sea, puede mover algunacosa, puede accionar algo, o ejer-cer una fuerza durante un ciertotiempo (figura 32).

Un cuerpo cargado, que puedaproducir una corriente eléctrica,también posee energía que puedeusarse para establecer una corrienteen un conductor o en un resistor.

En los dos casos, la energía dispo-nible se mide en joule (J).

El efecto que pueda tener la ener-gía, depende de la cantidad que segaste en un segundo. Un resistor pue-de "gastar" energía más o menos rá-pidamente, precisará más o menosenergía en cada segundo. Esa "velo-cidad" con que la energía se gasta,es la potencia. Un motor de mayorpotencia "consume" más combusti-ble (o más rápidamente) que un mo-tor de menor potencia. Esa potenciase mide en watt (W).

Capítulo 3

43

Fig. 29

Fig. 30

Fig. 31

INTRODUCCI N

Un semiconductor es un material(generalmente silicio o germanio)cuyas características de conducióneléctrica han sido modificadas. Paraesto, como sabemos, ha sido combi-nado, sin formar un compuesto quí-mico, con otros elementos.

A este proceso de combinación sele llama dopado. Por medio de éste,se consiguen básicamente dos tiposde materiales: tipo N, en los que se

registra un exceso relativo de elec-trones dentro del material, y tipo P,en los que se presenta un déficit deelectrones (figura 1). Los dispositivoselectrónicos se forman con diferen-

tes combinaciones de materiales ti-po P y N, y las características eléctri-cas de cada uno de ellos están de-terminadas por la intensidad del do-pado de las secciones de los semi-

1 watt = 1 joule por segundo

Por otra parte, para in-dicar la energía que segasta en el calenta-miento de los cuerpos,existe una unidad pro-pia que es la caloría(cal), (figura 33).

1 caloría = 4,18 joul, o:1 joule = 0,24 cal

Hay una fórmula quepermite establecer elcalentamiento de uncuerpo (si no hay cam-bio de estado, esto es,fusión o ebullición) enfunción de su capaci-dad térmica:

Q = c x m x ∆t

Donde:c es el calor específico del cuerpo

Q es la cantidad de calor en calo-rías

m es la masa del cuerpo en gra-mos

˘ t es la variación de temperaturaque ocurre

El calor que puede transferirse deun cuerpo a otro por conducci n, ra-diaci n o convecci n.

CALOR ESPECŒFICO DE LOS MATERIALES

La tabla 4 da el calor específicode diversas sustancias, medido a20°C. Por lo tanto, se trata de la can-tidad de calorías que se necesitanpara elevar en un grado centígradola temperatura de 1 gramo de la sus-tancia que se encontraba a 20°C.

Por último, en la tabla 5 se da laconductividad térmica de algunosmateriales.


44

Tabla 4

Sustancia Calor específico Punto de fusión(X cal/g.°C) (°C)

Acetona 0,52 -94,3Aluminio 0,21 658,7Benceno 0,407 5,5Bronce 0,0917 900Cobre 0,094 1.083Alcohol etílico 0,58 -114Glicerina 0,58 -20Oro 0,032 1.063Agua 1 0Hierro 0,119 1.530Plomo 0,03 327Mercurio 0,033 -38,9Níquel 0,11 1.452Plata 0,056 960

Tabla 5

Sustancia Conductividad térmica(kcal/m . h . °C)

Aluminio 180Hierro 54Cobre 335Oro 269Mercurio 25Plata 360Acero 39Amianto 0,135Concreto 0,1 a 0,3Baquelita 0,25Vidrio 0,64Granito 1,89Hielo 1,9Papel 0,12

Fig. 32

Fig. 33

Diodos Semiconductores

Fig. 1

Capítulo 3

45

conductores, así como por el tama-ño y organización física de los mate-riales. Gracias a esto es posible fabri-car, por ejemplo, un transistor paracorrientes pequeñas y otro para co-rrientes elevadas, aunque la formabásica de los dos sea la misma.

Diodos semiconductores

Los diodos realizan una gran varie-dad de funciones; entre ellas, la rec-tificación de señales de corriente al-terna en fuentes de poder y en ra-dios de AM, reguladores de voltaje,formadores de onda, duplicadoresde voltaje, selectores de frecuencia,detectores de FM, disparadores, in-dicadores luminosos, detectores dehaz, generadores láser, etc. Las apli-caciones de los diodos son muchasy muy variadas; de ahí la importan-cia de conocerlos más a fondo.

Los diodos semiconductores sondispositivos conformados por dossecciones de material semiconduc-tor, una tipo P y la otra tipo N. Sunombre proviene de la contracciónde las palabras dos electrones , eninglés. En la actualidad, la palabradiodo se utiliza de manera más

amplia para definir a muchosdispositivos semiconductoresque únicamente tienen dosterminales de conexión; esto,a pesar de que su formacióninterna sea de más de dossecciones de material semi-conductor. A la sección P deun diodo se le conoce con elnombre de nodo , y a lasección N con el de c to-do .

En un diodo, su sección Ntiene impurezas que le permi-ten tener un exceso de elec-trones libres en su estructura;así, dicha sección se hace decierta forma negativa. Y co-mo en su sección P las impu-rezas provocan un déficit deelectrones libres, la misma setorna positiva. Cuando nohay una tensión aplicada enlas secciones del diodo, sedesarrolla un fenómeno inte-resante en la unión P-N: loselectrones libres de la sec-ción N se recombinan (seunen) con los huecos cerca-nos a la unión de la sección

P. A esta recombinación en la unióndel diodo, se le denomina dipolo .La formación de dipolos en la zonade unión, hace que en esa parte seregistre un déficit de portadores; poreso se le llama zona de deplexi n(figura 2).

Cada dipolo tiene un campoeléctrico entre los iones positivo ynegativo. Los electrones son repeli-dos por este campo, cuando tratande cruzar la zona de deplexión pararecombinarse con huecos más ale-jados del otro lado. Con cada re-combinación aumenta el campoeléctrico, hasta que se logra el equi-librio; es decir, se detiene el paso deelectrones del semiconductor tipo Nhacia el tipo P. El campo eléctricoformado por los iones, se denominabarrera de potencial ; para los dio-

dos de germanio, es de 0,2 volt; pa-ra los diodos de silicio, es de 0,7 volt.

Si se conecta una fuente de po-tencial eléctrico (por ejemplo, unapila o batería) a las terminales deldiodo, de forma que el polo positivode la fuente coincida con la sec-ción P del diodo y el polo negativocon la sección N, se dice que el dio-do está en polarización directa. Pe-

ro cuando el polo positivo se conec-ta a la sección N del diodo y el polonegativo a la sección P, entonces eldiodo está polarizado de manera in-versa.

Cuando el diodo se encuentra enpolarización directa, los electroneslibres de la sección N y los huecosde la sección P son repelidos haciala unión P-N debido al voltaje apli-cado por la fuente externa. Si el vol-taje de polarización es más grandeque el valor de la barrera de poten-cial, entonces un electrón de la sec-ción N cruzará a través de la uniónpara recombinarse con un huecoen la sección P. El desplazamientode los electrones hacia la unión, ge-nera iones positivos dentro de lasección N, los cuales atraen a loselectrones del conductor externohacia el interior del cristal. Una vezdentro, los electrones pueden des-plazarse también hacia la unión pa-ra recombinarse con los huecos dela sección P, mismos que se convier-ten en electrones de valencia y sonatraídos por el polo positivo del con-ductor externo; entonces salen delcristal (semiconductor P), y de ahí sedirigen hacia la batería (figura 3).

El hecho de que un electrón devalencia en la sección P se muevahacia el extremo izquierdo, es equi-valente a que un hueco se despla-ce hacia la unión. Este proceso deflujo de corriente en el diodo semantiene, en tanto exista la polari-zación directa con el valor de volta-je mayor a la barrera de potencial.

Si el diodo está polarizado de ma-nera inversa, los huecos de la sec-ción P son atraídos hacia el polo ne-gativo de la batería y los electronesde la sección N son atraídos haciael polo positivo. Puesto que huecosy electrones se alejan de la unión, lazona de deplexión crece de acuer-do con el valor del voltaje inversoaplicado a las terminales del diodo.Por tanto, la zona de deplexión dejade aumentar cuando tiene una di-ferencia de potencial igual al valorde la tensión inversa aplicada. Conla zona de deplexión aumentada,no circula entonces corriente eléc-trica; la razón es que el dispositivo,en cierta forma, aumentó al máxi-mo su resistencia eléctrica interna(figura 4).

Aunque de manera práctica con-

Fig. 2

Fig. 3

sideremos que no hay flujo de co-rriente eléctrica a través del diodoen polarización inversa, realmente síse genera un pequeño flujo de co-rriente eléctrica inversa. El calor delambiente, hace que de manera es-pontánea se generen pares hueco-electr n suficientes para mantenerun diminuto flujo de corriente eléctri-ca. A la corriente eléctrica inversatambién se le conoce como co-rriente de portadores minoritarios .Hay otra corriente que se genera demanera paralela a la corriente inver-sa, y es la eléctrica superficial de fu-gas; ésta es producida por impure-zas en la superficie del cristal e im-perfecciones en su estructura inter-na.

Los diodos tienen un valor de vol-taje inverso máximo, que puede seraplicado en sus terminales sin serdestruido. Este valor depende de laconstrucción interna del diodo. Paracada diodo, el fabricante especificael valor de tensión inversa.

Para efectos prácticos, se conside-ra al diodo como si fuera perfecto;es decir, en polarización directa por-que así no presenta resistencia eléc-trica (permite el paso libre de la co-rriente); en polarización inversa tieneuna resistencia infinita, y por eso nopermite el paso de la corriente eléc-trica. En la práctica se utilizan las dosformas de polarizar al diodo y se apli-can tensiones y corrientes diversas,de manera que el diodo funcionedentro de diferentes puntos de ope-ración, según sea la función que deél se desea.

Si a un diodo en polarización inver-sa se le aumenta continuamente elvalor del voltaje aplicado, se llegaráal punto de ruptura; entonces el dio-do conducirá de manera repentinay descontrolada la corriente eléctri-

ca. En polarización inversahay una diminuta corrientede fuga; pero cuando elvalor de la tensión inversaaumenta, los electrones dela corriente de fuga incre-mentan su energía; y cuan-do los electrones adquierenenergía suficientementegrande, chocan contra losátomos del material y así seliberan los electrones de és-tos, que a su vez se suman ala corriente eléctrica de fu-

ga. Este proceso se sucede en cade-na; de modo que si un electrón libe-ra a dos, éstos liberarán a otros dos yasí sucesivamente; por eso es que lacorriente crece muy rápido.

Mediante una gráfica se puede re-presentar el comportamiento deldiodo en términos de corriente y ten-si n. El fabricante de semiconducto-res proporciona una curva caracte-rística para cada tipo de diodo; enella se representan las variacionesde corriente, dependientes de latensión aplicada en sentido directoe inverso.

En la figura 5, se muestra la gráficarepresentativa de un diodo semicon-ductor.

El eje horizontal representa la ten-sión aplicada al diodo (hacia la iz-quierda se indica la tensión en pola-rización inversa, y hacia la derechael voltaje en polarización directa); eleje vertical, representa la corrienteque circula a través del diodo (haciaarriba indica corriente en sentido di-recto, y hacia abajo corriente ensentido inverso). La gráfica se divideen dos partes: la zona de polariza-ción directa y la de polarización in-versa.

En la zona de polarizaci n directa,se observa que no hay conducci n atrav s del diodo antes de que se al-cance la tensi n de umbral de la ba-rrera de potencial. Una vez que el vol-taje es mayor que este valor, la con-ducci n de la corriente aumenta a pe-que as variaciones de voltaje.

En la zona de polarizaci n inversa,el diodo se mantiene sin conducirhasta que se llega a la tensi n de rup-tura en donde la corriente en sentidoinverso a trav s de l, se hace muygrande.

DIODOS RECTIFICADORES

Un diodo rectificador es uno de losdispositivos de la familia de los dio-dos más sencillos. El nombre diodorectificador” procede de su aplica-ción, la cual consiste en separar losciclos positivos de una señal de co-rriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensiónde corriente alterna durante los me-dios ciclos positivos, se polariza enforma directa; de esta manera, per-mite el paso de la corriente eléctri-ca. Pero durante los medios ciclosnegativos, el diodo se polariza demanera inversa; con ello, evita el pa-so de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los dio-dos rectificadores, se consideran tresfactores: la frecuencia máxima enque realizan correctamente su fun-ción, la corriente máxima en quepueden conducir en sentido directoy las tensiones directa e inversa má-ximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicasde los diodos rectificadores, es en lasfuentes de alimentación; aquí, con-vierten una señal de corriente alter-na en otra de corriente directa ( loestudiaremos en el capítulo 5).

Existen diodos denominados ME-GAHERTZ que son un conjunto derectificadores ultrarrápidos, diseña-dos para proveer gran eficiencia enla conmutación de señales de muyalta frecuencia en fuentes de poder;no obstante, también se utilizan co-mo correctores de factor en circuitosde potencia.

Los SCANSWITCH, son rectificado-res ultrarrápidos que ofrecen altorendimiento cuando son utilizadosen monitores de muy alta resolucióny en estaciones de trabajo en dondese requiere de un tiempo de recupe-ración muy corto y de tensiones depolarización de 1.200 a 1.500V.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido un nuevo tipo dediodos conocidos como SWITCHMO-DE. Se trata de rectificadoresSchottky de potencia, para alta fre-cuencia y baja tensión; estas carac-terísticas se logran gracias a la uniónde silicio y metal. A diferencia de lasuniones clásicas de silicio — silicio,este tipo de diodos pueden conmu-tar en tiempos menores a 10 nanose-gundos y se construyen para rangos


Fig. 4

46

de corriente quevan desde 0,5 a600 amper y contensiones inversasde hasta 200V.

DIODOS Z NER

Un diodo zéneres básicamenteun diodo de unión, pero construidoespecialmente para trabajar en lazona de ruptura de la tensión de po-larización inversa; por eso algunasveces se le conoce con el nombrede diodo de avalancha . Su principalaplicación es como regulador detensión; es decir, como circuito quemantiene la tensión de salida casiconstante, independientemente delas variaciones que se presenten enla línea de entrada o del consumode corriente de las cargas conecta-das en la salida del circuito.

El diodo zéner tiene la propiedadde mantener constante la tensiónaplicada, aun cuando la corrientesufra cambios. Para que el diodo ze-ner pueda realizar esta función, de-be polarizarse de manera inversa.Generalmente, la tensión de polari-zación del diodo es mayor que latensión de ruptura; además, se colo-ca una resistencia limitadora en seriecon él; de no ser así, conduciría demanera descontrolada hasta llegaral punto de su destrucción (figura 6).

En muchas aplicaciones de regu-lación de tensión, el diodo zéner noes el dispositivo que controla de ma-nera directa la tensión de salida deun circuito; sólo sirve de referenciapara un circuito más complejo; esdecir, el zéner mantiene un valor detensión constante en sus terminales.Esta tensión se compara medianteun circuito amplificador a transisto-res o con circuito integrados con unatensión de salida. El resultado de lacomparación permite definir la ac-ción a efectuar: aumentar o disminuirla corriente de salida, a fin de mante-ner constante la tensión de salida. Esimportante hacer notar que los dio-dos zéner se construyen especial-mente para que controlen sólo unvalor de tensión de salida; por eso esque se compran en términos de latensión de regulación (zéner de 12V x1 ampere, por ejemplo).

DIODOS DE CORRIENTE

CONSTANTE

Estos diodos funcio-nan de manera inversaa los diodos zéner. Envez de mantener cons-tante la tensión en susterminales, estos diodosmantienen constante el consumo decorriente; por eso se les conoce co-mo “diodos reguladores de corrien-te . Son dispositivos que mantienenentonces constante el consumo decorriente, independientemente delas variaciones de tensión.

El diodo 1N5305 es regulador decorriente con un valor de corrientede 2 miliampers y un rango de ten-sión aplicable de 2 a 100V.

DIODOS DE RECUPERACI N

EN ESCAL N

El diodo de recuperación de esca-lón tiene un dopado especial, yaque la densidad de los portadoresdisminuye cuanto más cerca está dela unión de las secciones de semi-conductor. Esta distribución pococomún de portadores, genera un fe-nómeno conocido como desplomeen inversa .

Si se aplica una tensión de corrien-te alterna en las terminales del dispo-sitivo durante los semiciclos positivosde la onda de corriente alterna, eldiodo se comporta igual que un dio-do rectificador común. Pero durantelos semiciclos negativos, la corrienteinversa aparece sólo durante untiempo muy corto, reduciéndose re-pentinamente hasta cero.

La corriente de desplome de undiodo de recuperación de escalón,está plagada de frecuencias armó-nicas; éstas pueden ser filtradas, pa-ra obtener una señal senoidal deuna frecuencia más alta. Esta es larazón por la que los diodos de recu-

peración son ampliamente utilizadoscomo multiplicadores de frecuencia;es decir, para circuitos en donde lafrecuencia de salida es un múltiplo dela frecuencia de entrada (figura 7).

DIODOS INVERTIDOS

Los diodos zéner tienen tensionesde ruptura superiores a los 1,8V. Si seincrementa el nivel de dopado deldiodo se logra que el efecto zéner deregulación ocurra cerca de los 0V. Laconducción en polarización directase logra a partir de los 0,7V; pero laconducción inversa (punto de ruptu-ra) se inicia a partir de los –0,1volts. Alos diodos que tienen esta caracterís-tica se les conoce con el nombre dediodos invertidos , ya que condu-

cen mejor en polarización inversa queen polarización directa. Se los usa pa-ra amplificar señales débiles cuyasamplitudes pico a pico se encuentranentre 0,1 y 0,7V.

DIODOS T NEL

Si durante su construcción a undiodo invertido se le aumenta el ni-vel de dopado, se puede lograr quesu punto de ruptura ocurra muy cer-ca de los 0V. Los diodos construidosde esta manera, se conocen comodiodos t nel . Estos dispositivos pre-

sentan una característica de resis-tencia negativa; esto es, si aumentala tensión aplicada en los terminalesdel dispositivo, se produce una dismi-nución de la corriente (por lo menosen una buena parte de la curva ca-

Capítulo 3

47

Fig. 6

Fig. 7

racterística del diodo). Este fenóme-no de resistencia negativa es útil pa-ra aplicaciones en circuitos de altafrecuencia como los osciladores, loscuales pueden generar una señal se-noidal a partir de la energía que en-trega la fuente de alimentación.

DIODO VARICAP

Es un dispositivo semiconductorque puede controlar su valor de ca-pacidad en términos de la tensiónaplicada en polarización inversa. Es-to es, cuando el diodo se polariza in-versamente no circula corrienteeléctrica a través de la unión; la zo-na de deplexi n actúa como el die-léctrico de un capacitor y las seccio-nes de semiconductor P y N del dio-do hacen las veces de las placas deun capacitor. La capacidad que al-canza el capacitor que se forma, esdel orden de los pico o nanofara-dios. Cuando varía la tensión de po-larización inversa aplicada al diodo,aumenta o disminuye de igual formala zona de deplexión. En un diodo,esto equivale a acercar o alejar lasplacas de un capacitor (ampliare-mos en el capítulo 4).

Los diodos varicap se controlanmediante la tensión que se les apli-ca; por lo que el cambio de capaci-dad se puede hacer mediante otrocircuito de control, ya sea digital oanalógico. Las aplicaciones de losvaricap son la mayoría de las vecesen circuitos resonantes, los cualespermiten seleccionar una señal deuna frecuencia específica, de entremuchas señales de diferentes valores(vea en la figura 8 los símbolos de al-gunos diodos semiconductores).

DIODOS VARISTORES

Los relámpagos que se producendurante una tormenta eléctrica, losmotores eléctricos y los fallos comu-nes en la red de alimentación co-mercial, inducen picos de alta ten-

sión o varia-ciones en laforma deonda, en elvoltaje de lí-nea que lle-ga a las ca-sas. A talespicos y va-riaciones, seles conoce con el nombre de tran-sitorios .

La continua presencia de transito-rios en la red, poco a poco causa ladestrucción de los circuitos que con-tienen los aparatos electrónicos; poreso es que para prolongar la vida deéstos, es necesario adecuar ciertasprotecciones.

Uno de los dispositivos empleadospara estabilizar la línea, es el varistor;también es conocido como supre-sor de transitorios . Este dispositivoequivale a dos diodos zéner conec-tados en paralelo, pero con sus pola-ridades invertidas y con un valor detensión de ruptura muy alto.

Los varistores son construidos paradiferentes valores de tensión de rup-tura; por ejemplo, un varistor con unvoltaje de ruptura de 320V conecta-do a la línea comercial de 220V, semantendrá como un dispositivoinactivo hasta que en sus extremosse presente un transitorio con un vol-taje igual o superior a los 320V; en-tonces el dispositivo, disparándose,conduce (su resistencia interna sehace casi cero) y reduce el efectodañino del transitorio en el circuito.En suma, el varistor como dispositivode protección recorta a todos lostransitorios que se presenten en la lí-nea; con ello, se evitan daños a loscircuitos posteriores.

DIODOS EMISORES DE LUZ

Cuando un diodo semiconductorse polariza de manera directa, loselectrones pasan de la sección N delmismo, atraviesan la unión y salen a

la sección P. En la unión se efectúa larecombinación, en donde los elec-trones se unen a los huecos. Al unirse,se libera energía mediante la emi-sión de un fotón (energía electro-magnética). Esta emisión de ener-gía, que en un diodo normal es pe-queña, puede aumentar mediantela utilización de materiales como elgalio, el arsénico y el fósforo en lugardel silicio o el germanio. Así, los dio-dos diseñados especialmente paraemitir luz son conocidos como LED.

El color de la luz emitida dependedel intervalo de energía del material;por ejemplo, el fosfato de galio arse-nídico (GaAsP) emite luz de color ro-jo y el fosfato de galio (GaP) emiteluz de color verde. Los LED puedenemitir radiaciones desde el infrarrojohasta la luz visible. Es importante re-saltar que los LED se polarizan de ma-nera directa y soportan una tensiónmáxima al cual emiten la mayor ra-diación. Si se sobrepasa este valor, elLED puede dañarse.

Las aplicaciones de los LED sonmuchas; entre ellas, las siguientes: in-dicadores luminosos, displays alfanu-méricos, transmisores para fibras óp-ticas, optoacopladores, en controlremoto de videos, televisores o co-nexión de computadoras.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido versiones máscomplejas de LED; por ejemplo, elLED bicolor es un dispositivo de tresterminales dentro del cual se han in-cluido dos diodos en colores diferen-tes. Otro modelo de LED, es el tipoFlasher; al ser polarizado, enciendede manera intermitente. ************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la colabora-ción de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónicainternacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio D.Vallejo y Oscar Montoya Figueroa


Fig. 8




Por qué aparecieron los

TransistoresPor qué aparecieron los

Transistores

SSAABBEERR



Asociación deResistencias



CAPACITORESCAPACITORES


INDICE DEL

CAPITULO 4ASOCIACION DE RESISTORES, ASOCIACIONDE PILAS, POTENCIA ELECTRICAAsociación de resistores...............................51Asociación de pilas ......................................52Potencia eléctrica ........................................52Cálculo de potencia....................................54Aplicación de la ley de Joule .....................54Potencia y resistencia...................................54

CAPACITORESLa capacidad ...............................................55Capacitores planos ......................................56La energía almacenada en un capacitor .........57Los capacitores en la práctica...................57Asociación de capacitores .........................57Capacitores de papel y aceite..................58El problema de la aislación .........................58Capacitores de poliéster y policarbonato...........58Capacitores de poliestireno ........................59Capacitores cerámicos ...............................59

Capacitores electrolíticos ............................59Capacitores variables y ajustables.............60Dónde usar los trimmers ...............................60Tensión de trabajo ........................................60Capacitores variables ..................................61Banda de valores..........................................61

POR QUE APARECIERON LOS TRANSISTORESComienza la revolución digital ...................61En el principio fue la válvula de vacío.......61Surge el transistor ..........................................62¿Qué es en realidad un semiconductor? ..........62Principio de operación de un transistor .....62Transistores contenidos en obleas de silicio63Surgen los microprocesadores ....................63Familias MOS y MOSFET ................................64Transistores de altas potencias....................64Futuro del transistor .......................................64

Cupón Nº 4 Guarde este cupón: al juntar 3 de




ASOCIACIÓN DE RESISTORES

A los fines de simplificar cir-cuitos electrónicos es necesarioconocer las características delas diferentes combinaciones deresistores para establecer com-ponentes equivalentes. Se diceque dos o más resistores estánen serie cuando por ellos circulala misma corriente, de maneraque no debe haber ninguna de-rivación en el camino que origi-ne un cambio en la intensidadde la corriente que circula porellos. En la figura 1, los resistoresR1, R2 y R3 están en serie.

Resistencia equivalente: esuna resistencia que puedereemplazar a las del circuito, sinque se modifiquen los paráme-tros del mismo. Para calcular laresistencia equivalente de dos omás resistores en serie, simple-mente se suman sus valores. Enel caso anterior, la resistenciaequivalente es:

Re = 100Ω + 120Ω + 100Ω = 320Ω.

En general, para resistores enserie, la resistencia equivalente es:

Req = R1 + R2 + R3 + ...

Se dice que dos o más resis-tores están conectados en para-lelo cuando soportan la mismatensión eléctrica, y eso implicaque los resistores estén conecta-dos a puntos comunes. Porejemplo, en la figura 2, R1, R2 yR3 están en paralelo porque lostres soportan la misma tensión(3V). Para calcular la resistenciaequivalente, usamos la siguientefórmula:

R1 . R2Req = _____________

R1 + R2que sirve para dos resistores; lue-go, se vuelve a aplicar al tercerresistor con la resistencia equiva-lente de los dos resistores ante-

riores y, así, sucesivamente, has-ta terminar con el último resistor.

Para el caso de la figura re-sulta, tomando a R1 y R2, lo si-guiente:

6Ω . 6Ω 36ΩReq1-2 = ___________ = ______ =

6Ω + 6Ω 12Ω

Req1-2 = 3Ω

Req1-2 . R3Req = _________________ =

Req1-2 + R3

3Ω . 3Ω 9Req = __________ = ______ =

3Ω + 3Ω 6

Req = 1,5Ω

Veamos algunos casos deaplicación; para ello sea el cir-cuito de la figura 3, y se deseacalcular su resistencia equiva-lente. Evidentemente, R1 no estáen serie con R2 ni con R3 debidoa la derivación en A, pero R2 yR3 están en paralelo pues estánsoldados en A y en B; por lo tan-to, hallamos la Req de R2 y R3con la fórmula dada anterior-mente:

120Ω x 40ΩReq 2-3 = _________ =

120Ω + 40Ω

4800Req 2-3 = ______ = 30Ω

160

Luego, el circuito queda co-mo lo muestra la figura 4. Se veclaramente que ambos resisto-res están en serie, por lo cual:

Req= 10Ω + 30Ω = 40Ω

En la figura 5 se tiene otro cir-cuito eléctrico del cual se deseacalcular la resistencia equivalen-

Capítulo 4

51

Capítulo 4

Asociación de Resistencias - Capacitores

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

te. Observando la figura, con-cluimos que R1 y R2 están en pa-ralelo, así como R4 y R5; sus res-pectivas resistencias equivalen-tes son:

60Ω . 60ΩR1 - 2 = __________ = 30Ω

60Ω + 60Ω

20Ω . 40Ω 800ΩR4-5 = _________ = ______ = 13,3Ω

20Ω + 40Ω 60Ω

Luego, el circuito se reduceal de la figura 6.

Es fácil notar que los 3 resisto-res están en serie (figura 7), y, enconsecuencia, su resistenciaequivalente será:

Req = 30 + 20 + 13,3 = 63,3Ω

Debemos, ahora, calcular laresistencia equivalente del cir-cuito de la figura 7. Hallar la Reqde la combinación de resistoresencerrada por la línea puntea-da. Observando el circuito ve-mos que R3 y R4 están en serie,ya que por ellos circula la mismacorriente y entre ellos no hay nin-guna derivación. R1 no está en

serie con R2 ni con R3 o R4 debi-do a que existe una derivación.Por el momento, calculamos laReq de R3 y R4:

R3-4 = 60 + 30 = 90Ω

ASOCIACI N DE PILAS

En muchas oportunidades ne-cesitamos asociar pilas para co-nectarlas a un aparato electróni-co; así, no es lo mismo conectarpolos negativos entre sí que polosde distinto signo. Por ejemplo, enel caso de una radio que llevacuatro pilas, cuando éstas debenser reemplazadas para poder ob-tener una tensión correcta, lascuatro pilas de 1,5V tienen queestar en serie, con el polo positivohaciendo contacto con el polonegativo de la otra. Así, los dosterminales que quedan libres seconectan al circuito y la tensiónequivalente de las fuentes en se-rie es mayor que la de una sola deellas, tal como muestra la figura 8.

Las pilas pueden estar en serie,pero algunas de ellas pueden co-nectarse al revés; entonces, la ten-sión es la diferencia entre las tensio-nes de las pilas conectadas en for-ma directa y las de las pilas conec-tadas en forma inversa, como ve-mos en la figura 9.

También pueden conectarse enforma paralela a una resistencia decarga y, en tal caso, la corriente to-tal que pasa por ella es la sumatoriade las corrientes que da cada pilaen forma separada. Cuando se co-nectan en forma paralela se tendráespecial cuidado en que la tensiónde las dos sean iguales, de lo con-trario la pila de tensión más alta tra-tará de "empujar" una corriente pormedio de la tensión más baja, y se-rá una corriente que pierde ener-gía, lo que como consecuenciatraerá el deterioro de las pilas, co-mo se ve en la figura número 10.

Una fuente solamente puedeentregar una corriente máxima de-terminada; es por eso que se usandos o más fuentes en paralelo, demanera que si se necesita una co-rriente mayor, se deberá conectardos o más fuentes de tensión en pa-ralelo. El agotamiento de las bate-

rías es más lento, entonces la dura-ción es mayor; vale decir que las"corrientes" de las pilas se suman, se-gún lo mostrado en la figura 11.

Las tensiones de las pilas en opo-sición se restan, tal como observa-mos en la figura 12. La conexión enparalelo solamente es posible si lastensiones de las pilas son iguales, su-madas las corrientes que ellas sumi-nistran (figura 13).

POTENCIA EL CTRICA

Se dice que energía es todoaquello que se mueve, capaz derealizar un trabajo, sin importar cuálfuere. Por lo tanto, todo es energía,es decir, la materia lleva implícita al-guna forma de energía por el solohecho de estar formada por áto-mos en constante movimiento.

En física, el trabajo está relacio-


52

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

nado con la distancia que recorreuna fuerza para mover un cuerpo.Como ejemplo podemos citar eltrabajo que realiza una fuerza F pa-ra mover un cuerpo M desde unpunto a hasta otro punto b, reco-rriendo una distancia d, de acuerdoa lo mostrado en la figura 14.

El trabajo realizado se calculacómo:

T = F . d

También realiza un trabajo uncuerpo que cae desde una altura hdebido al propio peso P del cuerpoque actúa como fuerza, según semuestra en la figura 15.

El cuerpo, al caer, es aceleradopor la gravedad terrestre y alcanzasu máxima velocidad inmediata-mente antes de chocar contra elsuelo. Además, su velocidad antesde comenzar su caída era nula, loque significa que el cuerpo fue ad-quiriendo una energía como pro-ducto del trabajo realizado por lafuerza (cuerpo) al caer. A esta ener-gía se la denomina Energía Cinética(energía de movimiento) y es laenergía que ha adquirido el cuerpoal realizar un trabajo, o sea:

Trabajo = Energ a Cin tica

matemáticamente:

T = Ec

Como se sabe, la electricidad secompone de electrones en movi-miento, por lo que podemos aplicarun razonamiento análogo al reciénefectuado. Los cuerpos en movi-miento serán, en este caso, electro-nes que poseen una carga eléctri-ca impulsados por una fuerza (fuer-za electromotriz o tensión) que es la

diferencia depotencial apli-cada en losextremos delconductor.

De estamanera, serealizará unTrabajo Eléctri-co debido a laenergía queadquieren loselectrones im-pulsados por

una diferencia de potencial. A laenergía así desarrollada se la deno-mina: Energía Eléctrica, la cual de-pende de la tensión aplicada alconductor y de la cantidad de car-ga transportada, es decir, de lacantidad de electrones en movi-miento. Matemáticamente:

Energ a El ctrica = Tensi n . Carga El ctrica

También:

E = V . Q

Como hemos estudiado en lec-ciones anteriores, la tensión se mideen volt y la carga eléctrica en cou-lomb. De estas dos unidades surgela unidad de la Energía Eléctrica,que se denomina joule y se abreviacon la letra J.

Podemos decir entonces quecuando se aplica a un circuito eléc-trico una tensión de 1V transportán-dose una carga eléctrica de 1C, sepone de manifiesto una energíaeléctrica de 1J.

1J = 1V . 1C

No es lo mismo que esta energíaeléctrica se desarrolle en un tiempode 1s (1 segundo), que en 10s.

Cuanto menor sea eltiempo en que se ha de-sarrollado la misma can-tidad de energía, mayorserá la potencia puestaen juego. Por lo dicho, sedefine Potencia Eléctricacomo la cantidad deenergía eléctrica desa-rrollada dividida por eltiempo en que ha sidodesarrollada dicha ener-gía; matemáticamente:

Trabajo EléctricoPotencia Eléctrica = ________________

tiempo

También:

T V . Q QP = ______ = ______ = V . ( ___ )

t t t

En la fórmula anterior, lo que fi-gura entre paréntesis (Q/t), es el co-ciente entre la carga eléctrica quecircula y el tiempo durante el cual loestá haciendo, lo que simboliza a lacorriente eléctrica I.

Si reemplazamos este conceptoen la fórmula anterior nos queda:

P = V . I (1)

O sea que la potencia eléctricaes el producto de la tensión aplica-da a un circuito multiplicada por lacorriente que por él circula. En otraspalabras, podemos decir que Po-tencia Eléctrica es la cantidad detrabajo que realiza una carga porunidad de tiempo o el trabajo quedesarrolla una carga para venceruna diferencia de potencial.

La unidad de potencia eléctricaes el watt y se la designa con la le-tra W. Podemos decir que en unacarga se desarrolla una potenciade 1W cuando se le aplica una ten-sión de 1V y que por ella circula unacorriente de 1A, tal como muestrala figura 16.

En electrónica de potencia sue-le utilizarse un múltiplo del watt lla-mado kilowatt (kW), que representa1.000W.

En cambio, para la mayoría delos circuitos electrónicos de peque-ña señal, el watt resulta una unidadmuy grande, razón por la cual seemplean submúltiplos como el mili-watt (mW), que corresponde a la

Capítulo 4

53

Fig. 14

Fig. 15

milésima parte del watt, o el micro-watt (µW), que representa a la millo-nésima parte del watt.

1kW = 1.000W1mW = 0,001W1µW = 0, 000001W

Suelen confundirse los concep-tos de potencia y energía eléctrica,especialmente cuando se trata demensurar el consumo eléctrico.

Por ejemplo, una carga de 100Wconsume una energía eléctrica de100J por cada segundo de funcio-namiento. De esta manera, luegode una hora (60s) habrá consumidouna energía igual a:

E = P . t = 100W . 60s = 6.000J

Las compañías de electricidadfacturan a los usuarios la energíaconsumida en un período, es decir,lo hacen en kilowatt-hora (kW-h) yno en joule. De todos modos, el kW-h es una unidad de energía y no depotencia, ya que la energía consu-

mida es el producto dela potencia puesta enjuego durante un tiempodeterminado.

C LCULO DE LA POTEN-CIA

Para calcular la po-tencia eléctrica en cualquier circui-to basta con multiplicar la tensiónaplicada por la corriente que circu-la.

El mismo concepto es aplicablepara cualquier parte constituyentede un circuito siempre que se co-nozcan las tensiones y corrientes co-rrespondientes.

De la fórmula (1) puede obte-nerse el valor de la tensión presen-te en un circuito, o parte de él, si se

conocen la potencia y lacorriente que circula. Des-pejando:

PV = ______

I

Puede calcularse la co-rriente en cualquier partedel circuito, cuando se co-nocen la potencia y la ten-sión aplicada. De la fórmula

(1) se tiene:

PI = _______

V

En la figura 17 se ve el gráfico re-presentativo de la Ley de Joule,que, al igual que lo que ocurre conla Ley de Ohm, permite calcular unparámetro cuando se conocen losotros dos.

APLICACI N DE LA LEY DE JOULE

Se desea calcular la potenciaque consume el resistor de la figura18, sabiendo que la tensión aplica-da es de 12V y la resistencia tieneun valor de 24Ω.

Para resolver el problema prime-ro calculamos la corriente que fluyepor el circuito. Aplicando la ley deOhm tenemos:

V 12VI = _______ = _______ =

R 24Ω

I = 0,5A

luego:P = V . I = 12V . 0,5A = 6W

Si con una tensión de 12V apli-cada a una carga, se desea obte-ner una potencia de 300mW,

¿Cuál debe ser la corriente quedebe circular?.

Del diagrama de la figura 17,como queremos calcular I, la tapa-mos y nos queda:

PI = _______

V

Reemplazando valores, tenien-do en cuenta que 300mW corres-ponden a 0,3W:

0,3WI = _______ = 0,025A

12V

Luego, por el circuito deberá cir-cular una corriente de 25mA ( 25mA= 0,025A ). Si, para el mismo circuito,deseamos conocer ahora cuál es latensión que se debe aplicar paraobtener una potencia de 300mWcuando circula una corriente de100mA, aplicando el diagrama dela figura 17 y reemplazando valores,podemos conocer el valor de dichatensión:

P 300mWV = ______ = _______ =

I 100mA

0,3WV = ______ = 3V

0,1A

POTENCIA Y RESISTENCIA

Analizando el ejemplo que he-mos dado anteriormente, podemoscomprender que muchas veces nosvamos a encontrar con circuitos enlos cuales se conoce la tensión apli-cada y el valor de la resistencia. Deesta manera, en primer lugar debe-mos encontrar el valor de la corrien-te que circula por dicho resistor pa-ra poder efectuar el cálculo de lapotencia. Podemos evitar este pasosabiendo que en un resistor la co-rriente viene dada por:

VI = ______

R


54

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Luego, reemplazando el valorde la corriente en la fórmula de po-tencia, tenemos:

EP = E . ______

R

De lo cual surge que:

E2P = ______

R

Según lo visto, la potencia quedisipa la carga del circuito de la fi-gura 18 puede calcularse directa-mente, o sea:

E2 12V2 144VP = ______ = ______ = ______ = 6W

R 24Ω 24Ω

Como podemos observar, se ob-tiene el mismo resultado si se aplicaun cálculo directo.

Queremos conocer ahora cuáles la potencia que suministra la ba-tería del circuito de la figura 19; pa-ra ello calculamos primero la resis-tencia total. Teniendo en cuentaque las resistencias están en serie:

R = R1 + R2 = 70Ω + 20Ω = 90Ω

Luego, aplicando la fórmula depotencia para las tensiones, se ob-tiene:

E2 32P = _____ = _________

R 90Ω

9VP = _____ = 0,1W = 100mW

90Ω

Puede ocurrir que en un circuito,o parte de él, se conozca la corrien-te y el valor de la resistencia que po-see la carga; luego, si se desea co-nocer la potencia que maneja di-cha carga y sabiendo que V = I . R,se tiene:

P = V . I = (I . R) . I = I . I . R

P = I2 . R

Se obtiene así una forma más di-recta para calcular la potencia deuna carga cuando se conoce suvalor de resistencia y la corrienteque la atraviesa.

Capítulo 4

55

Fig. 19

CapacitoresINTRODUCCCI N

La tentativa de almacenar elec-tricidad en algún tipo de dispositivoes muy antigua. Se tiene constanciade que en 1745, simultáneamente, enla Catedral de Camin (Alemania) yen la Universidad de Leyden (Holan-da), dos investigadores desarrollarondispositivos cuya finalidad era alma-cenar electricidad o, como se decíaentonces, "condensar" electricidad.La botella de Leyden, como se ve enla figura 1, fue el primer "condensa-dor" y dio origen, por su principio defuncionamiento, a los modernos ca-pacitores (o "condensadores" comotodavía los denominan algunos) utili-zados en aparatos electrónicos. Laestructura de los componentes mo-dernos es muy diferente de la que te-nían los primeros, de 250 años atrás,pero el principio de funcionamientoes el mismo.

LA CAPACIDAD

Para entender cómo un conduc-tor eléctrico puede almacenar elec-tricidad, imaginemos la situación si-guiente que puede ser el tema deuna experiencia práctica:

Al cargar de electricidad un con-ductor esférico, verificamos que lascargas pueden comprimirse más omenos según el diámetro del con-ductor y también según la cantidadque pretendemos colocar en eseconductor.

Eso significa que esa compresiónde las cargas almacenadas se mani-fiesta como potencial V. La carga Qen un conductor de radio R manifies-ta un potencial V.

Si intentamos colocar más cargasen el cuerpo, éstas aumentan el gra-do de compresión y, por consiguien-te, el potencial también debe au-mentar. Se verifica que, independien-temente del radio del conductor, enlas condiciones indicadas existe unaproporcionalidad directa entre lascargas que podemos almacenar y latensión que se manifestará (figura 2).

Si el cuerpo tuviera un radio R y secarga con 0,01 coulomb (unidad decarga), manifestará 100 volt y el mis-mo cuerpo manifestará 200 volt si secarga con 0,02 coulomb. Podemosentonces definir una magnitud llama-da "capacidad" como la relación en-tre la carga almacenada (Q) y la ten-sión a que se encuentra (V). Escribi-mos entonces:

C = Q/V (1)

En estas condiciones, el conduc-tor esférico funciona como "capaci-tor esférico".

La capacidad de almacena-miento de carga depende del radiodel conductor, y este tipo de disposi-tivo no es de los más apropiados pa-ra los usos electrónicos, pero veremosmás adelante cómo hacer algunos

Fig. 1

Fig. 2

cálculos interesantes que lo tienen encuenta. Nos interesa ahora la cons-tancia de la relación Q/V que definela capacidad cuya unidad es el Farad(F). Un capacitor (no necesariamenteesférico) tendrá una capacidad de 1Farad si almacena la carga de 1 Cou-lomb y tiene 1 volt de tensión.

(Usamos la palabra tensión y nopotencial pero el lector sabe que eneste caso la diferencia no importaporque la unidad es la misma - Figura3). En la práctica, una esfera con lacapacidad de 1 Farad debiera serenorme, de manera que los capaci-tores que usamos en los aparatos tie-nen capacidades que son submúlti-plos del Farad.

Tres son los submúltiplos del Faradque más se usan:

- Microfarad (µF) que es la millonési-ma parte de 1 Farad o 0,000001 Faradque representado en forma exponen-cial es 10-6 Farad.

- Nanofarad (nF) que es la billonési-ma parte del 1 Farad o 0,000000001 Fa-rad y 10-9 Farad en forma exponencial.

- El picofarad (pF) que es la trilloné-sima parte de 1 Farad o 0,000000000001 Farad o 10-12 Farad.

Vea que de la relaciones indica-das se tiene que:

- 1 nanofarad equivale a 1.000 pi-cofarad (1nf = 1.000pF)

1 microfarad equivale a 1.000 nano-farad (1µF = 1.000nF)

- 1 microfarad equivale a 1.000.000picofarad (1µF = 1.000.000pF)

Acostúmbrese a convertir estasunidades, porque aparecen con mu-cha frecuencia en los trabajos deelectrónica.

CAPACITORES PLANOS

Puede obtenerse una capacidadmucho mayor con una disposiciónadecuada de los elementos conduc-tores. Con eso, una cantidad muchomayor de cargas puede almacenarseen un volumen menor, dando así uncomponente de uso más práctico. Un

capacitor básico de placas paralelasse ve en la figura 4.

Consiste de dos placas de mate-rial conductor separadas por materialaislante denominado dieléctrico. Elsímbolo usado para representar estetipo de capacitor recuerda mucho sudisposición real y se muestra en la mis-ma figura. Hay capacitores con dispo-siciones diferentes, pero como la es-tructura básica se mantiene (un ais-lante entre dos conductores) el sím-bolo se mantiene por lo general conpocas modificaciones.

Cuando conectamosla estructura indicada aun generador, como se veen la figura 5, las cargasfluyen hacia las placas demanera que una se vuel-va positiva y la otra nega-tiva.

Se dice que el capacitor tiene unaplaca (armadura) positiva y otra negati-va.

Aun después de desconectar labatería, como se mantienen las car-gas, por efecto de la atracción mu-tua, en las armaduras el capacitor, sedice que éste está "cargado".

Como la carga en Coulombs de-pende no sólo de la capacidad sinotambién de la tensión del generador,para calcularla es necesaria la rela-ción:

C = Q/V

Es así que si un capacitor de 100µF(100 x 10-6) se conecta a un generadorde 100 volts, la carga será:

Q = CV (2)Q = 100 x 100 x 10-6

Q = 10.000 x 10-6

Q = 104 x 10-6

Q = 10-2 = 0,01 Coulomb

Para descargar un capacitor bas-ta interconectar las armaduras me-diante un alambre. Las cargas negati-vas (electrones) de la armadura ne-gativa pueden fluir a la positiva neu-tralizando así sus cargas.

Vea qe no importa cuál esel capacitor pues la cantidadde cargas de una armadura esigual a la cantidad de cargasde la otra; sólo es diferente lapolaridad.

En la descarga, la neutrali-zación es total (Figura 6).

Para un capacitor plano como elindicado, la capacidad puede calcu-larse en función de las característicasfísicas, a saber: superficie de las pla-cas, distancia entre ellas y naturalezadel aislante.

Podemos aplicar la fórmula si-guiente:

C = ε A/d (3)

donde:C es la capacidad en Farad (F)d es la distancia entre placas en

metrosA es la superficie de las placas en

metros cuadradosε es una constante que depende

de la naturaleza del dieléctrico.El valor depende del material con-

siderado.Ese valor puede calcularse me-

diante la fórmula:

ε = ε o . K (4)

donde:ε o es la pérmisividad del vació y

vale 8,85 x 10-12 F/m K es la constante dieléctrica y de-

pende del material usado.


56

Fig. 3 Fig. 18

Fig. 5

Fig. 6

LA ENERGŒA ALMACENADA

EN UN CAPACITOR

Para obligar a una cierta cantidadde cargas a permanecer en un capa-citor debemos gastar una cierta can-tidad de energía. En realidad esaenergía que se gasta para colocar lascargas en el capacitor queda dispo-nible para usarla en el futuro, quedaalmacenada en el capacitor. Cuan-do descargamos un capacitor me-diante un conductor que presentacierta resistencia, como muestra la Fi-gura 7, la energía que estaba conte-nida en el capacitor se disipa en for-ma de calor.

Puede imaginarse la carga del ca-pacitor con el gráfico de la figura 8.Vea que a medida que va aumentan-do la cantidad de carga, debemosforzarlas cada vez más y eso implicauna elevación de tensión.

El área de la figura hasta el puntoen que dejamos de cargar el capaci-tor, representada por W en la figuracorresponde a la energía almacena-da en el capacitor. Podemos calcularla energía a partir de dos fórmulas:

W = 0,5 x Q x V (5)oW = 0,5 x C x V2 (6)

Donde:W es la energía de Joule (J)Q es la carga en Coulomb (C)C es la capacidad en Farad (F)V es la tensión en Volt (V)

Podemos comparar un capacitorcargado a un resorte comprimido.Gastamos energía (potencial) paracomprimir el resorte, éste "guarda" esaenergía que luego puede usarse paraponer en movimiento un mecanismo.Es claro que, según veremos, la canti-dad de energía que puede almacenarun capacitor no es grande y entoncessu utilidad como fuente de energía esmuy restringida, pero este componen-te tiene otras propiedades que son degran utilidad en electrónica.

LOS CAPACITORES EN LA PR CTICA

A diferencia de la botella de Ley-den que nada tenía de práctica porsus dimensiones y propiedades, los ca-pacitores modernos son compactos yeficientes, con volúmenes centenasde veces menores que la antigua bo-

tella de Leyden y ca-pacidades miles deveces mayores.

Estos son los ca-pacitores que encon-tramos en los apara-tos eléctrónicos y quepueden variar muchí-simo en forma y valor.

Estudiaremos en es-ta lección lo que suce-de cuando conecta-mos varios capacitoresentre sí y los distintos ti-pos de capacitoresque encontramos en lapráctica.

ASOCIACI N DE

CAPACITORES

Podemos obtener un efecto ma-yor o menor de almacenamiento decargas, según se asocien distintos ca-pacitores, del mismo modo que obte-nemos efectos diferentes de resisten-cias al asociar resistores.

Los capacitores pueden conec-tarse en serie o en paralelo.

a) Asociaci n de capacitores en paraleloDecimos que dos o más capacito-

res están asociados en paralelo cuan-do sus armaduras están conectadasde la manera siguiente: las armaduraspositivas están conectadas entre sípara formar la armadura positivaequivalente al capacitor; las armadu-ras negativas están conectadas entresí y forman la armadura negativaequivalente al capacitor, según mues-tra la figura 9. Vea el lector que enesas condiciones los capacitores que-dan sometidos todos a la misma ten-sión (V) cuando se cargan. Las cargasdependen de las capacidades.

La capacidad equivalente en es-ta asociación está dada por la sumade las capacidades asociadas.

C = C1 + C2 + C3 + ... + Cn (7)

Se pueden deducir las siguientespropiedades de la asociación de ca-pacitores en paralelo:

- Todos los capacitoresquedan sometidos a la mismatensión.

- El mayor capacitor (el demayor capacidad) es el quemás se carga.

La capacidad equivalente es ma-yor que la capacidad del mayor ca-pacitor asociado.

b) Asociaci n de capacitores en serieEn la asociación en serie de capa-

citores, éstos se conectan como semuestra en la figura 10.

La armadura positiva del primeropasa a ser la armadura positiva delequivalente; la negativa del primerose une a la positiva del segundo; lanegativa del segundo da la positivadel tercero y así sucesivamente hastaque la negativa del último queda co-mo la armadura negativa del capaci-tor equivalente.

Vea que si conectamos de estamanera un conjunto cualquiera decapacitores (aun de valores total-mente diferentes) ocurre un procesode inducción de cargas, de modoque todas las armaduras queden conlas mismas cantidades (figura 11). Se-gún el valor del capacitor (capaci-dad) la tensión hallada tendrá valoresdiferentes.

Puede darse la fórmula:

C1 = Q/V1; C2 = Q/V2; C3 = Q/V3...

Cn = Q/Vn

Como la suma de las tensiones deestos capacitores asociados debe ser

Capítulo 4

57

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

la tensión en las armaduras del capa-citor equivalente; podemos escribir:

V = V1 + V2 + V3 + ... + Vn

Reemplazando el valor de V encada una de las expresiones de ca-pacidad:

V = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 + ... + Q/Cn

Sacando Q como factor común:

V = Q (1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn)

Dividiendo por Q ambos miembrosde la igualdad, tenemos:

V/Q = 1/C1 + 1/C2 = + 1/C3V/Q = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn

Pero:

V/Q es 1/C

Luego:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn (8)

De esta fórmula podemos deducirlas siguientes propiedades de la aso-ciación en serie de capacitores:

-Todos los capacitores quedan conla misma carga.

- El menor capacitor queda someti-do a la mayor tensión.

- La capacidad equivalente es me-nor que la capacidad del menor capa-citor asociado.

- Todos los capacitores se cargan ydescargan al mismo tiempo.

Conclusi n Dos casos particulares son intere-

santes en las asociaciones en serie yen paralelo de capacitores.

Cuando los capacitores son igua-les, la asociación puede tener la ca-pacidad equivalente calculada conmás facilidad por las fórmulas siguien-tes:

a) Serie: C = C1/ndonde C es la capacidad equivalente.

C1 es el valor de cada uno delos capacitores asociados.

n es el número de capacitores.

b) Paralelo: C = n x C1donde C, C1 y n son los del caso ante-

rior.

CAPACITORES DE PAPEL Y ACEITE

En muchos aparatos antiguos,principalmente en radios y televisoresde válvulas, pueden encontrarse conel aspecto que se ve en la figura 12.Son capacitores tubulares de papel oaceite (el tipo viene marcado normal-mente en el componente). Para fabri-car estos capacitores se enrollan al-ternadamente dos hojas de aluminioque forman el dieléctrico y se colocaentre ellas un aislante que puede seruna tira de papel seco (en el tipo depapel) o de papel embebido en acei-te (en el caso de los capacitores deaceite). Esos capacitores, así comolos otros, presentan dos especificacio-nes:

a) La capacidad que se expresaen microfarads (µF), nanofarads (nF) ypicofarad (pF) y que puede variar en-tre 100pF (o,1nf) hasta 1µF.

b) La tensión de trabajo que es latensión máxima que puede aplicarseentre armaduras sin peligro de que serompa el dieléctrico. Esta tensión va-ría, en los tipos comunes, entre 200 y1.000 volt.

Los capacitores de papel y aceitepueden tener hasta una tolerancia de10% a 20% y presentan las siguientescaracterísticas principales:

- Son relativamente chicos en rela-ción a su capacidad.

- Tienen buena aislación a tensionesaltas.

- Pueden obtenerse en una bandabuena de altas tensiones.

- Su gama de valores es apropiadapara la mayoría de las aplicacioneselectrónicas.

Vea que la aislaciónes un problema que me-rece estudiarse en deta-lle:

El problema de la ais-laci n

Ningún dieléctrico esperfecto. No existe unaislante perfecto, lo quesignifica que ningún ca-

pacitor puede mantener indefinida-mente la carga de sus armaduras.Una resistencia, por grande que sea,deja pasar una cierta corriente y unacorriente es un flujo de cargas queacaba por descargar el capacitor. Uncapacitor que tenga una resistenciapor debajo de los límites tolerados enlas aplicaciones prácticas se dice quetiene una "fuga".

Volviendo a los capacitores depapel y aceite, éstos se usan en los cir-cuitos de bajas frecuencias y corrien-tes continuas.

CAPACITORES DE POLI STER Y

POLICARBONATO

El poliéster y el policarbonato sontermoplásticos que presentan exce-lentes propiedades aislantes y buenaconstante dieléctrica, por lo que sir-ven para la fabricación de capacito-res. En la figura 13 tenemos algunos ti-pos de capacitores hechos con esosmateriales y que pueden ser planos otubulares.

En el tipo plano, las armaduras sedepositan en las caras de una pelícu-la de dieléctrico, entonces se obtieneuna estructura que recuerda la aso-ciación de muchas capas de capaci-tores planos. En la disposición tubular,un filme de poliéster o de policarbo-nato tiene en sus caras depositadauna fina capa de conductor (alumi-nio) que hace las veces de dieléctri-co. Las especificaciones fundamenta-les de estos capacitores son:

a) Gama de capacidades com-prendida entre 1nF y 2,2µF o más.

b) Banda de tensiones de trabajoentre 100 y 600 volt.

c) Tolerancia de 5%, 10% y 20%.Otras características de interés

son:- Buena gama de valores en di-

mensiones reducidas del elemento enrelación a la capacidad.

- Gama de tensiones elevadas.- aislación muy buena, común-


58

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

mente por arriba de 20.000MΩ.- Banda de tolerancias según las

aplicaciones prácticas en electróni-ca.

Los capacitores de poliéster y poli-carbonato pueden usarse en circuitosde bajas frecuencias, corrientes conti-nuas y aplicaciones generales.

CAPACITORES DE POLIESTIRENO

El poliestireno también es un ter-moplástico que tiene excelentes pro-piedades aislantes, que puede apare-cer con nombres diversos según el fa-bricante, como: STYRON, LUSTREX, RE-XOLITE, POLYPENCO.

En la figura 14 vemos el aspectode estos capacitores.

Estos capacitores pueden tenerestructura plana o tubular. Las especi-ficaciones básicas son:

a) Capacidad entre 10pF y 10nF.b) Tensiones entre 30 y 500 volt.c) Tolerancias entre 2,5% y 10%.Otras características importantes de

estos capacitores son:- Tamaño reducido en relación a la

capacidad.- Buena estabilidad térmica.- Tensiones de trabajo altas.- Tolerancia baja (2,5%).- Aislación muy alta: normalmente

por arriba de 100.000 MΩ.- Adecuados para operar en circuitos

de altas frecuencias.Estos capacitores son especial-

mente indicados para los circuitos deRF (radiofrecuencia) y aplicacionesque exijan alta estabilidad.

CAPACITORES CER MICOS

La cerámica presenta excelentespropiedades dieléctricas, pero no

puede enrollarse ni do-blarse como los aislan-tes plásticos. Pero aunasí tenemos una buenavariedad de capacito-res cerámicos, como seve en la figura 15.

Las especificacio-nes de estos capacito-res son las siguientes:

a) capacidades enla gama de 0,5pF hasta470nF,

b) banda de tensio-nes de operación des-

de 3V hasta 3.000V o más,c) tolerancias entre 1% y 5,0%.Otras características de importan-

cia son:- Relativamente chicos en relación

a la capacidad.- Banda relativamente amplia de-

tenciones de trabajo.- Son adecuados para operar en

circuitos de altas frecuencias.- Banda de tolerancia buena para

aplicaciones que exigen precisión.Estos capacitores son de los más

utilizados en las aplicaciones prácti-cas de electrónica y se los encuentraen los circuitos de altasfrecuencias, audio ytambién de corrientecontinua.

CAPACITORES

ELECTROLŒTICOS

Los capacitores elec-trolíticos o electrolíticosde aluminio son, de to-dos, los que tienen unatécnica de construcciónmuy diferente y es poreso que se los encuentraen una gama de valoresmuy determinada. En lafigura 16 tenemos laconstrucción interna típi-ca de un electrolítico dealuminio con fines didác-ticos.

En contacto con unasustancia electrolítica, elaluminio es atacado y seforma en su superficie unapelícula aislante. Este ma-terial presenta una cons-tante dieléctrica muy alta,pero su espesor es de sólomilésimos de milímetro, lo

que garantiza la obtención de capa-cidades muy elevadas.

Los electrolíticos tienen una carac-terística más en relación a los otroscapacitores: la armadura positiva de-be cargarse siempre con cargas deese signo. Si hubiera inversión de lasarmaduras, podría destruirse la pelícu-la dieléctrica y quedar inutilizado elcapacitor.

Las principales características son:a) Capacidades en la gama de 1µF

a 220.000µF.b) Tensiones de trabajo entre 12 y

1.000V.c) Tolerancia entre -20% y +50% co-

múnmente.En la figura 17 vemos algunos tipos

comunes de capacitores electrolíti-cos, obsérvese su polaridad. Otras ca-racterísticas importantes de estos ca-pacitores son:

- Tamaño pequeño en relación a lacapacidad alta.

- Banda de capacidades que llegaa valores muy altos.

- La corriente de fuga es relativa-mente alta o sea que la aislación no esexcelente.

- Son polarizados (debe respetarse

Capítulo 4

59

Fig. 13

Fig. 15

Fig. 14

Fig. 16

la polaridad de la placa o armadura).- La capacidad aumenta a medi-

da que el capacitor envejece.- Tiene una duración limitada.- La capacidad varía ligeramente

con la tensión.Los capacitores electrolíticos no se

usan en circuitos de altas frecuencias;se usan en circuitos de frecuenciasbajas, uso general y corriente conti-nua.

CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLES

En determinadas aplicaciones,necesitamos disponer de capacitorescuya capacidad pueda ser alteradaen una cierta franja de valores, pormotivos diversos. Podemos dar elejemplo de un proyecto en el que elfuncionamiento, por ser crítico, no nospermite establecer con exactitudcuál es la capacidad que necesita-mos para llevar el circuito al compor-tamiento deseado. Podemos calcularcon cierta aproximación el valor deesta capacidad y después ajustar suvalor para tener el comportamientodeseado. En este caso precisamos uncapacitor ajustable o regulable. Otraaplicación es el caso en que duranteel funcionamiento del aparato debe-mos cambiar la capacidad de un ca-pacitor para que cambie el compor-tamiento según nuestras necesida-des. Es el caso en el que debemosusar un capacitor variable, como enla sintonía de un aparato de radio pa-ra cambiar de estación en el momen-to querido. Separamos entonces loscapacitores que pueden cambiar devalor según nuestra voluntad en 2 gru-pos.

a) Los capacitores regulables, en losque prácticamente sólo alteramos la

capacidad una vez, para llegar alpunto deseado de funcionamiento ydejarlo después de esta manera, inde-finidamente.

b) Los capacitores variables en losque alteramos continuamente la ca-pacidad, siempre que deseamos alte-rar el funcionamiento del circuito.

Capacitores regulablesTal como estudiamos, la capaci-

dad presentada por un capacitordepende de algunos factores.

a) Tamaño de las placas (área).b) Separación entre las placas.c) Existencia o no de un material

entre las placas (dieléctrico). Vea la fi-gura 18.

Podemos variar la capacidad deun capacitor si alteramos cualquierade esos factores, pero por cierto exis-ten algunos en los que esa tarea resul-ta más fácil. En el caso de los capaci-tores ajustables o regulables, pode-mos variar la capacidad para modifi-car dos de esos factores, según el tipode componente. El tipo más comúnde capacitor ajustable es el "trimmer"de base de porcelana, que tiene laconstrucción que se muestra en la fi-gura 19. En este "trimmer" tenemosuna base de porcelana en la que es-tán montadas dos placas (armadu-ras), una de las cuales es fija y la otramóvil. El dieléctrico es una fina hojade plástico o mica, colocada entrelas armaduras.

Un tornillo permite el movimientode la armadura móvil, para que seaproxime o aleje de la armadura fija.

Con la aproximación (menor dis-tancia) tenemos una capacidad ma-yor y con el alejamiento (distanciamayor) tenemos una capacidad me-nor, estos capacitores permiten varia-ciones de capacidad en una propor-ción de 10:1. Es común tener un capa-citor de este tipo en que la capaci-dad mínima obtenida es de 2pF y lamáxima de 20pF, al pasar de la posi-ción del tornillo totalmente flojo (de-satornillado - aleja-miento máximo) a lade fuertemente apre-tado (alejamiento mí-nimo). Los trimmers re-sultan especificadospor la banda de capa-cidades en que se en-cuentran. Un trimmer 2-20pF es un trimmer enel que podemos variarla capacidad entre

esos dos valores. Un problema quehay que analizar en este tipo de ca-pacitor es que el ajuste excesivo deltornillo o también problemas mecáni-cos, no permiten una precisión deajuste muy grande, lo que lleva a quese usen en casos menos críticos. Paralos casos más críticos existen trimmersde precisión.

D nde usar los trimmersExisten casos en los que necesita-

mos regular el punto de funciona-miento de un circuito después de ha-berlo montado, sin que sea posible es-tablecer la capacidad exacta quedebemos usar, con antelación, comopara poder usar un capacitor fijo. Nor-malmente los trimmers aparecen enlos circuitos que operan en frecuen-cias elevadas, como receptores ytransmisores, en los que es preciso ha-cer un ajuste del punto de funciona-miento de circuitos que determinan lafrecuencia de operación. Encontra-mos los trimmers en los siguientes tiposde aparato:

Radio, Transceptores, Transmisores,Generadores de señales, Oscila-

dores de alta frecuencia

Tensi n de trabajoDel mismo modo que los capaci-

tores fijos, los trimmers también tienenlimitaciones en relación a la tensiónmáxima que puede existir entre sus ar-maduras. Tensiones mayores que lasespecificadas por los fabricantes pue-


60

Fig. 17

Fig. 19

Fig. 18

Capítulo 4

61

den causar la ruptura del materialusado como dieléctrico y así inutilizarel componente.

Capacitores variablesEl principio de funcionamiento de

los capacitores variables es el mismoque el de los trimmers. La diferenciaestá en el hecho de tener un accesomás fácil al conjunto de placas móvi-les de modo que alteramos la capa-cidad en cualquier momento. En la fi-gura 20 tenemos un capacitor varia-

ble común, del tipo deno-minado "con dieléctricode aire", pues ningún ais-lante especial existe entrelas placas del conjuntomóvil y fijo.

El conjunto de placasmóviles se acciona media-ne un eje, para penetraren el conjunto de placasfijas en forma recta.

A medida que el con-junto de placas penetraen la parte fija, aumenta

la superficie efectiva y con eso la ca-pacidad presentada por el compo-nente. Con el capacitor abierto, esdecir, las placas móviles fuera de lasplacas fijas, el capacitor tiene unacapacidad mínima. Con el capacitorcerrado, tenemos la capacidad má-xima.

Las dimensiones de las placas fijasy móviles, además de su cantidad yseparación, determinan la variaciónde capacidad que se puede obte-ner: teóricamente, la variación de-

biera estar entre 0 y un cierto valormáximo dado por la cantidad deplacas y otros factores. Y con las pla-cas todas abiertas (armadura móvil)todavía con un efecto residual semanifiesta una cierta capacidad.

Esta capacidad se denomina resi-dual y está especificada en los ma-nuales de los fabricantes.

Banda de valoresBásicamente, los capacitores va-

riables se encuentran en dos franjasde valores determinadas por las apli-caciones más comunes. Tenemos lasvariables de mayor capacidad quepueden tener valores máximos entre150pF y 410pF y que se usan en radiosde ondas medias y cortas, o transmi-sores para la misma banda. En ellos,tenemos conjuntos de 10 a 20 placasque forman las armaduras. Para labanda de FM los variables son de ca-pacidad mucho menor, normalmen-te con máximos inferiores a 50pF, és-tos están formados por un númeromucho menor de placas.

Fig. 20

Por qué aparecieron los TTransistorransistoreses

El transistor es el elemento más im-portante de los dispositivos semi-conductores, pues es el “ladrillo”

con el que se construye el edificio dela tecnología electrónica moderna.

COMIENZA LA REVOLUCI N DIGITAL

Intel es la empresa que fabricó porprimera vez un microprocesador, unapastilla de circuito integrado quecontiene todos los elementos nece-sarios para realizar los complejos cál-culos numéricos y lógicos que se eje-cutan en una computadora. Nos re-ferimos al ya legendario 4004, un mi-croprocesador con apenas 2.300transistores, pero con la misma capa-cidad de cómputo que la ENIAC, laprimera computadora (1947), la cualcontenía unas 18 mil válvulas, ocu-paba una habitación entera para al-bergar sus gigantescas proporcionesy pesaba 30 toneladas. Pero los mi-croprocesadores no son sino un ecoo resultado de otro invento sobre elque en última instancia se funda-

menta la revolución digital: el transis-tor.

Hace más de 50 años, el 23 de di-ciembre de 1947, científicos de losLaboratorios Bell demostraron que undispositivo construido con base enmateriales sólidos, podía comportar-se de forma prácticamente idénticaa las válvulas de vacío, pero sin susinconvenientes.

Por su descubrimiento, WilliamShockley, John Bardeen y WalterBrattain fueron acreedores al PremioNobel de Física en 1956.

EN EL PRINCIPIO FUE LA V LVULA DE VACŒO

El transistor desplazó a otro grandispositivo, en el que descansó pordécadas la incipiente tecnologíaelectrónica: la válvula triodo, inven-tada en 1906 por Lee De Forest,quien a su vez se apoyó en la válvu-la diodo, inventada en 1905 por JohnA. Fleming, que se basó en un fenó-meno (el efecto Edison) descubiertopor Tomas A. Edison durante las in-

vestigaciones que lo llevaron a in-ventar la bombilla incandescente.

Lee de Forest encontró que una re-jilla de alambre electrificada origina-ba un flujo de electrones cuando sela colocaba dentro de un tubo o vál-vula de vacío.

Dicho flujo podía ser controladode distintas maneras: se le podía in-terrumpir, reducir o incluso detenerpor completo; así por ejemplo, unamuy baja corriente de electrones enla entrada del tubo llegaba a seramplificada por éste, a fin de produ-cir una intensa corriente en la salida,por lo que este dispositivo fue utiliza-do en televisores, radios y en cual-quier otro equipo electrónico en elque se requiriera aumentar el nivelde una señal de entrada.

Con todo este potencial en el con-trol de la electricidad, el hombre pu-do manejar señales electrónicas yasí surgieron y se desarrollaron nue-vas formas de comunicación comola radio y la televisión, y nuevosavances tecnológicos, como el ra-dar y las primeras computadoras.

SURGE EL TRANSIS-TOR

El primer transistorfue construido enuna base plásticaen forma de C, en lacual se montarondos piezas de unelemento por en-tonces no muy conocido, el germa-nio, sostenidas por un resorte elabora-do a último momento con un clip deoficina. De los terminales de esta es-tructura salían delgados hilos de oro,que hacían las veces de conectorespara la entrada y salida de señales.Con este dispositivo los investigadorespudieron amplificar señales de igualforma como lo hubieran hecho conuna válvula triodo; y no había necesi-dad de una envoltura de cristal al va-cío, de filamentos incandescentes ode elevadas tensiones de operación.

En efecto, el transistor (llamado asídebido a que transfiere la señal eléc-trica a través de un resistor) pudo rea-lizar las mismas funciones del tubo alvacío, pero con notorias ventajas: nosólo sustituyó el complejo y delicadotubo por un sencillo montaje queconsiste básicamente en un conjuntode finos alambres bigotes de gato ,acoplado en un pequeño cristal se-miconductor, sino que hizo innecesa-ria la condición de vacío. Además,no requería de previo calentamientopara empezar a funcionar, ni de ungran volumen para su encapsulado;su estructura fija hacía de él un dispo-sitivo más confiable y duradero; y suconsumo de energía era insignifican-te.

La conducción de electricidad enun sólido depende del grado de liber-tad de sus electrones.

Los conductores son materiales queposeen uno o dos electrones en lacapa externa de los átomos que loforman.

Los llamados “aislantes” son ele-mentos que, como en el caso delazufre, por tener sus electrones con-tenidos en estrechos enlaces con losnúcleos y con otros átomos, no con-ducen electricidad.

Pero existe un tercer tipo de mate-riales que no se comporta ni comoconductores ni como aislantes puros:los semiconductores; esporádica-mente, éstos proporcionan un elec-trón libre o un espacio hueco parapermitir la conducción de la corrien-

te. Entre los semiconductores más co-munes pueden mencionarse el silicioy el germanio, que tienen aproxima-damente un electrón libre por cadamil átomos; esto contrasta con el co-bre, que suministra un electrón porcada átomo.

Una investigación específica sobrelas propiedades eléctricas de los se-miconductores, fue lo que condujo aldesarrollo del transistor. Con el propó-sito de apreciar el comportamientoeléctrico de una de estas sustancias,veamos la figura 1A.

Podemos observar un cristal de ger-manio (o silicio) que tiene en su capaexterna cuatro electrones, llamados“electrones de valencia”, que enconjunto enlazan a los átomos. Preci-samente, como todos los electronesse encuentran ocupados en unir a losátomos, no están disponibles paragenerar electricidad.

Supongamos que alguna impurezacon cinco electrones en la órbita devalencia entra al cristal (fósforo). Estoprovoca que cuatro de los electronesformen enlaces con los átomos degermanio, pero el quinto queda librepara conducir la corriente (figura 1B).Otro caso similar muy interesante, esel del átomo de boro introducido enel cristal de germanio (figura 1C). Elátomo de boro es una impureza contres electrones de valencia.

Aquí, uno de los puntos necesariospara la unión con los átomos de ger-manio está ausente; se crea enton-ces un estado de desequilibrio, don-de alguno de los átomos de la estruc-tura tan sólo cuenta con siete elec-trones, lo que deja un espacio libreque puede ser llenado con un elec-trón viajero. Por consecuencia, la fal-ta de un electrón (a la que se consi-dera una entidad física y se le deno-mina “hueco”) posee todas las pro-piedades de esta partícula; es decir,tiene masa y carga; aunque, comoestá ausente, su carga es positiva envez de negativa.

De acuerdo con este comporta-miento, se pudo establecer que un

cristal semiconductor es capaz deconducir electricidad cuando se dala presencia de impurezas. Con baseen ello, fue diseñado un método decontrol de electrones o huecos en uncristal, que los científicos de los labo-ratorios Bell consideraron en el inven-to del transistor. Dependiendo del ti-po de impurezas introducidas en elcristal, existen dos tipos de material: elmaterial tipo N o negativo y el mate-rial tipo P o positivo. Estos materialesse combinan entre sí para construir di-versos tipos de dispositivos, el más co-mún de todos ellos es el transistor bi-polar, cuya operación explicaremosa continuación.

PRINCIPIO DE OPERACI N DE UN TRANSIS-TOR

A los transistores con las caracterís-ticas citadas se les denomina “bipola-res” y su estructura interna es como semuestra en la figura 2A. Note que seforma con tres capas alternadas dematerial semiconductor: una N, otra Py finalmente otra N (es por ello que seles llama NPN). Observe también queal terminal conectado en la parte su-perior del dispositivo se le denomina“colector”, a la capa intermedia “ba-se” y a la inferior “emisor”. Veamoscómo funciona el conjunto.

En primer lugar, para que un transis-tor funcione tiene que estar polariza-do en cierta forma; en el caso quenos ocupa (transistor NPN), esta pola-rización implica un voltaje positivoaplicado entre colector y emisor yuna alimentación positiva de peque-ña magnitud entre base y emisor (fi-gura 2B). Cuando esto sucede y lapolarización de base es inferior a latensión de ruptura del diodo formadoentre base y emisor, la tensión entrecolector y emisor forma un campoeléctrico considerable en el interiordel dispositivo; pero como se enfrentaa una estructura semejante a un dio-do invertido, no puede haber un flujode corriente entre el colector y el


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Fig. 1A B C

emisor. Sin embargo, se tiene unacondición tal de excitación de loselectrones y huecos en el dispositivo,que bastaría con cualquier impulsoexterno para que el conjunto entraraen conducción.

Este impulso proviene justamentede la corriente aplicada en la base,misma que se dispara al momento enque la tensión aplicada en la base su-pera el punto de ruptura antes men-cionado; entonces, la corriente quecircula entre base y emisor provocauna avalancha de electrones entrecolector y emisor. Pero esta avalan-cha no es desordenada, sino que de-pende muy estrechamente de lacantidad de electrones que circulena través de la base (figura 2C); de he-cho, una de las características princi-pales de un transistor es un factor deganancia de corriente , el cual indicacuántas veces será amplificada lacorriente de la base en el colector. Alos fines prácticos, esto significa queel transistor amplifica por un factorHfe la corriente de su entrada.

La estructura NPN no es la únicaque se ha desarrollado, sino que tam-bién existen transistores con una l g i-ca negativa ; esto es, formados porcapas alternas de material P, N y P. El

comportamiento detales dispositivos resul-ta prácticamenteidéntico al anterior, só-lo varía el sentido delas tensiones de polari-zación aplicadas enlos terminales. Vea enla figura 4D la simbolo-gía con que se identi-fica a los transistoresbipolares tipo NPN yPNP.

TRANSISTORES CONTENI-DOS

EN OBLEAS DE SILICIO

Ya desde fines delos 50 se advertía quela miniaturización delos transistores podíaalcanzar niveles ex-traordinarios. Precisa-mente, en 1958 en loslaboratorios Fairchildpor primera vez se lo-gró algo que parecíaimposible: en la super-

ficie de un bloque de silicio se graba-ron varios dispositivos a la vez, conec-tados entre sí para realizar un trabajoen conjunto, y se introdujo este cristalsemiconductor en un encapsuladoúnico, de tal manera que se podíamanejar como un bloque funcional.Fue así como nacieron los circuitos in-tegrados, siguiente paso en la evolu-ción de la tecnología electrónica.

Más adelante, las técnicas de fabri-cación de cristales de silicio mejora-ron, la producción de máscaras degrabado se depuró y se desarrollaronnuevos e ingeniosos métodos para eldopado de los materiales semicon-ductores.

Fue posible, entonces, fabricar cir-cuitos integrados mediante un proce-so de fotograbado, en el que se tieneuna delgada oblea de silicio sobre lacual se proyectan las sombras deunas máscaras donde vienen graba-das las delgadas pistas que posterior-mente se convertirán en las termina-les de los transistores.

Utilizando métodos fotoquímicos seaprovechan las sombras para sem-brar impurezas en el sustrato semi-conductor, y al ir apilando capas al-ternativas de cristales tipo N y tipo P,finalmente se obtiene una amplia va-

riedad de dispositivos, que pueden irdesde diodos hasta transistores deefecto de campo. Gracias a ello, eltransistor pudo ser reducido hasta al-canzar la dimensión de unas cuantasmicras, es decir, una milésima de milí-metro.

Cabe hacer la aclaración de que,para que estos circuitos sean capa-ces de realizar cálculos matemáticoscomplejos en fracciones de segundo,se aprovecha una característica muyespecial de los transistores: su capaci-dad de funcionar como llaves o inte-rruptores de corriente o tensión; estoes, un transistor puede presentar dosestados básicos: uno de conduccióny otro de no conducción. A esta apli-cación de los transistores se le deno-mina electr nica digital .

SURGEN LOS MICROPROCESADORES

Intel es la empresa pionera en la fa-bricación de microprocesadores. Fuefundada en 1968 por Gordon E. Moo-re, Andrew Grove y Ted Hoff, quienespreviamente habían trabajado paraIBM y/o Fairchild y, por lo tanto, teníanexperiencia en la fabricación en seriede circuitos integrados, lo que les per-mitió manufacturar los primeros chipsde memoria RAM. En 1970, una firmajaponesa fabricante de calculadoraselectrónicas (Busicom) los contactópara que desarrollaran trece nuevoscircuitos integrados que serían el co-razón de su nueva línea de modelos.

Enfrentados a este compromiso, losingenieros de Intel advirtieron que notendrían el tiempo suficiente para de-sarrollar los trece circuitos individua-les; pero a dos de sus fundadores e in-vestigadores más brillantes (Ted Hoff yGordon E. Moore), se les ocurrió laidea de crear un núcleo común quesirviera a los trece modelos por igual;y los pequeños cambios que atendie-ran a las particularidades de cadamodelo se grabarían en una memo-ria ROM independiente, en forma deun programa de instrucciones.

Este circuito de propósito generalfue el primer microprocesador de lahistoria; mas los derechos de comer-cialización no pertenecían a Intel,pues todo el diseño se había hechopor encargo de Busicom. Sin embar-go, la fortuna le fue favorable a Intel,ya que en poco tiempo Busicom sevio en serias dificultades financieras y

Capítulo 4

63

Fig. 2

le vendió los derechos de explota-ción comercial del circuito que habíasalido de sus laboratorios. Surge así,en 1971, el primer microprocesadorde venta al público: el Intel 4004, undispositivo que podía manejar pala-bras de 4 bits de longitud y que esta-ba construido a partir de un circuitointegrado de 2.300 transistores.

Agrupar millones de transistores bi-polares en un pequeño bloque de si-licio que apenas rebasa el área deuna uña, requirió de profundas inves-tigaciones en el ámbito de los semi-conductores.

FAMILIAS MOS Y MOSFET

Los transistores que se utilizan en laconstrucción de circuitos integradosextremadamente complejos, comomicroprocesadores o bloques de me-moria, son del tipo semiconductormetal óxido o MOS (figura 3). Estostransistores tienen dos regiones princi-pales: la fuente (source) y el drenado(drain); como en este último hayelectrones en abundancia, se diceque los transistores son también del ti-po N. Entre la fuente y el drenado seencuentra una región del tipo P en laque faltan muchos electrones; comoya se dijo, a estas regiones se les lla-ma “huecos”.

En su parte superior, el sustrato de si-licio tiene una capa de dióxido de si-licio aislante; a su vez, la parte supe-rior es un metal que corresponde a lacompuerta (gate). Precisamente, dela anterior combinación de un metalcon un óxido se deriva el nombre desemiconductor metal xido . Cuan-

do un voltaje positivo es aplicado enla compuerta de metal, se produceun campo eléctrico que penetra através del aislante hasta el sustrato.Este campo atrae electrones hacia lasuperficie del sustrato, justo debajodel aislante, que permite que la co-rriente fluya entre la fuente y el drena-do. Dependiendo de la magnitud dela tensión aplicada en la compuerta,

menor o mayor será el “canal”conductor que se abra entredrenaje y fuente, de modo quetendremos un comportamientoidéntico al de un transistor tradi-cional, pero con la diferenciade que ahora la corriente de sa-lida es controlada por voltaje,no por corriente.

La estructura tan sencilla deeste tipo de transistores permitiófabricar, mediante avanzadastécnicas fotoquímicas y el uso de dis-positivos ópticos muy sofisticados,transistores de dimensiones franca-mente inconcebibles. En el mundo delos microprocesadores circula casicomo un acto de fe, un principio quehasta la fecha se ha cumplido casipuntualmente: la ley de Moore, se-gún la cual cada aproximadamente18 meses los circuitos integrados du-plican la cantidad de transistores queutilizan, al tiempo que también multi-plican por 2 su potencia de cómputo.

TRANSISTORES DE ALTAS POTENCIAS

Otra vertiente en el desarrollo delos transistores, paralela a la miniaturi-zación, ha sido el manejo y control degrandes magnitudes de energía. Pa-ra ello, se diseñaron transistores y, engeneral, semiconductores de swit-cheo que son capaces de manejarelevadas potencias.

Los transistores de este nuevo tipo,llamados transistores bipolares decompuerta aislada” (IGBT), son deltamaño de una estampilla postal ypueden agruparse para manejar in-cluso 1.000 ampere de corriente enrangos de hasta varios miles de volts.Lo más importante, sin embargo, esque los dispositivos IGBT s puedenconmutar esas corrientes con unagran velocidad.

FUTURO DEL TRANSISTOR

Los transistores se han producido en

tales cantidades hasta la fecha, queresultan muy pequeños y baratos; apesar de ello, son varias las limitacio-nes físicas que han tenido que supe-rarse para que el tamaño de estosdispositivos continúe reduciéndose.

Asimismo, puesto que la tarea deinterconectar elementos cada vezmás diminutos puede volverse prácti-camente imposible, los investigadoresdeben considerar también el tamañodel circuito. Si los transistores se some-ten a fuertes campos eléctricos, éstospueden afectar en varias formas elmovimiento de los electrones y pro-ducir lo que se conoce como efectoscuánticos.

En el futuro, el tamaño de los tran-sistores puede ser de tan sólo algunoscientos de angstrom (1 angstrom =una diezmilésima de micra); por estomismo, la presencia o ausencia de al-gunos átomos, así como su compor-tamiento, será de mayor importan-cia.

Al disminuirse el tamaño, se incre-menta la densidad de transistores enun chip; entonces éste aumenta lacantidad de calor residual despedi-do. Además, tomando en cuentaque por su reducido tamaño los ele-mentos del circuito pueden quedarpor debajo del rango en que se de-senvuelve la longitud de onda de lasformas de radiación más comunes,existen métodos de manufactura enriesgo de alcanzar sus máximos lími-tes. Finalmente, podemos señalarque la revolución continúa y que, talcomo ha sucedido en los últimos 50años, seguiremos viendo progresos


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la colabora-ción de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónicainternacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio D.Vallejo, Carlos García Quiroz y Leopoldo Parra Reynada.


Fig. 3

ahora insospechados. ***********Capítulo 4

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Capítulo 4

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Capítulo 4

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TVAUDIOVIDEO

TVAUDIOVIDEO


SSAABBEERR




LOS COMPONENTESEN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES

LOS COMPONENTESEN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES


INDICE DEL

CAPITULO 5

MAGNETISMO E INDUCTANCIA MAGNETICAEl efecto magnético......................................67Campo eléctrico y campo magnético......67Propiedades magnéticas de la materia ....69Cálculos con fuerzas magnéticas ...............69Dispositivos electromagnéticos....................70Electroimanes y solenoides...........................70Relés y Reed-relés ..........................................70Los galvanómetros.........................................71Los inductores ................................................71

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente continua y corriente alterna .......72Representación gráfica de la corriente alterna ............................................75

Reactancia.....................................................75Reactancia capacitiva.................................76Fase en el circuito capacitivo......................77Reactancia inductiva ...................................77Fase en el circuito inductivo ........................78¿Qué es una señal?.......................................78

TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPAROLos tiristores......................................................78Rectificador controlado de silicio................78Interruptor controlado de silicio...................79FotoSCR ...........................................................79Diodo de cuatro capas ................................79SUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT................80

Cupón Nº 5Guarde este cupón: al juntar 3 de




EL EFECTO MAGN TICO

Un profesor dinamarqués de laescuela secundaria llamado HansChistian Oersted observó que colo-cando una aguja imantada cercade un alambre conductor, cuandose establecía la corriente en el con-ductor, la aguja se desplazaba ha-cia una posición perpendicular alalambre, como se muestra en la fi-gura 1. Como seguramente sabránlos lectores, las agujas imantadasprocuran adoptar una posición de-terminada según el campo magnéti-co terrestre, dando origen a la brúju-la (figura 2).

El movimiento de la aguja iman-tada sólo revelaba que las corrienteseléctricas producen campos mag-néticos y también facilitaba el esta-blecimiento exacto de la orienta-ción de este campo, o sea su modode acción. Como en el caso de loscampos eléctricos, podemos repre-sentar los campos magnéticos por lí-neas de fuerza. En un imán, como semuestra en la figura 3, esas líneas sa-len del polo norte (N) y llegan al po-lo sur (S).

Para la corriente eléctrica quefluye en el conductor, verificamosque las líneas de fuerza lo rodean, talcomo muestra la figura 4. Represen-tando con una flecha la corrienteque fluye del positivo hacia el nega-tivo, tenemos una regla que permite

determinar cómo se manifiesta elcampo. Con la flecha entrando enla hoja (corriente entrando) las lí-neas son concéntricas, con orienta-ción en el sentido horario (sentidode las agujas del reloj). Para la co-rriente saliente, las líneas se orientanen el sentido antihorario (figura 5).El hecho importante es que dispo-

niendo conductores recorri-dos por corrientes de formasdeterminadas, podemos ob-tener campos magnéticosmuy fuertes, útiles en la cons-trucción de diversos dispositi-vos.

CAMPO EL CTRICO Y

CAMPO MAGN TICO

Si tenemos una cargaeléctrica, alrededor de estacarga existe un campo eléc-

trico cuyas líneas de fuerza se orien-tan como muestra la figura 6. Unacarga eléctrica en reposo (deteni-da) posee sólo campo eléctrico. Sinembargo, si se pone en movimientouna carga eléctrica, lo que tendre-mos será una manifestación de fuer-zas de naturaleza diferente: tendre-mos la aparición de un campo mag-nético. Este campo tendrá líneas defuerza que envuelven la trayectoriade la carga, como muestra la figura7. El campo eléctrico puede actuarsobre cualquier tipo de objeto, pro-vocará atracción o repulsión según

Capítulo 5

67

Capítulo 5

Magnetismo e Inductancia Magnética

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

su naturaleza. El campo magnéticosólo actúa atrayendo o repeliendo,sobre materiales de determinadanaturaleza de forma más eminente.Teniendo en cuenta el origen delcampo magnético podemos expli-car fácilmente por qué ciertos cuer-pos son imanes y por qué una co-rriente puede actuarsobre una aguja mag-netizada.

En un cuerpo co-mún los electrones quese mueven alrededorde los átomos lo hacende manera desordena-da, de modo que elcampo producido noaparece.

Sin embargo, pode-mos orientar estos mo-vimientos de modo deconcentrar elefecto de una ma-nera determinada,como muestra la fi-gura 8.

O b t e n e m o s ,entonces, "imaneselementales", cu-yos efectos suma-

dos dotan al material depropiedades magnéti-cas. Tenemos así, cuer-pos denominados ima-nes permanentes. Unimán permanente tienedos polos, denominadosNORTE (N) y SUR (S), cu-yas propiedades son se-mejantes a las de las car-gas eléctricas.

Podemos decir quepolos de nombres dife-rentes se atraen (Norteatrae a Sur y vicerversa).

Polos del mismonombre se repelen (Norterepele a Norte y Sur repe-le a Sur).

Los imanes perma-nentes pueden ser natu-rales o artificiales. Entrelos naturales destaca-mos la magnetita, unaforma de mineral de hie-rro que ya se obtiene enlos yacimientos con las

propiedades que caracterizan unimán.

Entre los artificiales destacamosel Alnico, que es una aleación (mez-cla) de aluminio, níquel y cobalto,que no tiene magnetismo naturalhasta que es establecido por proce-sos que veremos posteriormente. Losmateriales que podemos convertiren imanes son llamados materialesmagnéticos; podemos magnetizarun material que lo admita orientan-do sus imanes elementales. Para elloexisten diversas técnicas:

a) Fricci n: de tanto usar una he-rramienta, una tijera, por ejemplo, losimanes elementales se orientan y és-ta pasa a atraer pequeños objetosde metal, o sea, se vuelve un imán(figura 9). Frotando una aguja contraun imán, orienta sus imanes elemen-tales y retiene el magnetismo.

Advierta que existen cuerpos queno retienen el magnetismo, comopor ejemplo el hierro.

Si apoyamos un imán contra unhierro, éste se magnetiza, comomuestra la figura 10, pero en cuantolo separamos del imán, el hierro pier-de la propiedad de atraer peque-ños objetos, debido a que sus ima-nes elementales se desorientan.

b) Mediante un campo intenso:colocando un objeto magnetizableen presencia de un campo magné-tico fuerte, podemos orientar susimanes elementales y, de esta ma-nera, convertirlos en un imán. El

campo de una bobi-na puede ser suficien-te para esto. Del mis-mo modo que los ma-teriales pueden rete-ner magnetismo, tam-bién pueden perderlobajo ciertas condicio-nes.

Si calentamos untrozo de magnetita, osea un imán perma-nente natural, a unatemperatura de

585°C, el magne-tismo desapare-ce. Esta tempe-ratura es conoci-da con el nombrede Punto Curie yvaría de acuerdoa los diferentesmateriales.


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Fig. 5

Fig. 10

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

PROPIEDADES MAGN TICAS

DE LA MATERIA

Imaginemos los polos de un imánpermanente, como muestra la figura11. Tenemos un campo uniforme, da-do que las líneas de fuerza son para-lelas (dentro del espacio considera-do). Pues bien, colocando diversos ti-pos de materiales entre los polos del

imán, podemos observar lo siguien-te:

a) El material "dispersa" las l neasde fuerza del campo magn tico, comomuestra la figura 12.

El material en cuestión se llama"diamagnético", tiene una suscepti-bilidad magnética menor que 1 ypresenta la propiedad de ser ligera-mente repelido por los imanes (cual-quiera de los dos polos). Entre los ma-teriales diamagnéticos citamos elCOBRE, el VIDRIO y el BISMUTO.

b) El material concentra las l neasde fuerza de un campo magn tico, co-mo muestra la figura 13.

Si la concentración fuera peque-ña (susceptibilidad ligeramente ma-yor que 1), diremos que la sustanciaes paramagnética, como por ejem-plo el aluminio, el aire, el platino y eltungsteno.

Si bien existe una fuerza de atrac-ción de los imanes por estos materia-les, la misma es muy pequeña paraser percibida.

En cambio, si la concentra-ción de las líneas de fuerza fue-ra muy grande (susceptibilidadmucho mayor que 1), entoncesel material se denomina "ferro-magnético", siendo atraídofuertemente por el imán. Elnombre mismo nos está dicien-do que el principal material de estegrupo es el hierro.

Los materiales ferromagnéticosson usados para la fabricación deimanes y para la concentración deefectos de los campos magnéticos.

Los materiales diamagnéticos seutilizan en la construcción de blinda-jes, cuando deseamos dispersar las lí-neas de fuerza de un campo mag-nético.

C LCULOS CON

FUERZAS MAGN TICAS

Si colocamos una carga eléctri-ca bajo la acción de un campoeléctrico, la misma queda sujeta auna fuerza; esta fuerza puede sercalculada mediante:

F = q . E

donde:F es la intensidad de la fuerza (N).q es el valor de la carga (C) y E es

la intensidad del campo (N/C).Para el caso del campo magné-

tico, podemos definir una magnitudequivalente a E (Vector de intensi-dad de Campo), que se denominaVector de Inducción Magnética, elcual es representado por la B (figura14). La unidad más común para me-dir el Vector Inducción Magnética esel Tesla (T), pero también encontra-mos el Gauss (G).

1 T = 104G

El lanza-miento deuna cargaeléctrica enun campoeléctrico oen un cam-po magnéti-co es la ba-se de dispo-sitivos elec-trónicos muy

importantes. Así, podemos dar comoejemplo el caso de un tubo de rayoscatódicos, (tubo de rayos catódicosde TV, por ejemplo) en el que la ima-gen está totalmente determinadapor fuerzas de naturaleza eléctrica ymagnética que determinan la tra-yectoria de los electrones que inci-den en una pantalla fluorescente (fi-gura 15). Es, por lo tanto, necesarioque el técnico electrónico sepa ha-cer algunos cálculos elementales re-lativos al comportamiento de cargasen campos eléctricos y tambiénmagnéticos.

a) Fuerza en un campo el ctricoSuponiendo dos placas parale-

las, como muestra la figura 16, some-tidas a una tensión V (+Ve; -V), entreellas existe un campo eléctrico uni-forme cuya intensidad es:

E = V/d

(V = Potencial y d = distancia)Si entre las placas lanzamos una

carga eléctrica, un electrón, o unacarga, ésta quedará sujeta a unafuerza que depende de dos facto-res: su polaridad y su intensidad. Si lacarga fuera positiva, la fuerza seejercerá en el sentido de empujarlahacia la placa negativa y, si fueranegativa, al contrario. La intensidadde la fuerza estará dada por:

F = q . E

Donde:

Capítulo 5

69

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

F es la fuerza en Newtons.q es la fuerza en Coulombs.E es la intensidad de campo en

V/m o N/C.En el caso de un campo magné-

tico, el comportamiento de la cargalanzada es un poco diferente.

De hecho, sólo existirá la fuerza sila carga estuviera en movimiento.Una carga estática no es influencia-da por campos magnéticos.

b) Fuerza en campos magn ticosLa fuerza a que queda sometida

una carga eléctrica lanzada en uncampo magnético es denominadaFuerza de Lorentz y tiene las siguien-tes características:

Dirección perpendicular al Vec-tor B y al vector v (velocidad), la In-tensidad está dada por la fórmula:

F = q . v . B sen ¿

Donde:F = fuerza en Newtonsq = carga en Coulombsv = velocidad en m/sø = ángulo entre V y B

Sentido dado por la regla de lamano izquierda de Fleming, comomuestra la figura 17.

Representando el campo (B) conel dedo índice y la velocidad (v) conel dedo del medio, la fuerza que ac-tuará sobre la carga estará dadapor la posición del pulgar (F).

Si la carga fuera negativa, se in-vierte el sentido de F. Observe que silanzamos una carga paralela a las lí-neas de fuerza del campo magnéti-co (B paralelo a v), entonces, el senoø será nulo. En estas condiciones, nohabrá ninguna fuerza que actúe so-bre la carga.

DISPOSITIVOS

ELECTROMAGN TICOS

Sabemos que cuando una co-rriente recorre un conductor rectilí-neo, el movimiento de las cargas es

responsab lede la apari-ción de uncampo mag-nético. Esecampo mag-nético tiene lamisma natura-leza que el

que se produce conuna barra de imánpermanente y puedeatraer o repeler obje-tos de metal.

En el caso delcampo producido por una corrienteen un conductor, no sólo tenemos elcontrol de su intensidad sino quetambién podemos intervenir en la"geometría" del sistema, darle formasy disposiciones mediante las que sepuede aumentar, dirigir y difundir laslíneas de fuerza del campo según sedesee. Hay varias maneras de lograreso, lo que nos lleva a la elaboraciónde distintos dispositivos de aplicaciónen electrónica.

ELECTROIMANES Y SOLENOIDES

El campo creado por una co-rriente que recorre un conductor rec-tilíneo es muy débil. Se necesita unacorriente relativamente intensa, ob-tenida de pilas grandes o de batería,para que se observe el movimientode la aguja imantada. Para obtenerun campo magnético mucho másintenso que éste, con menos corrien-te y a partir de alambres conducto-res, pueden enrollarse los alambrespara formar una bobina o solenoide,como muestra la figura 18.

Cada vuelta de alambre se com-porta como un conductor separadoy, entonces, el conjunto tiene comoefecto la suma de los efectos de lascorrientes. De esta manera, en el in-terior del solenoide tenemos la sumade los efectos magnéticos.

En la figura 19 se grafica la formade obtener el sentido del campomagnético generado cuando se co-noce la polaridad de la corriente. Seobserva que la bobina se comportacomo un imán en forma de barracon los polos en los extremos. Cual-quier material ferroso, en las cerca-nías de la bobina, será atraído por elcampo magnético que ésta genera.

Si en el interior de la bobina colo-co un núcleo de hierro, el campomagnético se incrementa, y puedeatraer a otros objetos ferrosos máspesados.

Al conjunto así formado se lo lla-ma electroimán y posee innumera-bles aplicaciones, por ejemplo engrúas, válvulas en lavarropas, maqui-narias textiles, etc.

REL S Y REED-REL S

La estructura de un relé se mues-tra en la figura 20. Se puede apreciarque en las cercanías del electroimánrecién estudiado se coloca un juegode contactos eléctricos. En el caso


70

Fig. 17Fig. 16

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

de la figura, cuando no circula co-rriente por el solenoide (bobina), loscontactos permanecen abiertos.Cuando la bobina es energizada, elcampo magnético atrae el conta-dor móvil que se "pega" con el fijo, ycierra, de esta manera, algún circui-to eléctrico.

En la figura 21 se da un ejemplode relé con 3 contactos; el principiode funcionamiento es el mismo, sóloque ahora existe un contacto nor-mal cerrado (bobina sin energía) yotro normal abierto. Otro tipo de relées el llamado "reed-rel ", cuyo as-pecto funcional se ve en la figura 22.

Se tiene un interruptor de láminasencerradas en un tubo de vidrio lle-no de gas inerte. Con el gas inerte,

las chispas que se producen duranteel cierre y apertura de los contactosno les causan daños (no se que-man).

Con eso, contactos relativamen-te chicos pueden soportar corrientesintensas y, además, la operación esrelativamente alta en relación con ladistancia que separa a los contactosen la posición "abierto". El "reed-switch", que es un interruptor de lámi-nas, se acciona, en condiciones nor-males, por la aproximación del imán.Una aplicación importante de estecomponente está en los sistemas dealarma, en los que la apertura deuna puerta o una ventana hace queun imán abra o cierre los contactosde una reed-switch activando laalarma.

En el caso de un reed-relé, el ac-cionamiento de los contactos loefectúa el campo magnético de unsolenoide que envuelve la ampolla.Con muchas espiras de alambre bar-nizado pueden obtenerse relés ultrasensibles, capaces de cerrar los con-tactos con corrientes de bobina depocos miliamperes. La corriente decontacto depende exclusivamentedel "reed-switch" que se use, peroson típicas las del orden de 100 a1.000mA. La ventaja principal de es-te relé, además de la sensibilidad, esla posibilidad de montaje en un es-pacio muy reducido, pues el compo-nente es de pequeñas dimensiones.

LOS GALVAN METROS

El galvanómetro de bo-bina móvil o de D'Arsonvales un componente elec-trónico que utiliza el efectomagnético de la corriente.Se usa este dispositivo paramedir corrientes eléctricaspara aprovechar justa-mente el hecho de que elcampo magnético y, porconsiguiente, la fuerza queactúa con el imán, es pro-porcional a la corrienteque pasa por la bobina. Enla figura 23, vemos estecomponente en formasimplificada. Entre los polosde un imán permanente secoloca una bobina quepuede moverse respecto

de dos ejes que sirven también decontactos eléctricos. Resortes espira-lados limitan el movimiento de la bo-bina, el que se hace más difícil cuan-do se acerca al final del recorrido.

En la bobina se coloca una agu-ja que se desplaza sobre una escala.Cuando circula corriente por la bobi-na se crea un campo magnéticoque interactúa con el campo delimán permanente, surgiendo, enton-ces, una fuerza que tiende a moverel conjunto. El movimiento será tantomayor cuanto más intensa sea la co-rriente.

Podemos, así, calibrar la escalaen función de la intensidad de la co-rriente. Son comunes los galvanóme-tros que tienen sus escalas calibra-das con valores máximos, llamadostambién "fondo de escala", entre10µA (microamperes) y 1mA (miliam-pere). Los galvanómetros puedenformar parte de diversos instrumen-tos que miden corrientes (miliamperí-metros o amperímetros), que midentensiones (voltímetros, resistenciasohmímetros), o que miden todas lasmagnitudes eléctricas (multímetros).

LOS INDUCTORES

Podemos reforzar en forma consi-derable el campo magnético crea-do por una corriente que circula en

Capítulo 5

71

Fig. 21

Fig. 22

Fig. 23

Fig. 24

un conductor, si enrollamos el con-ductor para formar una bobina. Lainductancia de una bobina es tam-bién mucho mayor que la de unconductor rectilíneo. Tenemos, en-tonces, componentes llamados in-ductores (que aparecen en los dia-gramas representados por espiralescon letras "L") que presentan induc-tancias, o sea una inercia a las varia-ciones bruscas de la corriente (figura24). Los inductores pueden tener di-versas características de construc-ción según la aplicación a la que sedestinan. Tenemos, entonces, los in-ductores de pequeñas inductancias,formados por pocas espiras dealambre, con o sin un núcleo de ma-terial ferroso en su interior. La presen-cia del material ferroso aumenta lainductancia, multiplicada por unfactor que puede ser bastante gran-de.

La unidad de inductancia es elhenry, H en forma abreviada.

El múltiplo más usado es:-El milihenre (mH) que vale 0,001

henry, o mil sima parte del Henry.Los pequeños inductores para

aplicaciones en frecuencias eleva-das tienen inductancias que varíanentre pocos microhenry y milihenry,

mientras que los que se usan parafrecuencias medias y bajas puedentener inductancias hasta de algunoshenrys.

La oposición o inercia que pre-senta el inductor a las variaciones deintensidad de la corriente dependede la cantidad de líneas de fuerzaque cortan el conductor o espiras dela bobina.

Denominamos flujo magnético,representado por Ø, al número de lí-neas de fuerza que atraviesan unacierta superficie (S). Calculamos elflujo en una espira de la bobina me-diante la fórmula:

Ø = B. S. cos α

En la que: Ø es la intensidad del flujo mag-

nético que se mide en weber, cuyosímbolo es Wb.

B es la intensidad de la inducciónmagnética medida en Tesla (T).

S es la superficie rodeada por laespira, en metros cuadrados.

Si tuviéramos una bobina con nespiras, basta multiplicar el segundomiembro de la fórmula por n:

Ø = n.B.S.cos α

Si en el interior del solenoide obobina se colocara un núcleo dematerial ferroso, debemos multiplicarla permeabilidad del material por elresultado.

Partiendo de esta fórmula del flu-jo se puede, fácilmente, llegar a lafórmula de la inductancia propia-mente dicha, que será válida parasolenoides en los que la longitud nosea mucho mayor que el diámetro.

Tenemos, entonces:

1,257 . n2 . S . 10-8

L = ______________________I

En la que:L es la inductancia en henry (H).n es el número de espiras del so-

lenoide.I es la longitud del solenoide en

centímetros.S es la superficie rodeada por

una espira, en centímetros cuadra-dos.

Los valores 1,257 y 10-8 son cons-tantes que dependen de la permea-bilidad magnética del medio, en es-te caso del aire, además de las uni-dades de longitud y superficie quese utilicen.


72

Los Componentes en Corriente Alterna

Lla corriente que tomamos de lalínea es alterna y es muy diferen-te de la que obtenemos de pilas

o baterías. Pero ¿cuál es la diferen-cia y de qué modo influye en elcomportamiento de los distintoscomponentes que estudiamos has-ta el momento?

Si conectamos un resistor, un ca-ble conductor o una lámpara a unapila o batería, se establecerá unacorriente que es un flujo de electro-nes libres. Esos electrones van a diri-girse del polo negativo (que los tie-ne en exceso) al polo positivo (quelos tiene en defecto).

Suponiendo que la resistenciadel resistor, conductor o lámpara novaríe en el transcursor del tiempo, elflujo de electrones será constantecomo ilustra el gráfico de la figura 1.

Esta es una corriente continuaporque: "Circula siempre en el mis-mo sentido y tiene intensidad cons-tante". Una corriente continua se re-presenta en forma abreviada porCC (corriente continua) o DC (directcurrent). Pero existe otro tipo de co-rriente.

Vamos a suponer que se esta-blezca una corriente en un conduc-tor, resistor u otra clase de carga, demanera que su in-tensidad no esconstante sinoque varía cíclica-mente, es decir,siempre de la mis-ma manera. Unacorriente quecambia en formaconstante su senti-do de circulación

y varía su intensidad es una corrien-te alterna.

A nosotros va a interesarnos alprincipio la corriente alterna sinusoi-dal, que explicaremos enseguida.

Un conductor que corte las lí-neas de fuerza de un campo mag-nético, manifestará en sus extremosuna fuerza electromotriz que puedecalcularse mediante la expresión:

Fig. 1

E = B x L x sen α

Donde: E es la fuerza electromotrizB es el vector inducción magnéti-

caL es la longitud del alambreα es el ángulo en que el conduc-

tor corta las líneas del campo.Vea que la inducción de una ten-

sión será tanto mayor cuanto mayorsea el ángulo según el que el con-ductor corta las líneas de fuerza delcampo magnético.

Partiendo de ese hecho, vamosa suponer que montamos una espira(una vuelta completa del alambreconductor) de manera de girar den-tro del campo magnético uniforme,como se ve en la figura 2.

Un campo magnético uniformese caracteriza por tener la misma in-tensidad en todos sus puntos, lo quenos lleva a representarlo por líneasde fuerza paralelas. Vamos a repre-sentar esta espira vista desde arribapara comprender con mayor facili-dad los fenómenos que se produci-rán cuando la giramos, como mues-tra la figura 3.

Partiendo entonces de la posi-ción de la figura 3, hacemos que laespira gire 90° en el sentido indicado,de modo que corte las líneas defuerza del campo magnético.

En estas condiciones, a medidaque la espira "entra" en el campo, elángulo se va acentuando de mane-ra que al llegar a 90, el valor va des-de cero hasta el máximo.

En esta posición, la espira corta elcampo en forma perpendicular aun-que sólo sea por un instante. Comola tensión inducida depende del án-gulo, vemos que en este arco de 90°,el valor va desde 0 hasta el máximo,lo que puede representarse median-te el gráfico de la figura 4. Conti-nuando la rotación de la espira, ve-mos que entre 90° y 180° tiende a"salir" del campo y se va reduciendoel ángulo según el cual corta las lí-neas de fuerza del campo magnéti-co. La tensión inducida en estas con-diciones cae hasta el mínimo en estearco.

Vea que realmente la tensióncae a cero pues a 180°, aunque sólopor un instante, el movimiento de laespira es paralelo a las líneas de fuer-

za y entonces nohay inducción.

En la figura 5 setiene la representa-ción gráfica de loque ocurre con elvalor de la tensiónen estos arcos de90° (0° a 90° y 90° a180°).

R e c o r r i e n d oahora 90° más, de180 a 270°, la espiravuelve a "penetrar"en el campo mag-nético en forma másacentuada pero ensentido opuesto aldel arco inicial. Asíocurre la inducciónpero la polaridad detensión en los extre-mos de la espira seha invertido, es decir,si tomamos una refe-rencia inicial que lle-ve a una representación positi-va en los 180 grados iniciales, apartir de este punto la repre-sentación será negativa comomuestra la figura 6.

Igualmente, la tensión as-ciende, pero hacia valores ne-gativos máximos, hasta llegaren los 270 grados al punto decorte, prácticamente perpen-dicular aunque sea por un bre-ve instante. En los 90° finales de lavuelta completa, de 270 a 360 gra-dos, nuevamente el ángulo en elque la espira corta las líneas de fuer-za, disminuye y la tensión inducidacae a cero.

El ciclo completo de representa-ción de la tensión generada se ve enla figura 7.

Si tuviéramos un circuito externopara la circulación de la corriente ysi la resistencia fuera constante, la in-tensidad dependerá exclusivamentede la tensión). La corriente circulantetendrá entonces las mismas caracte-rísticas de la tensión, es decir, variarásegún la misma curva.

Como la tensión generada estáregida por la función seno (sen α)que determina el valor según el án-gulo, ya que B y L son constantes, laforma de la onda recibe el nombrede sinusoide. Se trata, por lo tanto de

Capítulo 5

73

Fig. 3

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 5

una corriente alterna sinusoidal. Paragenerar esta corriente alterna sinu-soidal se establece una tensión tam-bién sinusoidal. Esa tensión, tambiénalterna tiene la misma representa-ción gráfica.

Podemos decir entonces:

"Una tensi n alterna produce unacorriente alterna que es aquella cuyaintensidad var a en forma constanteseg n una funci n peri dica y susentido se invierte constantemente."

Vea que una "función periódica"es la que se repite continuamentecomo la sinusoide que es la misma acada vuelta de espira (figura 8).

Una corriente alterna s lo puedeser establecida por una tensi n alter-na.

El tiempo que la espira tarda endar una vuelta completa determinaun valor muy importante de la co-rriente alterna, que podemos medir.Este tiempo de una vuelta es el pe-riodo que se representa con T y semide en segundos.

El número de vueltas que da laespira en un segundo determina otramagnitud importante que es la fre-cuencia, representada por f y medi-da en hertz (Hz).

Numéricamente, la frecuencia esla inversa del período:

T = 1/f

Los alternadores de las usinas hi-droeléctricas (y atómicas) que en-vían energía eléctrica a nuestras ca-sas, operan con una frecuencia de50 hertz (50Hz).

Decimos entonces que la corrien-te alterna obtenida en las tomas deenergía tiene una frecuencia de 50hertz.

Esto significa que en cada segun-do, la corriente es forzada a circular50 veces en un sentido y 50 veces enel opuesto, pues ése es el efecto dela inversión de la polaridad (vea nue-vamente la figura 8).

Alimentando una lámpara incan-descente común, en cada segundoexisten 100 instantes en que la co-rriente se reduce a cero, pero la lám-para no llega a apagarse por la iner-cia del filamento que se mantienecaliente. La tensión producida pue-de variar y es de 220V. No podemoshablar de un valor fijo de tensión ode corriente pues el cambio de lapolaridad y del valor es constante.

¿Qué significa entonces 220V?Si tenemos en cuenta la tensión

sinusoidal de la toma de energía dela red, vemos que lo cierto sería ha-blar de valores instantáneos, es de-cir: de la tensión que encontramosen cada instante, que depende delinstante de cada ciclo considerado.Podemos encontrar tanto un mínimonegativo como un máximo positivo,o cero, según el instante dado.

Es claro que a los efectos prácti-cos, eso no tiene mucho sentido. Esasí que, para medir tensiones y co-rrientes alternas es preciso estable-cer una manera que nos dé unaidea del efecto promedio o real ob-tenido. Esto puede entenderse de lasiguiente manera:

Si alimentamos una lámpara co-mún con tensión alterna en los ins-tantes en que la corriente circula porel filamento, en un sentido o en otro,se produce el calentamiento y lalámpara se enciende. El efecto es elmismo que tendríamos si la alimentá-ramos con una tensión continua dedeterminado valor.

¿Cuál sería ese valor?Si comparamos el gráfico que re-

presenta la circulación de corrientecontinua por un circuito y el gráficoque representa la circulación de unacorriente alterna, la superficie cu-

bierta en un intervalo se relacionacon la cantidad de energía que te-nemos a disposición. Entonces nosbasta hacer la pregunta siguientepara tener la respuesta a nuestroproblema:

¿Cuál debe ser el valor de la ten-sión continua que nos produce elmismo efecto que determinada ten-sión alterna?

En la figura 9 vemos que, si la ten-sión alterna llega a un valor máximoX, el valor que la tensión continuadebe tener para producir el mismoefecto se consigue dividiendo X porla raíz cuadrada de 2, o sea: 1,4142.El valor máximo alcanzado en un ci-clo (el mínimo también) se llama va-lor de pico, mientras que el valor queproduce el mismo efecto, se llamavalor eficaz o r.m.s. ("root mean squa-re"). Para la red de 220V, los 220V re-presentan el valor r.m.s. Existen ins-tantes en que la tensión de la red lle-ga a 220V multiplicados por 1,4142 yasí obtenemos que el valor pico es311,12V.

Este valor se logra dividiendo elpromedio de todos los valores en ca-da instante del semiciclo, o sea la mi-tad del ciclo completo, pues si entra-sen en el cálculo valores negativos,el resultado sería cero (figura 10). Po-demos entonces resumir los "valores"en la forma siguiente:

VALOR PICO: es el valor máximoque alcanza la tensión o la corriente


74

Fig. 6

Fig. 7

en un ciclo, pudiendo ser tanto ne-gativo como positivo. Es un valor ins-tantáneo, es decir, aparece en unbreve instante en cada ciclo de co-rriente o tensión alternada.

VALOR EFICAZ O R.M.S.: es el valorque debería tener la tensión o co-rriente si fuese continua para que seobtuvieran los mismos efectos deenergía.

VALOR MEDIO: obtenemos este va-lor dividiendo la suma de los valoresinstantáneos de un semiciclo por sucantidad, o sea: sacamos la mediaartimética de los valores instantá-neos en un semiciclo.

No podemos hablar de polaridadpara una tensión alterna, ya quecambia constantemente. Una co-rriente de cualquier carga conecta-da a un generador de corriente al-terna invierte su sentido en formaconstante. En el caso de la red, sa-bemos que uno de los polos "produ-ce shock" y el otro, no. Eso nos llevaa las denominaciones de polo vivo ypolo neutro.

¿Qué sucede entonces?Si tenemos en cuenta que el ge-

nerador de energía de las compa-ñías tiene uno de los cables conec-tado a tierra, que se usa como con-ductor de energía, resulta fácil en-tender lo que ocurre.

Al estar en contacto con la tierra,cualquier objeto, en cualquier ins-tante, tendrá el mismo potencial delpolo generador conectado a tierraque es entonces la referencia. Estees el polo neutro, que tocado poruna persona no causa shock porqueestando al mismo potencial no haycirculación de corriente.

La tensión varía alrededor del va-lor del polo de referencia según la si-nusoide del otro polo. Es así que enrelación al neutro, el otro polo, es de-cir el polo vivo, puede estar positivoo negativo, 50 veces por segundo. Al

tocar el polo vivo (figura 11), habráuna diferencia de potencial respec-to de tierra (variará 50 veces por se-gundo), pero ella puede causar lacirculación de una corriente eléctri-ca y producir el shock eléctrico.

REPRESENTACI N GR FICA

DE LA CORRIENTE ALTERNA

Los lectores deben acostumbrar-se a la representación de fenómenosde naturaleza diversa mediante grá-ficos.

Cuando se tiene un fenómenoque ocurre de manera dinámica,una magnitud varía en función deotra; por ejemplo, en el caso de lacorriente alterna, la intensidad de lacorriente o la tensión son las que va-rían con el tiempo.

Para representar esas variacioneshacemos un gráfico de tensión ver-sus tiempo (V x t) como muestra la fi-gura 12. Colocamos, entonces, en eleje vertical (Y) los valores de tensión,graduamos este eje en la formaadecuada y en el eje horizontal (X)colocamos los valores del tiempo (t),graduamos también el eje en formaadecuada. Después definimos cadapunto del gráfico como un par devalores (X e Y), dado por el valor dela tensión en un determinado instan-te. Para el caso de la tensión alterna,si dividimos el tiempo de un ciclo(1/50 de segundo) en 100 partes, porejemplo, podemos determinar 100puntos que unidos darán la curvaque representa la forma de onda deesta tensión.

Es claro que el gráfico ideal seobtiene con infinitos puntos pero esono siempre es posible.

Mientras, por distintos procedi-mientos podemos tener una aproxi-mación que haga continua la curvay se obtenga así un gráfico (curva)ideal. A partir de esta representaciónpodemos entonces obtener el valorinstantáneo de la tensión en cual-quier momento y del mismo modo,dado el valor podemos encontrar elinstante en que se produce.

REACTANCIA

Los capacitores e inductores pre-sentarán una propiedad denomina-

Capítulo 5

75

Fig. 8

Fig. 10

Fig. 9

Fig. 11

da "reactancia" cuando se los some-te al paso de una corriente alterna

Si se conecta un capacitor a ungenerador de corriente continua,como una pila, por ejemplo, una vezque cierta cantidad de cargas fluyaa sus armaduras y se cargue, desa-parece cualquier movimiento deesas cargas y la corriente en el circui-to pasa a ser indefinidamente nula.

En esas condiciones, el capacitorestá totalmene cargado, posee unaresistencia infinita y no deja circularla corriente.

Por otra parte, si conectamos almismo generador un inductor ideal(que no presenta resistencia en elalambre del cual está hecho) unavez que la corriente se haya estable-cido y el campo magnético adquie-ra la intensidad máxima, no encon-tramos efecto alguno de inductan-cia. Las cargas podrán fluir con la in-tensidad máxima como si el inductorno existiera.

La presencia del capacitor y delinductor en un circuito de corrientecontinua es importante sólo en el ins-tante en que ocurren variaciones:cuando la corriente se establece o

cuando la corriente se des-conecta. Ya estudiamosampliamente los fen me-nos que se producen enesos instanes.

Pero, ¿qué sucedería sise conectara el inductor oel capacitor a un circuitode corriente alterna en elque la tensión varía con ra-pidez, en forma repetitiva?¿Qué fenómenos impor-tantes se producirían?

REACTANCIA CAPACITIVA

Vamos a empezar conel capacitor, lo conectamos, porejemplo, a un circuito de corrientealterna de 50 hertz, de la red. Duran-te el primer cuarto del ciclo, cuandola tensión aumenta de cero a su va-lor máximo, el capacitor se cargacon la armadura A positiva y la B ne-gativa. Eso sucede en un intérvalode 1/200 de segundo. En el segundocuarto, cuando la tensión cae a ce-ro desde el valor máximo, se inviertela corriente en el capacitor y se des-carga. En el tercer cuarto se inviertela polaridad de la red de maneraque la corriente de descarga conti-núa en el mismo sentido pero cargapositivamente la armadura B. El ca-pacitor invierte su carga hasta un va-lor máximo. En el último cuarto,cuando la tensión vuelve a caer acero, la corriente se invierte y la car-ga del capacitor cae a cero.

En la figura 13 tenemos la repre-sentación del proceso que ocurre enun ciclo y que se repite indefinida-mente en cada ciclo de alimenta-ción. Como se tienen 50 ciclos encada segundo, el capacitor se car-ga y descarga positivamente prime-ro y luego negativamente, 50 veces

por segundo.Al revés de lo

que ocurre cuan-do la alimenta-ción es con co-rriente continua,en la que, unavez cargado, ce-sa la circulaciónde corriente; concorriente alternaésta queda enforma permanen-

te en circulación por el capacitor,carga y descarga con la misma fre-cuencia de la red. La intensidad dela corriente de carga y descarga vaa depender del valor del capacitor ytambién de la frecuencia de la co-rriente alterna.

Cuanto mayor es la capacidaddel capacitor, mayor será la intensi-dad de la corriente (la corriente esentonces directamente proporcio-nal a la capacidad) y cuanto mayorsea la frecuencia, mayor será la in-tensidad de la corriente (la corrientetambién es proporcional a la fre-cuencia). Entonces se verifica que elcapacitor, alimentado con corrientealterna, se comporta como si fueseuna "resistencia" y permite mayor omenor circulación de corriente enfunción de los factores explicadosantes.

Como el término "resistencia" noes el adecuado para el caso puesno se trata de un valor fijo, como enel caso de los resistores, sino que va-ría con la frecuencia y no es sólo in-herente al componente, se prefieredecir que el capacitor presenta una"reactancia" y en el caso específicodel capacitor, una "reactancia ca-pacitiva" (abreviada Xc).

Podemos, entonces, redefinir lareactancia capacitiva así:

"Se denomina reactancia capaciti-va (Xc) a la oposici n que un capaci-tor ofrece a la circulaci n de una co-rriente alterna."

Para calcular la reactancia ca-pacitiva, se tiene la fórmula siguien-te:

1XC = ________________ (1)

2 . 3,114 . f . C

Donde, Xc es la reactancia medida en

ohm.3,14 es la constante pi (π)f es la frecuencia de la corriente

alterna en hertz.C es la capacidad del capacitor

en farad.El valor "2 . 3,14 . f" puede repre-

sentarse con la letra omega (ω) y es-te valor se llama "pulsaci n". La fór-mula de la reactancia capacitiva


76

Fig. 12

Fig. 13

queda entonces:1

Xc = ______ (2)ω . C

* La reactancia capacitiva esmenor cuanto más alta es la fre-cuencia, para un capacitor de valorfijo.

Puede decirse que los capacito-res dejan pasar con más facilidad lasseñales de frecuencias más altas.

* La reactancia capacitiva esmenor en los capacitores de mayorvalor, para una frecuencia constan-te. Puede decirse que los capacito-res mayores ofrecen menos oposi-ción al pasaje de las corrientes alter-nas.

Fase en un Circuito Capacitivo=Dos señales pueden estar en fa-

ses diferentes o en concordancia defase, conforme sus formas de ondacoincidan por superposición en uninstante dado y siempre que tenganla misma frecuencia (figura 14).

Podemos hablar también de ladiferencia de fase entre dos señalesde corriente alterna y entre una co-rriente alterna y una tensión si llega-ran a los puntos de máximo (o de mí-nimo) en distintos instantes.

Esta diferencia entre los instantesnos da la diferencia de fase quepuede expresarse con un ángulo co-mo muestra la figura 14.

Si dos señales estuvieran en con-cordancia de fase, es evidente quela diferencia sería cero. Si la diferen-cia fuera de 90 grados, diremos quelas señales están en cuadratura y sifuera de 180 grados, diremos que las

señales están en oposiciónde fase.

Conectando un resistoren un circuito de corrientealterna, es evidente quesiendo la tensión la causa yla corriente el efecto, de-ben estar en concordan-cia de fase, es decir, cuan-do la tensión aumenta, lacorriente debe aumentaren la misma proporción .Pero si conectamos un ca-pacitor en un circuito decorriente alterna, las cosasno suceden de este modo.

Si consideramos un ca-pacitor de capacidad C

conectado a un generador de co-rriente alterna cuya tension esté da-da por E = Eo sen ωt, veremos que ladiferencia de potencial entre las pla-cas del capacitor varía con el tiem-po.

La corriente estar ADELANTADA90 grados respecto de la tensi n .

REACTANCIA INDUCTIVA

Cuando conectamos un inductorde inductancia L a un generador decorriente alterna, durante el primercuarto del ciclo, la tensión sube acero hasta el valor máximo qe co-rresponde a una variación a la queel inductor se opone. En estas condi-ciones, comienza a circular una co-rriente por el inductor que crea elcampo magnético, hasta su máxi-mo. En el segundo cuarto, la tensióncae a cero lo que también es unavariación a la que el inductor se opo-ne. En estas condiciones, comienzaa circular una corriente por el induc-tor que crea el campo magnético,hasta su máximo. En el segundocuarto, la tensión cae acero lo que también esuna variación a la queel inductor se opone.Pero aun así, el campomagnético se contraehasta desaparecer. Enel tercer cuarto, la ten-sión invierte su polari-dad y aumenta de va-lor hasta un máximo ne-gativo; variación a laque el inductor se opo-ne pero lo hace esta-

bleciendo un campo magnéticoque se expande. Finalmente, en elúltimo cuarto, encontramos oposi-ción del inductor a la circulación dela corriente. Las líneas de fuerza secontraen durante este cuarto de ci-clo.

En realidad, según veremos va aexistir un pequeño atraso en esta re-tracción de las líneas.

Lo importante es observar quemientras en el circuito de corrientecontinua, una vez establecido elcampo, la resistencia (oposición) de-saparecía y la corriente circulaba li-bremente, en este caso la oposiciónes permanente.

En la figura 15 se ve la represen-tación de este proceso.

Vea entonces que se estableceun campo magnético alterno en elinductor que varía constantementeen intensidad y polarización.

La oposición constante manifes-tada por el inductor a las variacionesde la tensión va a depender tantode la inductancia como de la fre-cuencia de la corriente.

Cuanto mayor sea la inductan-cia, mayor será la oposición a la cir-culación de la corriente.

El inductor también se comportacomo una "resistencia" a la circula-ción de la corriente alterna, pero eltérmino resistencia tampoco cabeen este caso pues no es algo inhe-rente sólo al componente sino tam-bién a las características de la ten-sión aplicada.

Nos referimos entonces a reac-tancia inductiva, representada porXL, como la oposición que un induc-tor presenta a la circulación de unacorriente alterna. La reactancia in-ductiva se mide en ohms como lareactancia capacitiva y puede cal-cularse mediante la siguiente fórmu-

Capítulo 5

77

Fig. 14

Fig. 15

la:

XL = 2 . 3,14 . f . L (3)Donde: XL es la reactancia inductiva en

ohms3,14 es la constante pi (π)f es la frecuencia de la corriente

alterna en hertz.L es la inductancia en henry.Como la expresión "2 . 3,14 . f"

puede expresarse como "ω" (pulsa-ción), podemos escribir:

XL = ω . L (4)

Tenemos finalmente las propie-dades de los inductores en los circui-tos de corriente alterna:

* La reactancia inductiva es tan-to mayor cuanto mayor sea la fre-

cuencia. Puede decirseque los inductores ofrecenuna oposición mayor a lascorrientes de frecuenciasmás altas.

* la reactancia inducti-va es mayor para los induc-tores de mayor valor parauna frecuencia determina-da. Los inductores de ma-yor valor ofrecen una opo-sición mayor a la circula-ción de corrientes alternas.

Fase en el Circuito InductivoSi conectamos un inductor a un

circuito de corriente alterna, la co-rriente no estará en fase con la ten-sión.

* La corriente tiene la misma fre-cuencia que la tensión.

* La corriente tiene su fase atrasa-da 90 grados (π/2) en relación a latensión.

El gráfico de la figura 16 muestralo que ocurre con la tensión respec-to de la corriente .

QUE ES UNA SE AL?

En los circuitos electrónicos apa-recen corrientes de distintos tipos:

continuas puras, continuas pulsantesy alternas con diversas formas de on-da. En el caso específico de los apa-ratos de sonido, por ejemplo, las for-mas de onda son "retrasos" del soni-do que debe reproducirse y queaparecen en una amplia variedadde formas de onda y de frecuencias.

Las corrientes con que trabajanlos circuitos —amplificadoras, pro-ductoras, reproductoras o captado-ras— se denominan señales. Encon-tramos, en los circuitos electrónicos,señales que pueden ser desde sim-ples corrientes continuas hasta seña-les cuyas frecuencias pueden llegara centenas de millones de hertz.

¿Es importante conocer las fór-mulas solamente o saber deducirlas?

La deducción de una fórmula sehace para demostrar su validez, me-diante la descripción de un fenóme-no y de un raciocinio lógico. En ladeducción de algunas de las fórmu-las que presentamos, utilizamos elcálculo diferencial e integral, que ellector no necesita conocer. En estoscasos, aunque la deducción no secomprenda bien, bastará que el lec-tor sepa la fórmula pues le será deutilidad en cálculos futuros.

Sugerimos que los lectores que


78

Fig. 16

Tiristores y Otros Dispositivos de Disparotengan dificultades con matemáti-cas y que deseen profundizar sus es-tudios de electrónica, estudien algomás de esa ciencia importante.

LOS TIRISTORES

Los tiristores funcionan comouna especie de interruptor del con-trol electrónico y se emplean preci-samente para controlar grandescorrientes de carga en motores,calentadores, sistemas de ilumina-ción y demás circuitos similares. In-ternamente están conformadospor cuatro capas de material semi-conductor; algunas de sus seccio-nes se conectan de manera exter-na a terminales conductoras.

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILI-

CIO

El SCR o Rectificador Controla-do de Silicio, es un dispositivo semi-conductor de cuatro capas contres terminales externas llamadasc todo , nodo y compuerta ;

cada una de éstas se encuentraconectada a una sección del se-miconductor.

Un SCR se comporta como uninterruptor; al aplicarle la alimenta-ción por primera vez, se encontra-rá abierto; pero si se aplica un pul-so de disparo a la terminal com-puerta, se cerrará (permitiendo asíque la corriente eléctrica lo atra-viese). Esto es, si el SCR se conectaen serie con una batería y un resis-tor, el dispositivo resultante seráconsiderado como un diodo en

polarización directa; esto significaque se mantiene en estado de no-conducción. Para que el dispositi-vo inicie la conducción, es necesa-rio un pequeño pulso de tensión enel terminal compuerta; esto lomantendrá en conducción, a me-nos que la corriente que lo atravie-sa disminuya por debajo de uncierto valor crítico (figura 1).

El circuito equivalente del SCRse comporta como un interruptorabierto, cuando se polariza conuna batería VCC y en serie conuna resistencia de carga RC. Co-mo los transistores no están polari-zados correctamente, no condu-cen; en consecuencia, no circulacorriente eléctrica a través del cir-cuito. Para que la corriente fluya,se necesita aplicar un pulso de dis-

paro a la terminal compuerta; pue-de ser aplicado por medio de unabatería VP. La batería polariza di-

rectamente la unión Base-Emisordel transistor T2, poniéndolo asíen estado de saturación. La co-rriente de colector de T2 ingresaa la base del transistor T1, polari-zando también la unión Emisor-Base; esto provoca que T1 estéen saturación (figura 2).

Si se dan las condiciones arri-ba señaladas, el voltaje de VPya no será necesario; por lo queal retirar éste, el circuito se man-tendrá en conducción. La co-rriente de colector de T2 mantie-ne polarizada directamente launión Base-Emisor de T1; a su vez,la corriente de colector de T1mantiene la polarización directade la unión Base-Emisor de T2.Cuando esto sucede, el dispositi-

vo se comporta como un interrup-tor cerrado. Desconectando la ali-mentación de la fuente Vcc el SCR

va al estado de corte. Otra formade hacer que el circuito se “abra”,consiste en aplicar un pulso negati-vo a la compuerta (base de T2).

INTERRUPTOR CONTROLADO DE SILICIO

El interruptor controlado de sili-cio o SCS (Silicon ControlledSwitch), es una versión modificadadel SCR; está formado por cuatrocapas de material semiconductordopado, donde cada una de lassecciones se conecta a una termi-nal. Este dispositivo se comporta demanera similar al SCR, con la dife-rencia de que puede ser disparadopor medio de cualquiera de las doscompuertas (ánodo y cátodo);además, está diseñado para traba-jar con corrientes eléctricas peque-ñas del orden de los miliampers (fi-gura 3).

FotoSCR (fig. 4a)Es un dispositivo con tres termi-

nales; su encapsulado en la partesuperior dispone de una lente quepermite el paso de la luz, para ilumi-nar el semiconductor que forma alfotoSCR. La luz incidente en el semi-conductor provoca la liberación delos electrones en la compuerta. Es-tos electrones forman una corrienteeléctrica suficiente para lograr queel fotoSCR conmute al estado deconducción, si es que el dispositivose encuentra en polarización direc-ta.

Diodo de Cuatro Capas (fig. 4b)El diodo Shockley o diodo de

cuatro capas conduce la corrientecuando se le aplica una tensión depolarización en sentido directo. Laestructura de este dispositivo es decuatro capas de material semicon-ductor, en cuyos extremos se ha co-locado un par de terminales exter-nas. Se considera un diodo, porquedispone de dos terminales (no con-fundir con el diodo Schottky); tam-bién se le conoce como diodoPNPN. La única forma de hacer queel diodo deje de conducir, es redu-ciendo la corriente que lo atraviesahasta un valor inferior a la corrientede mantenimiento (valor mínimo decorriente requerido para que el dis-positivo se mantenga en estado de

Capítulo 5

79

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 3

conducción).

SUS (fig. 4.c)El interruptor unilateral de silicio

o SUS (Silicon Unilateral Switch), esun dispositivo que permite el pasode la corriente eléctrica en un solosentido cuando la tensión aplicadaa sus terminales en sentido directosupera cierto valor. Es muy parecidoal diodo Shockley, con la diferenciaque posee un terminal extra de dis-paro con la que se controla la con-dición de disparo en la que opera .Un SUS opera con valores de ten-sión y corriente eléctrica bajos.

TRIAC

El TRIAC es un dispositivo semi-conductor bidireccional con tresterminales; o sea, puede conducirla corriente eléctrica en ambos sen-tidos. Las terminales ánodo y cáto-do se han cambiado por MT1 y MT2,que es la abreviatura de TerminalPrincipal 1 y Terminal Principal 2.

El circuito equivalente para elTRIAC se puede formar con dos SCRen paralelo, pero con sus polarida-des invertidas (figura 5). Cuando seaplica el pulso de activación en elterminal compuerta, no importa lapolaridad aplicada a las terminalesMT; la razón, es que uno de los dosSCR se encontrará polarizado direc-tamente y conducirá.

Si el SCR1 se encuentra polariza-do en forma inversa y el SCR2 enforma directa cuando se aplica elpulso a la compuerta G, solamenteeste último conducirá. Si se inviertela polaridad de la batería y se apli-ca el pulso de disparo nuevamenteen la compuerta G, sólo el SCR1conducirá.

El efecto total del dispositivo esel de permitir el paso de la corrien-te eléctrica, independientementede la polaridad de la tensión apli-

cada en las terminalesMT.

Los parámetros a con-siderar cuando se elige unTRIAC, son iguales a losutilizados para el SCR; laúnica diferencia es que elVRRM o voltaje inverso noexiste en el caso de losTRIAC’s, debido a que noimporta la polaridad ensus extremos.

DIACEl DIAC o diodo bidireccional de

disparo (Diodo de Corriente Alter-na, por su nombre en inglés) es undispositivo semiconductor muy pa-recido al diodo Shockley, con la di-ferencia de que permite el paso dela corriente eléctrica en ambos sen-tidos; también tiene un valor de vol-taje de conducción (breakover)que es el mismo en ambos sentidos.El circuito equivalente del DIAC esun par de diodos Shockley en para-lelo, pero con polaridades opues-tas. Cuando se aplica una tensiónen los extremos del DIAC, éste semantiene en estado de noconduc-ción mientras no se supere la ten-sión nominal de conducción. Por serun dispositivo de tipo bidireccional,es utilizado como disparador decompuerta en los TRIAC’s.

SBSEs un dispositivo de control para

el disparo de la compuerta enTRIAC’s. Tiene la propiedad de con-ducir la corriente eléctrica en am-bos sentidos; cuando la tensión al-canza el valor de conducción, a di-ferencia de un DIAC, el SBS adquie-re un voltaje de conducción muchomás pequeño. Está formado por unconjunto de dispositivos discretos, yse fabrica más bien como un circui-to integrado; además, cuenta conuna terminal extra llamada com-puerta que proporciona mayor fle-

xibilidad en el disparo.SIDACEl disparador bilateral de alto

voltaje o SIDAC, es un dispositivoelectrónico de reciente aparición.Permite la manipulación de voltajesaltos de disparo, lo que amplía lagama de aplicaciones de los dispo-sitivos disparadores; de esta mane-ra, se ahorran gastos en compo-nentes extras que serían necesariospara ciertas clases de circuitos.

UJTEl UJT o transistor uniunión (Uni-

junction Transistor), es utilizado co-mo dispositivo de disparo. Se tratade un elemento semiconductor deconmutación por ruptura, muy utili-zado en circuitos industriales, tem-porizadores, osciladores, generado-res de onda y como circuitos decontrol de compuerta para TRIAC ySCR. La zona P del emisor está alta-mente dopada, mientras que la zo-na N del semiconductor tiene undopado pequeño. Cuando el emi-sor del transistor no se encuentraconectado a ningún circuito exter-no, la resistencia entre las termina-les Base 1 y Base 2 es de unos 4,000a 10,000Ω. Este dispositivo tiene lacaracterística de presentar resisten-cia negativa; es decir, a un aumen-to de corriente se sucede una dis-minución de voltaje en las termina-les del mismo. ******************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboraciónde docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica inter-nacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejoy Oscar Montoya Figueroa.


Fig. 5

TVAUDIOVIDEOMICROPROCESADORES


Fundamentos Físicos de la Reproducción del SonidoFundamentos Físicos de la Reproducción del Sonido

SSAABBEERR




INDICE DEL

CAPITULO 6

LAS ONDAS ELECTROMAGNETICASLa naturaleza de las ondas electromagnéticas .......................................83Polarización.....................................................84Frecuencia y longitud de onda...................84El espectro electromagnético y las ondas de radio...............................................85Espectro electromagnético..........................85

EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORAMPLIFICADORES CON TRANSISTORESConfiguraciones circuitales básicas............87El amplificador base común ........................87El amplificador emisor común......................87El amplificador colector común ..................90Recta estática de carga ..............................91Recta dinámica de carga ...........................92Cálculo de los capacitores de paso ..........92Acoplamientos interetapas ..........................93

a) Acoplamiento RC..................................93b) Acoplamiento a transformador...........93c) Acoplamiento directo...........................94

FUNDAMENTOS FISICOS DE LA REPRODUCCION DEL SONIDOPropagación de las vibraciones u ondas ......................................94La onda de sonido ........................................95Características físicas ....................................95

Frecuencia o tono......................................95Amplitud ......................................................95Intensidad....................................................95Timbre...........................................................95

Velocidad del sonido ...................................96Reproducción del sonido .............................96Tipos de reproductores acústicos ...............96





Las ondas electromagnéti-cas fueron previstas antesde ser descubiertas. En

verdad, las ecuaciones deMaxwell que describían loscampos magnéticos pre-veían también la existenciade radiaciones, de la mismanaturaleza que la luz, y que sepropagaban en el espaciocon una velocidad de300.000 kilómetros por segun-do.

Las ecuaciones de Max-well fueron presentadas en1865, pero solamente en 1887Hertz consiguió comprobar laexistencia de "ondas electro-magnéticas" según las ya pre-vistas y las produjo en su labo-ratorio.

No nos preocuparemos tanto delaspecto histórico del descubrimien-to, como del estudio de su naturale-za, pero también añadiremos algu-nos datos importantes del pasadorelacionados con la investigación ysu utilización.

LA NATURALEZA DE LAS

ONDAS ELECTROMAGN TICAS

Una carga eléctrica, o un cuer-po cargado, es responsable por unaperturbación en el espacio que lorodea y que denominamos "campoel ctrico", como muestra la figura 1.

Vimos que podríamos represen-tar esta "influencia; por medio de lí-neas imaginarias, denominadas lí-neas de fuerza. (El uso de las líneasde fuerza fue propuesto por Fara-day).

Las líneas de fuerza realmente noexisten, pero pueden ayudar a eva-luar el comportamiento de la "in-fluencia" de la carga en el espacio.La influencia es mayor en los puntosen que las líneas son más concentra-das.

Del mismo modo, estudiamosotro tipo de influencia causado porcargas en movimiento, o sea, por lascorrientes eléctricas, que difería mu-cho del campo eléctrico, y que fuedenominado "campo magn tico".

También representábamos elcampo magnético por medio de lí-neas de fuerza pero de una formabien diferente: las líneas eran con-céntricas, envolviendo la trayectoriade las cargas (figura 2).

El tipo de influencia para los doscampos también se diferencia: elcampo eléctrico actúa sobre cual-quier cuerpo cargado, atraen o re-pelen conforme a la polaridad,mientras que el campo magnéticoactúa sobre determinados materia-les, independientemente de su car-ga, atraen (materiales ferrosos) o re-pelen (materiales diamagnéticos).

¿Qué ocurriría con una cargaeléctrica que, al mismo tiempo, pu-diera producir un campo eléctrico yun campo magnético?

Para explicar este fenómeno im-portante, vamos a imaginar unacarga eléctrica que pueda entraren vibración alrededor de un punto,o sea que pueda "oscilar" como

muestra la figura 3.Partiendo entonces

de una posición inicialen que la misma se en-cuentre detenida, sóloexiste campo eléctrico asu alrededor, comomuestra la figura 4.

El campo magnéticoes nulo, pues la carga seencuentra en reposo. Elcampo eléctrico, a suvez, es máximo.

A medida que la car-ga se desplaza hacia laposición central, el cam-po eléctrico se reduce,mientras que el campomagnético aumenta. Enel medio de la trayecto-

ria, cuando la velocidad es máxima,el campo magnético también esmáximo, mientras que el campoeléctrico se reduce a cero (mínimo,figura 5).

En dirección al otro extremo dela trayectoria, la velocidad se redu-ce gradualmente, con lo que se re-duce también el campo magnéti-co. El campo eléctrico vuelve a au-mentar de intensidad (figura 6).

Capítulo 6

83

Capítulo 6

Las Ondas Electromagnéticas

Fig. 1

Fig. 4

Fig. 2

Fig. 3

Cuando la carga llega al extre-mo de la trayectoria, por algunosinstantes se detiene para invertir elmovimiento. En este instante, elcampo eléctrico nuevamente esmáximo y el campo magnético sereduce a cero (figura 7).

En la inversión del movimiento,tenemos nuevamente el crecimien-to de la intensidad del campo mag-nético hasta el medio de la trayec-toria y la reducción al mínimo delcampo eléctrico y después, hasta elextremo, el aumento del campoeléctrico y la disminución del cam-po magnético. Vea entonces que,en esta "oscilaci n", el campo mag-nético y el eléctrico se alternan (fi-gura 8).

Hay un desfasaje de 90 gradosentre los dos campos.

El resulta-do de estefenómeno esla produc-ción de unaperturbaciónúnica que sepropaga porel espaciocon veloci-dad finita.

Vea queexiste un tiempo determinado decontracción de las líneas de fuerzatanto del campo eléctrico como delmagnético, así como para la expan-sión.

Así, independientemente de lavelocidad con que la carga oscile,o sea, de su frecuencia, la veloci-dad con que la perturbación se pro-paga es bien definida y constante.

Se puede demostrar que estaperturbación se propaga en el va-cío a una velocidad de 2,997793 x1010 centímetros por segundo, o, re-dondeando hacia arriba, ¡300.000 ki-lómetros por segundo!

Esta perturbaci n da origen a loque denominamos "onda electro-magn tica".

Polarizaci n

Para representar una onda elec-tromagnética precisamos tener encuenta tanto su componente eléc-trica como magnética, pues, comovimos, la misma corresponde a una"alternancia" entre los dos campos.

Para esta finalidad, hacemos usode la representación mostrada en lafigura 9. El campo eléctrico varía se-gún el eje E con semiciclos tanto po-sitivos como negativos, mientras que

el campo magnético varía según eleje H, también como semiciclos po-sitivos y negativos.

Cuando deseamos recibir unaonda electromagnética, lo que te-nemos que hacer es interceptarlade modo de tener una corriente enun conductor que pueda ser ampli-ficada y trabajada por circuitos es-peciales. Esto se hace, por ejemplo,mediante una antena que no esmás que un alambre conductor co-locado en el camino de la onda (fi-gura 10).

Para que ocurra la inducción deuna corriente en esta antena, la mis-ma debe ser colocada de determi-nada forma. Si los lectores observa-ran las antenas de televisión de sulocalidad, podrán tener una idea dela necesidad de esta colocación.

¿Por qué las antenas no se po-nen en posición tal que las varillasestén en forma vertical como mues-tra la figura (B) 11, y sí como en (A) fi-gura 11?

¡Esto ocurre porque la polariza-ción de las ondas se hace horizon-talmente, no verticalmente!

FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA

Para una corriente alterna, la fre-cuencia se define como el número


84

Fig. 5

Fig. 9

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 10

de veces en que ocurre la inversiónde su sentido de circulación. La fre-cuencia es numéricamente igual aeste valor y es dada en hertz, cuyaabreviatura es Hz. En el caso de unaonda electromagnética, su frecuen-cia es dada por el número de vibra-ciones por segundo de la carga (ocargas) que la producen, siendo nu-méricamente igual a este valor ytambién medida en hertz.

Si una onda electromagnéticafuera producida por una carga quevibra a razón de 1.000.000 de vecespor segundo, la frecuencia de estaradiación será de 1MHz.

El espectro electromagnético esel conjunto de frecuencias en quepuede haber radiaciones electro-magnéticas y es muy extenso, seanalizará más adelante. Para unadeterminada radiación electromag-nética, además de la frecuencia,podemos definir otra magnitud, quees la longitud de onda.

Tomemos como ejemplo una ra-diación electromagnética cuya fre-cuencia sea de 1MHz, o sea,1.000.000Hz.

En un segundo, partiendo de lafuente emisora, o sea, las cargasque oscilan, las ondas recorren unespacio de 300.000 kilómetros, puesésta es su velocidad, como muestrala figura 12. Podemos percibir enton-ces que las ondas individualmente,o cada oscilación divide el “espa-cio” de 300.000 kilómetros o300.000.000 metros. Cada onda, en-tonces, "se quedará" con un espaciode 300 metros, o sea, tendrá una"longitud" que equivale a 300 metros(figura 13).

Para las ondas electromagnéti-cas es común expresar su naturalezatanto por la frecuencia como por sulongitud de onda. Hablar de una ra-diación de 1 MHz es, pues, lo mismoque hablar de una radiación de 300metros. Podemos fácilmente calcu-lar la longitud de onda de cualquierradiación, conocida su frecuenciapor la fórmula:

v = L x f (2)

Donde: v es la velocidad de pro-pagación (300.000.000 m/s); L es lalongitud de onda en metros; f es lafrecuencia en Hertz.

EL ESPECTRO ELECTROMAGN TICO

Y LAS ONDAS DE RADIO

¿Cuáles son las frecuencias quedan origen a las ondas electromag-néticas?

¿Qué tipo de naturaleza tienecada radiación en función de su fre-cuencia?

Si distribuimos las ondas electro-magnéticas de acuerdo con su fre-cuencia o longitud de onda, vere-mos que, para cada sector de estadistribución, tendremos comporta-mientos diferentes. Las radiacionesde longitudes de ondas menores tie-nen comportamientos bien diferen-tes de las de mayores longitudes. Supropia utilización es distinta.

Llamamos espectro a la distribu-ción de las diversas frecuencias deradiaciones electromagnéticas, y enel caso es un espectro continuo,pues no existen saltos entre los valo-res que las mismas pueden asumir.

El espectro de las radiacioneselectromagnéticas, en verdad, seextiende de 0 a infinito, ¡ya que seconocen fuentes que emiten "seña-les" de frecuencias tan elevadas co-mo 1023Hertz, o sea 1 seguido de 23ceros!

Vamos al análisis del espectro:

Espectro electromagn tico

Frecuencia: 0 a 20kHzDenominación: ondas eléctricas

acústicasLa longitud de onda varía entre el

infinito y 15.000 metros. En verdad, estasondas no tienen mucha "penetración"en el espacio, siendo usadas para latransmisión de energía por cable, o enla producción de sonidos.

Frecuencia: 20kHz a 30kHzDenominación: VLF (Very Low Fre-

quency = frecuencia muy baja)Las ondas electromagnéticas de es-

ta banda, de 15.000 a 10.000 metros,pueden ser usadas en los servicios detelecomunicaciones a larga distancia,pues siendo muy estables, no están in-fluenciadas por la hora del día ni por lasestaciones del año.

Vea el lector que el Sol es un "ene-migo" de las ondas electromagnéticas,pues la radiación que él emite tambiénpuede influenciar su propagación y difi-cultar el uso de determinados tipos deondas de radio, como ésta, en mayor omenor intensidad.

Capítulo 6

85

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Frecuencia: 30kHz a 300kHzDenominación: LF (Low Frequency =

baja frecuencia)Pueden ser usadas en servicios de

radiocomunicaciones de larga distan-cia, como por ejemplo en comunica-ción naval, o incluso para ayudar ennavegación al orientar naves y aviones.Estas ondas ya son más afectadas en supropagación que las de la banda ante-rior, pues, según la hora del día y la es-tación del año, pueden ocurrir peque-ñas atenuaciones.

Frecuencia: 300kHz a 3.000kHzDenominación: MF (Medium Fre-

quency = frecuencia media)Las ondas de esta banda, que son

ondas de radio, tienen longitudes entre1.000 y 100 metros, pudiendo ser usadasen diversos tipos de servicios de comuni-cación, como por ejemplo, la propia ra-diodifusión (AM), comunicaciones entreaeronaves, barcos, policía, etc. Estas ra-diaciones son influenciadas por la horadel día: su alcance es mayor durante lanoche y menor durante el día. Igual-mente, en invierno la atenuación es me-nor que en verano.

Frecuencia: 3.000 kHz a 30 MHzDenominación: HF (High Frequency

= alta frecuencia)También tenemos aquí ondas de ra-

dio cuya longitud de onda estará entre100 metros y 10 metros. Estas ondaspueden usarse en comunicaciones delarga distancia, en determinados hora-rios del día y en dependencia de las es-taciones del año.

Lo que ocurre es que estas ondaspueden ser reflejadas por las capas al-tas de la atmósfera (la ionosfera), asívencen el problema de la curvatura dela Tierra. Las ondas de esta banda sonutilizadas por las estaciones de radiodi-fusión, radioaficionados, y servicios di-versos de comunicación a distanciaslargas y medianas.

Frecuencia: 30MHz a 300MHzDenominación: VHF (Very High Fre-

quency = frecuencia muy alta)Son también ondas de radio cuya

longitud de onda estará entre 10 metrosy 1 metro. Estas ondas se propagan enlínea recta, como las demás, pero soninfluenciadas fuertemente por la pre-sencia de obstáculos. Así, no podemosusarlas en servicios que sobrepasen la lí-nea visual o línea del horizonte. Las on-das de esta banda son usadas en servi-cios de radiodifusión (FM), televisión,comunicaciones a distancias cortas ymedianas como por ejemplo policía,aviación, etc.

Frecuencia: 300MHz a 3.000MHzDenominación: UHF (Ultra High Fre-

quency = frecuencia ultra alta)Estas ondas de radio tienen longitu-

des de onda entre 1 metro y 10 centí-metros. Son pues ondas muy cortas decomportamiento semejante al VHF, conla diferencia que son mucho más afec-tadas por obstáculos. Estas ondas sonusadas en TV, radar, comunicaciones adistancia corta y mediana.

Frecuencia: 3GHz a 30.000MHzDenominación: SHF (Super High Fre-

quency = frecuencia super alta)Estas ondas tienen longitud de on-

da entre la banda de 10 centímetros a1 centímetro. Estamos en el dominio delas llamadas microondas, usadas en ser-vicios de comunicaciones en línea vi-sual, radar, etc.

Las mismas no pueden sobrepasarobstáculos, incluso de pequeño tama-ño, son pues usadas en las comunica-ciones visuales, o sea, en aquéllas enque el transmisor prácticamente "ve" elreceptor.

Frecuencia: 30GHz a 300GHzDenominación: MicroondasNo hay realmente una sigla para las

ondas de radio en esta banda. Su longi-tud está entre 1 mm y 10 mm y aquí elcomportamiento de las radiaciones co-mienza a sufrir una transición. Podemosagrupar las radiaciones de esta bandaen ondas centimétricas, milimétricas, eincluso submilimétricas. Su uso es el ra-dar; las comunicaciones por microon-das también son producidas por cuer-pos calentados como las lámparas devapor de mercurio. Se trata pues de ra-diación cuya naturaleza comienza aestar próxima a la de la luz.

Frecuencia: 300GHz (3 x 1011) a 3 x1014Hz

Denominación: Radiación infrarrojao simplemente infrarrojo. Ya tenemosaquí un tipo de radiación de comporta-miento bastante semejante al de la luzvisible. La radiación infrarroja es produ-cida por cuerpos calientes. Cuandoacercamos la mano a un hierro calien-te, "sentimos" esta radiación a la distan-cia en forma de calor. Las longitudes deonda son medidas en esta banda enmicrones (µ), o millonésimas de metro, obien en otra unidad que es el Angston(Å) que equivale a 10-8 metros o a la mi-llonésima parte del milímetro.

Frecuencia: 3 x 1014 Hz.Denominación: Luz visibleEn este punto del espectro electro-

magnético tenemos una forma de ra-

diación muy importante para nosotrosque es la luz que podemos ver, o luz vi-sible. Su longitud de onda está entre4.000 Angstrons y 7.000 Angstrons. El co-lor de la luz que percibimos está relacio-nada con su frecuencia, conforme a lasiguiente tabla aproximada:

Violeta - 4.000 a 4.500 AngstronAzul - 4.500 a 5.000 AngstronVerde - 5.000 a 5.700 AngstronAmarillo - 5.700 a 5.900 AngstronAnaranjado - 5.900 a 6.100 AngstronRojo - 6.100 a 7.000 AngstronLa particularidad más importante

de esta banda del espectro está, en-tonces, en el hecho de que poseemos"sensores" sensibles capaces de percibirlas radiaciones, que son justamentenuestros ojos.

Frecuencia: 3 x 1014 a 3 x 1017

Denominación: radiación ultraviole-ta o simplemente ultravioleta.

Tenemos aquí una penetrante formade radiación electromagnética del tipode la luz cuyas longitudes de onda estánentre 4.000 Angstron y 10-7 centímetros.Este tipo de radiación es producida porla vibración molecular y atómica y en-cuentra aplicaciones industriales de di-versos tipos.

Frecuencia: 3 x 1017 a 3 x 1020 HzDenominación: Rayos XTenemos aquí una forma muy pene-

trante de radiación electromagnéticaque puede, por su longitud de ondamuy pequeña, penetrar en los cuerposmateriales de diversos tipos. Esta formade radiación es usada en medicina yen la industria de diversas formas.Cuanto menor es la longitud de ondade los rayos X, mayor es su penetración.

Frecuencia: 3 x 1020Hz a 3 x 1021HzDenominación: Rayos GammaEsta forma peligrosa de radiación

electromagnética es producida tantopor vibraciones atómicas y molecularescomo también por las reacciones nu-cleares. Los rayos gamma tienen enor-me penetración, por lo que puedenatravesar obstáculos de concreto oplomo de bastante espesor.

Frecuencia: 3 x 1021 Hz y másDenominación: rayos cósmicosSon partículas de increíble penetra-

ción producidas por reacciones nu-cleares o aceleración en campos mag-néticos de particulas cargadas y pue-den atravesar toda la masa de la Tierracomo si no existiera. Estas partículas sondetectadas con dificultad, y felizmentellegan en poca cantidad a nuestro pla-neta.


86

Existen distintas configuraciones yexisten varias formas de polari-zar un transistor, cada una con

sus ventajas y desventajas.Se dice que un amplificador de

audio es aquel que incrementa el ni-vel de una determinada señal queposee una frecuencia comprendidadentro del espectro audible (20Hz a20kHz). Para el diseño de un amplifi-cador interesan características talescomo la potencia de salida, impe-dancia de carga, impedancia deentrada, nivel de la señal de entra-da, tensión de alimentación, etc.

CONFIGURACIONES CIRCUITALES B S I-CAS

Básicamente, a un transistor se lopuede utilizar en tres configuracio-nes distintas a saber:

a- Configuraci n Base Com nb- Configuraci n Emisor Com nc- Configuraci n Colector Com n

EL AMPLIFICADOR BASE CO M N

Las principales características son:

• Baja impedancia de entrada(entre 50 ohm y 300 ohm)

• Alta impedancia de salida (en-tre 100 kilohm y 1 Megohm).

• Posee alta ganancia de ten-sión.

• No posee ganancia de corriente.• La señal de salida no está des-

fasada respecto de la de entrada.

En la figura 1 vemos el circuito deun amplificador base común.

Si observamos el circuito, la pola-rización del emisor es tal que la jun-tura base-emisor queda en directa,constituye así un circuito de muy ba-ja resistencia de entrada (diodo endirecta) que oscila entre 50 y 300Ω,mientras que el colector queda po-larizado en inversa, lo que hace quela salida tenga una resistencia ele-vada que oscila entre 100kΩ y 1MΩ.

La ganancia de corriente:

Icα = ——— < 1

Ie

α es menor que la unidad pero seasemeja a 1; varía entre 0,98 y 0,999,pero lo que aquí importa es que laganancia de resistencia es muygrande (aproximadamente Rs/Re =1500) con lo cual la etapa poseegran ganancia de tensión. Existeuna familia de curvas que caracteri-zan el funcionamiento de cadatransistor en la configuración basecomún, y se llaman curvas caracte-rísticas para conexión base común(o base a tierra, o base a masa).

Muchas veces es cómodo traba-jar con una sola batería y para ellose polariza al transistor (figura 2). Losresistores de base Rb y Ra dan a labase una polarización positiva res-pecto de emisor a los fines de que lajuntura BE quede polarizada en di-recta mientras que el colector es po-sitivo respecto del emisor. C1 es uncamino a masa para la señal alter-na a los fines de obtener máxima se-ñal sobre la resistencia de carga Rc.La señal a la salida está en fase conla señal de entrada, pues un au-mento de la tensión de base provo-cará un incremento de la corrientede colector y, a su vez, aumentarála señal sobre Rc que es la carga(salida) del circuito. Observe que C1es un cortocircuito para corriente al-terna; anula los resistores Ra y Rb yaque no hay caída de tensión de se-ñal alterna sobre éstos.

EL AMPLIFICADOR EMISOR CO M N

En este tipo de circuito, la señalde entrada se aplica entre base yemisor del transistor. Aquí también lapolarización del transistor es tal queel emisor queda polarizado en direc-ta, condiciones imprescindibles paraque el transistor funcione como tal.

Se trata de un amplificador deimpedancia de entrada moderada,no muy alta impedancia de salida,posee ganancia de tensión y co-rriente y la señal de salida está des-

fasada 180° respecto de la señalaplicada a la entrada.

Tensi n de entrada = Tensi n Ba-se-emisor

Tensi n de salida = Tensi n Co-lector-Emisor

Corriente de entrada = Corrientede Base

Corriente de salida = Corriente deColector

Desarrollemos este tema anali-zando el circuito de un amplificadoremisor común (figura 3).

La resistencia de entrada varíacon la polarización, siendo un valornormal 5.000Ω, aunque puede variarentre 100Ω y 10.000Ω, según la pola-rización. La resistencia de salida esmoderada, es decir, unos 50.000Ωsegún el transistor y su polarización.

Aquí la corrriente de colector secontrola con la corriente de base,de aquí que con pequeñas variacio-nes de la corriente de base se ob-tengan grandes variaciones de lacorriente de colector, razón por lacual, actuando como amplificadorde corrriente, se define lo que se lla-ma factor β.

Capítulo 6

87

El Transistor como Amplificador

Amplificadores con Transistores

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Ic β = ———

Ib

β = Ganancia de corriente deltransistor en la configuración emisorcomún

Por lo dicho, en un amplificadorbase común se utiliza el parámetro:

Icα = ——

Ie

y aquí se usa:

Ic β = ———

Ib

Pero la diferencia fundamentales que este circuito (emisor común)tiene ganancia de corriente y tam-bién ganancia de tensión, por locual se puede tener una gananciade potencia que puede llegar a10.000 veces (40dB), lo que lo hacemuy popular. Nótese que, si al apli-car una señal de entrada aumentala tensión de base, aumentará la Ib,lo que hará aumentar la Ic; si estoocurre, aumentará la caída de ten-sión sobre RL y, por ley de Kirchhoff(que veremos en la próxima lec-ción), disminuirá la tensión colector-emisor (tensión de salida) pues:

Vcc = VRL + Vce

Como Vcc es constante, si au-menta VRL deberá disminuir Vce. Ensíntesis, un aumento de la señal deentrada provocará una disminución(mayor) de la tensión de salida porlo cual hay una inversión de fase en-tre entrada y salida, al revés de loque ocurría en un circuito Base-Co-mún. Aquí también es necesario, alos fines de simplificar la construc-ción del circuito, polarizar al transis-tor con una sola batería o fuente dealimentación y para ello hay mu-chas formas de hacerlo; una deellas es la denominada polarizaciónfija, que consiste en colocar un resis-tor entre base y batería con el fin depolarizar la juntura base-emisor endirecta (figura 4).

Para calcular el valor de la resis-tencia de base, basta con fijar unvalor de corriente de base. Sabe-mos que habrá además una caídade tensión sobre RL que no debe serdemasiado alta para que el colec-tor siga siendo positivo respecto de

la base. Para hacer el cálculo de Rbse emplea la malla formada porVcc, Rb y la juntura BE del transistor(figura 5).

EjemploSi consideramos la Vbe = 0,6V y

queremos una corriente de base de50µA con una Vcc = 6V, la Rb debeser de:

6V - 0,6VRb = ————— = 108.000Ω

50 x 10-6 A

Un valor comercial que se ase-meje a este valor es 100kΩ: por lotanto, adoptamos una Rb = 100kΩ.

Es fácil notar que, pase lo quepase, la Ib permanece constantefrente a variaciones de temperaturao por cambios de transistor pues pa-ra todos los transistores Vbe = 0,6V(Si) o Vbe = 0,2V (Ge) aproximada-mente.

Icβ = ——

Ib

Con lo cual:

Ic = β . Ib

Ocurre que todos los transistores“no” son iguales y su b puede variarpor cambios de temperatura (ade-más de variar entre transistores), conlo cual, si es fundamental que Ic novaríe, tendría que cambiar el valorde Rb cada vez que se cambia detransistor, lo que complica el análisis.

Esto hace que la polarización fijano sea la más adecuada, ya que esinestable frente a cambios de tran-sistores y frente a variaciones detemperatura, por lo que resulta im-posible mantener fija la corriente tí-pica de colector.

Para solucionar en parte esteproblema, se utiliza la polarizaciónautomática que consiste en conec-tar el resistor Rb entre base y colec-tor, que cumple la función de “sen-sar” la tensión entre colector y basepara polarizar a ésta. Es decir, existeuna realimentación desde el colec-tor hacia la base (realimentar signifi-ca tomar una muestra de algunaparte del circuito y enviarla a otraparte del circuito con el fin de variaralguna característica del mismo). Lapolarización automática, aunquetiene la desventaja de disminuir la

ganancia del amplificador, mejoraalgunas fallas de la polarización fija(figura 6). Para calcular el valor deRb debemos saber cuál es el valorde tensión que pretendemos queexista en colector y cuál es la co-rriente que circulará por la base.

Analizando el circuito y aplican-do Kirchhoff puede deducirse que:

Vce - VbeRb = —————

Ib

Si se desea tener una tensión en-tre colector y emisor Vce = 4V conuna corriente de base de Ib = 50µA,debemos colocar una Rb (figura 7),que se calcula:

4V - 0,6VRb = ————— = 68.000Ω

50 x 10-6A


88

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Casualmente, esta vez el valorcalculado para Rb = 68kΩ coincidecon un valor comercial.

Para calcular la polarización deun circuito con polarización auto-mática se debe recurrir al circuito deentrada (figura 8). Se deduce que:

Vcc = VRc + VRb + Vbe

Si consideramos que Ic es muchomayor que Ib se puede decir que:

VRc = Ic . Rc ; VRb = Ib . Rb

Luego:

Vcc = Ic . Rc + Ib . Rb + Vbe

Reemplazando la relación:

Ic IcIb = —— Vcc = Ic . Rc + —— . Rb + Vbe

β βSi se trabaja matemáticamente,

se llega a:

Vcc - VbeIc = ——————— (1)

RbRc + ——

βEn la fórmula de cálculo de Ic se

ve que ahora el β no influye tantosobre el valor de la corriente de co-lector, razón por la cual no hay gran-des variaciones de Ic con la tempe-ratura o por cambios del transistor.

Aunque la variación de β seagrande debido a que se cambió eltransistor o hubo una variación detemperatura, el circuito no se veráafectado, dado que Ic permanececasi constante.

Sea el caso ahora, del circuitode la figura 9. Q es un transistor de si-licio (Vbe = 0,6 V) que posee un β =200. Aplicando la fórmula (1), obte-nemos:

12V - 0,6V Ic = ————————— =

22.000Ω————— + 1.200Ω

200

12V - 0,6V Ic = ————————— =

110Ω + 1.200Ω

11,4VIc = ———— = 8,7mA

1310Ω

Supongamos que hay una varia-ción del 50% del b por cualquiercausa, lo que lo lleva a un valor β’ =300, nos preguntamos, ¿variará mu-cho la corriente de colector? Paraaplacar dudas, calculemos el nuevo

valor de Ic.

Vcc - VbeIc = ———————

RbRc + ——

β11,4V

Ic = —————————— 22.000Ω

1200Ω + ————300

11,4VIc = ———————— = 8,95mA

1.200Ω + 73,3Ω

Se puede comprobar entoncesque una variación del 50% en el va-lor del b provoca en este caso unavariación inferior al 5% en la corrien-te del colector, lo que indica que haaumentado la estabilidad del circui-to. En este circuito la realimentaciónnegativa también estará presentepara la señal alterna que deseamosamplificar; es decir, existe una dismi-nución en la ganancia del circuito,pero la estabilidad lograda com-pensa ampliamente esta pequeñadesventaja ya que, con el precioactual de los transistores, si necesita-mos mayor ganancia, siempre po-demos recurrir a más etapas en am-plificación. Como vemos, logramosestabilidad térmica bajando la ga-nancia del sistema.

Si consideramos despreciable lacorriente de base frente a la corrien-te de colector, podemos calcular latensión colector-emisor de la si-guiente manera (figura 10):

Vcc = VRc + Vce

Como Ic >> Ib; trabajando mate-máticamente:

Vce = Vcc - Ic . Rc

Vcc - VbeVce = Vcc - ————— . Rc

RbRc + ——

β

Aplicando esta fórmula al ejem-plo que hemos analizado, podremosconocer cuánto vale la tensión co-lector-emisor.

Vce = 12V - 8,7mA . 1,2kΩ =1,56VLa baja tensión Vce indica que

el transistor está operando cerca dela zona de saturación. Recordemosque esta zona tiene su límite parauna Vce ≅ 1V.

Para otras aplicaciones resulta

necesario graduar la ganancia dela etapa a voluntad (ganancia detensión) y además que el circuitosea térmicamente estable; para ellosuele utilizarse una realimentaciónde corriente en el circuito de polari-zación, por medio de la colocaciónde un resistor en el emisor del transis-tor. En el circuito así constituido cual-quier aumento en la corriente decolector por alguna causa, desarro-llará una tensión sobre el resistor deemisor tal que, si la tensión de basepermanece constante, polariza enforma inversa la juntura Base-Emisorque compensará la variación de lacorriente de colector.

Capítulo 6

89

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

La polarización “fija” de la basese consigue por medio de un divisorresistivo.

Veamos lo siguiente, la polariza-ción de la base es Vcc . R2/(R1 + R2)o sea no depende de ningún pará-metro del transistor. Un aumento deIc aumenta VRe que es la caída so-bre Re (ver figura 11). Para calcularla corriente de colector es necesarioconocer el valor de la tensión de labase respecto de masa y la resisten-cia que “ve” la base.

El cálculo se facilita si considera-mos que I1 es mucho mayor que Ib.

Dibujando la batería del otro la-do se comprenderá mejor el circuitode entrada (figura 12) :

VccI1 = —————

R1 + R2

VB = I1 . R2

Reemplazando:

VccVB = ———— . R2 (2)

R1 + R2

El desarrollo que estamos hacien-do es una aplicación del teorema deThevenin que dice que cualquier cir-cuito puede ser reemplazado por ungenerador de tensión en serie conuna resistencia. Aplicando este teo-rema al circuito que está conectadoentre base y masa del transistor, tene-mos que R2 está conectada a la ba-se junto con R1 y Vcc.

Ahora bien, el generador de ten-

sión VB se calcula como la tensiónque cae entre base y masa del tran-sistor cuando éste ha sido desco-nectado; esta tensión es la que caesobre R2 y es la VB, fórmula (2).

En tanto la resistencia de Theve-nin RB la calculamos con el transistordesconectado y cortocircuitando lafuente de alimentación (II). Observeel circuito de la figura recién vista,donde al cortocircuitar la fuente decontinua (Vcc) R1 y R2 quedan co-nectados en paralelo.

R1 . R2RB = ———— (3)

R1 + R2

En la figura 13 vemos qué ocurresi reemplazamos VB y RB en el circui-to de la figura 11. Lo hecho no esmás que una aplicación del teore-ma de Thevenin para simplificar elcálculo de la corriente de colector.

Aplicando Kirchhoff en el circuitode la figura, se tiene:

VB = VRB + Vbe + VRe

VB = Ib . Rb + Vbe + Ie . Re

Como Ic ≈ Ie

VB = Ib . RB + Vbe + Ic . Re

IcTambién Ib = ———

β

IcVB = —— . RB + Vbe + Ic . Re

βRB

VB = Ic . ( —— + Re) + Vbeβ

Despejando:

VB - VbeIc = ——————

RB——— + Re

β

Donde:VB y RB se calculan por medio de

las fórmulas (2) y (3).Vbe = 0,2V para el germanio y

0,7V para el silicio.β ganancia de corriente en emi-

sor común dado por el fabricante.Para que la señal alterna no de-

sarrolle una tensión sobre el resistorRe, se coloca un capacitor de desa-cople entre emisor y masa. De estaforma el capacitor en paralelo conRe deriva la señal de CA a masa pa-

ra impedir pérdidas de ganancia. Ensíntesis, el agregado de Re tiende aestabilizar la corriente de colector.

Dado que generalmente Re »Rb/b, si varía el b, Ic se mantieneconstante, entonces hay mayor es-tabilidad (figura 14). De la misma for-ma que hemos procedido anterior-mente, podemos calcular la tensiónColector-Emisor aplicando Kirchhoffen el circuito de salida.

Vcc = VRc + Vce + VReVcc = Ic . Rc + Vce + Ic . ReVcc = Ic (Rc + Re) + VceVce = Vcc - Ic (RC + Re)

En síntesis, el agregado de Reproporciona una estabilidad adicio-nal al circuito ya que permite sensarla corriente de emisor.

Se conecta un capacitor en pa-ralelo para que la corriente alternase derive a masa por él sin producircaída de tensión alterna sobre Re, loque disminuiría la ganancia.

Existen otras polarizaciones parala configuración emisor común perotodas ellas buscan mayor gananciade tensión y aumento en la estabili-dad del circuito que son los factoresdeterminantes para la elección delcircuito adoptado para cada caso.

EL AMPLIFICADOR COLECTOR CO M N

En este circuito la señal de entra-da se aplica entre colector y baseque, como sabemos, es una junturapolarizada en inversa para que eltransistor trabaje correctamente: deesta manera se logra que la impe-dancia de entrada de un transistoren esta configuración sea muy alta(resistencia elevada), mientras quela salida se toma entre colector yemisor, siendo la impedancia de sa-lida bastante baja.

Esta etapa posee una gananciade potencia bastante baja compa-


90

Fig. 13

Fig. 14Fig. 12

rada con la que se puede obteneren una etapa emisor común.

La tensión de salida es siempremenor que la tensión de entrada:por lo tanto, la ganancia de tensiónes menor que la unidad. Este circui-to se utiliza como elemento adapta-dor de impedancias (figura 15).

Acomodamos el circuito parapoder verlo como comúnmente seutiliza (figura 16). Si aumenta la señalde entrada, aumenta la corrientede emisor y por lo tanto la señal so-bre la RC con lo cual, como ocurreen la configuración base común,aquí no hay inversión de fase.

RECTA EST TICA DE CARGA

Los transistores pueden ubicar sufuncionamiento en una zona de tra-bajo donde su respuesta es lineal,una zona denominada “ZONA DECORTE” y una tercera zona que de-termina la “SATURACION” del transis-tor. Se debe establecer un punto defuncionamiento del transistor dentrode su región activa (zona lineal) conel objeto de obtener a la salida delamplificador una señal réplica de lade entrada pero de mayor ampli-tud. El punto de reposo del transistor,que hemos aprendido a calcularpara las distintas polarizaciones, sedebe hallar sin aplicar señal externay se lo llama punto “Q” de funciona-miento, punto de reposo o simple-mente punto de trabajo.

Ubicando este punto Q sobre lascurvas características de salida deltransistor y aplicando métodos gráfi-cos se puede predecir el comporta-miento del amplificador cuando sele aplica una señal a la entrada. Si laseñal de salida no es fiel a la ingre-sante, lo más probable es que no sehaya elegido correctamente el pun-to de reposo.

Al polarizar un transistor se debe

elegir los componentes aso-ciados (resistores, alimenta-ción, etc.) con sumo cuidado,ya que el punto Q no debequedar en cualquier parte dela zona activa del transistor. Sedebe tener en cuenta las es-pecificaciones dadas por elfabricante, tales como Poten-cia Máxima de Disipación (Pcmax), Tensión Máxima de Co-lector (Vc max), Corriente Má-xima de Colector (Ic max),Factor β de Amplificación, etc(figura 17).

Para pequeñas señales, siel transistor está bien polariza-do se puede asegurar que la tensiónde salida no será distorsionada, “pe-ro no es la misma la tensión de co-lector que la señal de salida”, yaque esta última no debe poseer ge-neralmente una componente decontinua, razón por la cual se colo-can capacitores de desacople a lasalida del circuito (y también a laentrada) lo que obliga a analizar elcircuito sin componente continua ycon componente continua (figura18). En este circuito, la tensión decontinua del colector del transistorno aparece sobre la resistencia decarga RL a causa del bloqueo im-puesto por Cb2 pero la señal sobreRL es una réplica amplificada de laseñal de entrada.

Los valores de los capacitoresdeben ser tales que a la frecuenciamínima de trabajo no ofrezcan resis-tencia apreciable al paso de la se-ñal. Para la ubicación del punto detrabajo se recurre generalmen-te a métodos gráficos, se usanlas curvas de salida del transis-tor en la configuración en quese esté utilizando el dispositivo.

Si se conocen los elemen-tos asociados a la salida deltransistor pueden calcularse losresistores de polarización de

base, previa ubicación del punto dereposo del transistor, partiendo de ladenominada RECTA ESTATICA DECARGA del transistor (figura 19). Paratrazar esta recta sobre la familia decurvas, se obtiene la ecuación de lamalla de salida del circuito. Porejemplo, en el circuito de un transis-tor en emisor común con polariza-ción por divisor resistivo se tiene que:

Vcc = Vce + Ic (Rc + Re) (4)

En esta ecuación, Vcc, Rc y Reson valores conocidos mientras queVce e Ic son variables.

En geometría se estudia que laecuación (4) representa una recta ypara trazarla hace falta conocerdos puntos de dicha recta. Los pun-tos elegidos serán:

a) para Vce = 0 debemos calcu-lar el valor de Ic. De la fórmula (4):

Capítulo 6

91

Fig. 15 Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Vcc = 0 + Ic (Rc + Re)

despejando:

VccIc = —————

(Rc + Re)

b) Cuando Ic = 0, de la fórmula (4):

Vcc = Vce + 0 (Rc + Re)Vcc = Vce

Es decir, los dos puntos elegidospara trazar la recta serán:

Vcca) (Ic; Vce) ⇒ ( ——— ; 0)

(Rc + Re)b) (Ic; Vce) ⇒ (0; Vcc)

Si ubicamos estos puntos sobrelas curvas de salida del transistor ytrazamos una recta que pase porellos, encontraremos la recta estáti-ca de carga del circuito (figura 20).

Esta recta es útil porque no im-porta que varíe la corriente de basecomo consecuencia de la aplica-ción de una señal, los valores de Ic yVce se ubicarán sobre dicha recta.Además, conociendo los valoresmáximos de la señal a aplicar y tras-ladándolos al gráfico se podrá cal-cular cuáles son los valores corres-pondientes de la corriente de colec-tor.

RECTA DIN MICA DE CARGA

Se ha visto que por métodos grá-ficos se pueden predecir los distintosvalores de Ic y Vce que puede tomarun transistor polarizado cuando se leaplica una señal de entrada, pero enel razonamiento no se ha tenido encuenta la carga que se le aplica alcircuito a través de un capacitor.

La Recta Estática de Carga esmuy útil para analizar el funciona-miento del circuito sin que a éste se leaplique señal, es decir, donde se ubi-caría el punto de reposo si hubiese al-gún corrimiento de algún parámetroa causa de determinados factores,como por ejemplo la temperatura.Analicemos el circuito de la figura21. Cuando se aplica una señal decorriente alterna, C2 es un corto cir-cuito; lo mismo ocurre con el capa-citor de desacople de emisor CE y lafuente de alimentación (por consi-

derarla como un capacitor cargadode alta capacidad). De esta mane-ra el emisor estará conectado a ma-sa y Rc estará en paralelo con lacarga RL. Para analizar el com-portamiento del circuito para se-ñales alternas gráficamente esnecesario construir una RECTADINAMICA DE CARGA que con-temple el paralelo entre Rc y RL yahora RE = 0 a causa de la muybaja impedancia que pasa a te-ner CE.

Para trazar la Recta Dinámi-ca de Carga se tiene en cuentael punto de reposo del transistorya que sin señal se ubicará sobredicho punto. La técnica consisteen trazar una recta que pase porel punto Q con pendiente 1/Rd,siendo Rd el paralelo entre Rc yRL (figura 22).

Rc . RLRd = ————

Rc + RL

C LCULO DE LOS

CAPACITORES DE PASO

Hemos dicho que tanto loscapacitores de acoplamientode entrada y salida, como el ca-pacitor de desacople de emisor,se deben comportar como uncortocircuito para la señal detrabajo. La forma de cálculo deestos capacitores está íntima-mente ligada con la impedanciadel circuito “que ven estos ele-mentos” ya que el efecto resisti-vo debe ser mucho menor quedicha impedancia para todaslas señales que se desean ampli-ficar.

La reactancia de un capaci-tor se calcula como:

LXc = —————

2 π . f . C

De aquí se deduceque, en la medida que au-menta la frecuencia de laseñal tratada, menor seráel efecto de oposición delcapacitor al paso de lasseñales. Por lo tanto, elpeor caso se presenta conlas señales de menor fre-

cuencia, donde el capacitor puedeque no se comporte como un corto-circuito. Para calcular el valor del


92

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 22

Fig. 21

capacitor necesario, éste debe te-ner una “resistencia” (en realidadreactancia) 10 veces menor que elvalor de la impedancia que él veráa la mínima frecuencia de trabajodel amplificador. Por ejemplo, si laimpedancia de entrada de un am-plificador es de 5.000Ω, el capacitorde paso de entrada no debe pre-sentar una reactancia superior a500Ω para la frecuencia mínima deoperación.

Para explicar esto mejor con unejemplo, podemos calcular el valordel capacitor de desacople de unaresistencia de emisor de 100Ω si lamínima frecuencia de operacióndel transistor será de 20Hz.

Sabemos que:

1Xc = —————

2 π . f . C

y que:

ReXc = —————

10luego:

Re 1—— = ——————10 2 π . f . C

despejando:

10Ce = ——————

2 . π . f . Re

Si queremos dar el valor del ca-pacitor en µF multiplicamos el se-

gundo término por 106, luego:

107Ce [µF] = ——————

2 . π . f . Re

Reemplazando valores:

107Ce [µF] = ——————— =

6,28 . 20Hz . 100Ω

107Ce [ F] = ————— = 796 F

12,56 . 103

En general el valor de Re es ma-yor, al igual que la frecuencia míni-

ma de operación, con lo cual el va-lor Ce disminuye bastante. Valoresnormales están comprendidos entre50µF y 220µF.

Del mismo modo se pueden cal-cular los capacitores de paso (CB1 yCB2) obteniéndose valores normalesque oscilan entre 10µF y 100µF.

Acoplamientos Interetapas

Para conectar el transductor deentrada al amplificador, o la carga uotra etapa es necesario un mediode acoplamiento que permitaadaptar impedancias para que exis-ta máxima transferencia de energía.Los acoplamientos interetapas másutilizados son:

a) Acoplamiento RCb) Acoplamiento a transformadorc) Acoplamiento directo

a) Acoplamiento RC:Este tipo de acoplamiento es

muy utilizado aunque con él no seproduce una perfecta adaptaciónde impedancias y por lo tanto, nohabrá máxima transferencia deenergía. Separa totalmente la señalde los circuitos de polarización (figu-ra 23). El resistor R1 puede ser el resis-tor de carga (o polarización) de laprimera etapa mientras que R2 pue-de ser el resistor de polarización debase, si la segunda etapa es un tran-sistor. El capacitor C deja pasar lasseñales alternas provenientes de laprimera etapa y evita que la tensiónde polarización quede aplicada enla entrada de la segunda etapa. Lacapacidad del capacitor C tieneque ser la adecuada a las frecuen-cias de las señales que se deseanamplificar; por ejemplo, para aco-plar etapas de audio su valor debeser elevado (algunos microfarad)para que su reactancia sea peque-ña a la menor frecuencia que se de-sea amplificar. Una capacidad pe-queña ofrecería una reactancia ele-vada al paso de las bajas frecuen-cias, por lo que éstas quedarían ate-nuadas. Si se desea acoplar etapasamplificadoras con transistores usan-do capacitores electrolíticos, la posi-ción del capacitor dependerá de lapolaridad de los transistores. Veamos

un ejemplo en la figura 24. Con tran-sistores NPN la base es menos positi-va que el colector; por lo tanto, elcapacitor electrolítico se conectacon el positivo del lado del colectorde la primera etapa. Generalmentese utiliza un acoplamiento con resis-tor y capacitor en etapas amplifica-doras de audio de bajo nivel.

b) Acoplamiento por TransformadorEl acoplamiento a transformador

se utiliza con el fin de obtener máxi-ma ganancia de potencia; para ellodeben adaptarse las impedanciasde entrada y de salida del transistor.

En la figura 25 vemos un circuitoacoplado a transformador:

Se emplea un transformador re-ductor T1 para acoplar la entradadel transistor con lo cual, si bien hayuna disminución de la tensión apli-cada (por ser un transformador re-ductor), hay un mayor suministro depotencia ya que, por el teorema demáxima transferencia de potencia,se logrará transferir máxima energíacuando las partes están perfecta-mente adaptadas (igual impedan-cia). Para adaptar la salida tambiénusamos un transformador reductorya que el parlante posee baja impe-dancia, en contraposición con la al-ta impedancia del colector del tran-sistor. Este T2 adapta las impedan-cias de colector y parlante, así per-mite que la potencia entregada al

Capítulo 6

93

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

parlante sea máxima. En este circui-to se tiene una polarización por divi-sor de tensión, donde R1 y R2 dan lapolarización adecuada a la base, yRe da la estabilización necesariapara evitar problemas por cambiosen los parámetros del transistor; C1se coloca para evitar que la señal seatenue sobre R1, y C2 para impedirque la señal se desarrolle sobre Re,así el rendimiento del circuito au-menta. En síntesis, un acoplamientoa transformador permite adaptarimpedancias y aísla niveles de conti-nua, pero posee la desventaja fun-damental de que sus característicasvarían con la frecuencia, razón porla cual suele distorsionar (aunquemuy poco) a todas aquellas señales

que no están com-puestas por una solafrecuencia. Además,es pesado y de grantamaño; si se quieredisminuir las pérdidas,el costo aumentaconsiderablemente.

c) Acoplamiento Directo

Este tipo de acoplamiento con-siste en unir dos etapas por mediode un cable. En principio, este méto-do es ideal porque resulta económi-co y no sufre las atenuaciones queintroduce todo capacitor en bajasfrecuencias. En sistemas amplifica-dores, el método consiste en conec-tar el colector de un transistor con labase del siguiente (figura 26). El prin-cipal problema de este circuito radi-ca en que los niveles de continuadel colector de un transistor y de labase del transistor siguiente soniguales, razón por la cual la tensiónde colector de los transistores es ba-jísima limitando así su funcionamien-to. Para solucionar este problema sepuede polarizar el primer transistor

en configuración colector común, loque significa que la señal ingresapor la base y sale por el emisor. Paraello se conecta el emisor de la pri-mera etapa a la base de la etapa si-guiente.

Podemos conectar dos etapasamplificadoras en emisor común através de un resistor, considerandoeste acoplamiento como directo;permite trabajar con distintos nivelesde continua entre colector del pri-mer transistor y base del segundo,pero presenta el inconveniente dedisminuir el rendimiento.

Las ventajas del acoplamientodirecto son aprovechadas en la ma-yoría de los equipos de audio, yasea en aquellos que utilizan circuitosintegrados o en circuitos de exce-lente diseño. En la actualidad sonmuy pocos los equipos de buenascaracterísticas que no utilizan esteacoplamiento. Otra forma de aco-plamiento muy difundido en la ac-tualidad es el “Acoplamiento com-plementario” que se basa en el usode un transistor NPN y otro PNP, temadel que nos ocuparemos más ade-lante.


94

Fundamentos Físicos de la Reproducción del Sonido

El dispositivo universal que se uti-liza para la reproducción del so-nido, son los parlantes, que son

elementos terminales que convier-ten en ondas sonoras las señales re-sultantes de los procesos electróni-cos previos. Para entender el princi-pio de operación de los parlantes,primero se requiere definir qué sonestos elementos y qué es el sonido.

El parlante es un transductorcapaz de transformar una se al decorriente el ctrica en una onda desonido audible . Por su parte, el so-nido es un fenómeno físico que esti-mula el sentido del oído mediantecambios en la presión del aire. Enlos seres humanos, esto ocurre siem-pre que una vibración con fre-cuencia comprendida entre los 20 ylos 20,000Hz llega al oído interno.

Para llegar al oído interno, las vi-braciones viajan por el aire. A ve-ces, el término sonido se emplea

únicamente para las vibracionesque se transmiten de este modo; sinembargo, los físicos modernos tam-bién suelen utilizarlo para designar alas vibraciones similares que se des-plazan a través de medios líquidos osólidos. A las ondas que se encuen-tran por debajo del límite audiblede 20Hz se les conoce como infra-s nicas , mientras que los sonidoscon frecuencias superiores a20,000Hz se denominan ultrasoni-dos .

PROPAGACI N DE LAS

VIBRACIONES U ONDAS

En general, las vibraciones u on-das del sonido se propagan de for-ma transversal o longitudinal. Enambos casos, la energía y el ritmodel movimiento ondulatorio sólo sepropagan a través del medio en

cuestión; es decir, ninguna parte deéste se desplaza físicamente en ladirección de propagación parapermitir el viaje de la onda. Porejemplo, si atamos una cuerda a unpunto fijo (un poste), la estiramos sinaplicar demasiada fuerza y la sacu-dimos, una onda se desplazará delextremo que estamos sujetandohasta su otro extremo; al llegar alpunto fijo, la onda se reflejará y via-jará de regreso hasta nuestra mano.

Este tipo de movimiento ondula-torio se denomina “onda transver-sal”. Del mismo modo, si tiramos unapiedra a un estanque, una serie deondas transversales se propagarádesde el punto de impacto.

Entonces, cualquier objeto queflote cerca de este punto se move-rá hacia arriba y hacia abajo, deacuerdo con la dirección y fuerzadel movimiento ondulatorio; peroapenas mostrará movimiento longi-

Fig. 26

tudinal, o sea un desplazamiento (fi-gura 1).

LA ONDA DE SONIDO

Una onda de sonido es una on-da longitudinal. A medida que laenergía del movimiento ondulatoriose propaga alejándose del centrode la perturbación, las moléculas deaire individuales que transportan alsonido se mueven hacia delante yhacia atrás, de forma paralela a ladirección de dicho movimiento.

Si un cuerpo se desplaza ligera-mente hacia adelante, momentá-neamente el aire frente a él se com-prime, pero de forma instantáneatrata de recuperar su densidad nor-mal; por lo que la compresión co-mienza a viajar en la misma direc-ción del movimiento inicial, perocon la distancia se va diluyendo po-co a poco. Exactamente esto suce-de cuando el mismo cuerpo retro-cede a su sitio original, pero ahoragenerando una pequeña porciónde baja densidad, que viaja con lasmismas características de la anterior.

Combinando ambos efectos,cuando un objeto está vibrando rá-pidamente, frente a él se generauna serie de zonas donde la densi-dad del aire varía dependiendo delgrado de desplazamiento originaldel cuerpo, formando una serie deondas que se van alejando del pun-to de origen. Estas sucesivas zonasde aire comprimido y enrarecidoson captadas por el tímpano, el cualreproduce en escala pequeña losdesplazamientos originales del cuer-po vibrante, y transmite al oído inter-no esta información, donde el cere-bro lo interpreta como sonido. Quie-re decir que una onda de sonido esuna serie de compresiones y rare-facciones sucesivas del aire. Cadamolécula transmite la energía a lamolécula que le sigue; una vez quela onda de sonido termina de pasar,

las moléculas permanecenmás o menos en la mismaposición (figura 2).

Caracter sticas F sicasUna nota musical, por

ejemplo, puede ser definidaen su totalidad, mediante

tres características con que se perci-be: el tono, la intensidad y el timbre.Estos atributos corresponden exac-tamente a tres características físicas:la frecuencia, la amplitud y la compo-sici n arm nica o forma de onda.

Frecuencia o tonoPor frecuencia del sonido se en-

tiende el número de ciclos de unaonda por segundo. Conforme ma-yor sea la frecuencia de una onda,más agudo se escuchará el sonido;y al contrario, conforme menor seala frecuencia de la misma, más gra-ve se escuchará el sonido. Un fenó-meno interesante es el que se pro-duce cuando se tocan dos instru-mentos distintos en la misma nota.Ambos sonidos pueden tener la mis-ma frecuencia, pero no necesaria-mente se percibirán igual; la diferen-cia radica en el timbre característi-co de cada instrumento..

AmplitudLa amplitud de una onda de so-

nido es el grado de movimiento delas moléculas de aire que la trans-portan. Dicho movimiento corres-ponde a la intensidad de expansióny compresión de la propia onda.Cuanto mayor es la amplitud de laonda, más intensamente golpea és-ta a las moléculas del tímpano ymás fuerte es el sonido percibido. Laamplitud de una onda de sonidopuede expresarse en unidades ab-solutas, mediante la medición de ladistancia de desplazamiento de lasmoléculas del aire, la medición de ladiferencia de presiones entre lacompresión y la expan-sión, o la medición dela energía transporta-da. Para expresar la in-tensidad de los soni-dos, éstos se compa-ran con un sonido pa-trón; en tal caso, la in-tensidad se expresa endecibeles (dB).

IntensidadLa distancia a la que se puede

escuchar un sonido, depende de laintensidad de éste; la intensidad esel flujo promedio de energía queatraviesa cada unidad de área per-pendicular a la dirección de propa-gación. En el caso de ondas esféri-cas que se propagan desde unafuente puntual, la intensidad medi-da en un punto es inversamente pro-porcional al cuadrado de la distan-cia; esto, suponiendo que no se pro-duzca ninguna pérdida de energíadebido a la viscosidad, la conduc-ción térmica u otros efectos de ab-sorción.

En la propagación real del soni-do en la atmósfera, los cambios físi-cos que el aire experimenta dan lu-gar a la amortiguación y dispersiónde las ondas sonoras.

TimbreVamos a suponer que tenemos

un violín, un piano y un diapasón, yque con la misma intensidad se tocaen los tres una nota L a -situada so-bre el D o central. Los sonidos resul-tantes serán idénticos en frecuenciay amplitud, pero muy diferentes entimbre. De las tres fuentes, el diapa-són es el que produce el tono mássencillo, conformado casi exclusiva-mente por vibraciones de tipo senoi-dal con frecuencias de 440 Hz.

Debido a las propiedades acústi-cas del oído y a las propiedades deresonancia de su membrana vibran-te, es dudoso que un tono llegue enestado puro al mecanismo internodel oído. La componente principalde la nota producida por el piano oel violín también tiene una frecuen-cia de 440 Hz; sin embargo, ambasnotas contienen a su vez compo-nentes cuyas frecuencias son múlti-plos exactos de 440 Hz: los llamadasfrecuencias arm nicas . Las intensi-

dades y el defasamiento que exis-

Capítulo 6

95

Fig. 1

Fig. 2

ten entre esas otras componentes,determinan el timbre de la nota.

VELOCIDAD DEL SONIDO

La frecuencia de una onda desonido, es una medida del númerode vibraciones por segundo de unpunto determinado; a la distanciaentre dos crestas (cimas) adyacen-tes de la onda, se le denomina lon-gitud de onda . Al multiplicar el valorde la longitud de onda por el de lafrecuencia, se obtiene la velocidadde propagación de la onda. Estavelocidad es igual para todos los so-nidos sin importar su frecuencia,siempre y cuando se propaguen através del mismo medio y a la mismatemperatura. Por ejemplo, mientrasla longitud de onda de la nota “La”situada sobre el “Do” central es deunos 78,20 cm, la de la nota “La” si-tuada abajo del mismo es de 156,40cm. En aire seco y a una temperatu-ra de 0° C, la velocidad de propa-gación del sonido es de 331,6 m/s. Alaumentar la temperatura, aumentala velocidad del sonido; por ejem-plo, a 20° C la velocidad es de 344m/s. Por lo general, el sonido viajamás rápido a través de líquidos y desólidos que a través de gases. Tantoen los líquidos como en los sólidos, ladensidad tiene el mismo efecto queen los gases.

REPRODUCCI N DEL SONIDO

Para la repro-ducción del sonidose emplean par-lantes. Existen dife-rentes tipos, perola mayoría de losactuales son diná-micos. Estos alta-voces incluyenuna bobina de ca-

ble muy ligero, sumergida den-tro del campo magnético de unpotente imán permanente o deun electroimán (figura 3).

Una corriente eléctrica va-riable, procedente de los circui-tos electrónicos de algún ampli-ficador, atraviesa la bobina ymodifica la fuerza magnéticaentre ésta y el campo magnéti-co del parlante. Al producirsecambios de corriente, la bobinavibra y entonces hace que undiafragma o un gran cono vi-brante (unido mecánicamentea ella) se mueva para generaren el aire ondas sonoras; a suvez, este movimiento impulsa alas moléculas de aire en la for-ma del sonido que se desea re-producir.

Tipos de Parlantes

Para aumentar la potencia y lacalidad del sonido, pueden utilizarseconjuntos especiales de parlantesde diferente tamaño: los pequeñosson para notas agudas y los grandespara notas graves.

La forma o diseño de los parlan-tes, es también factor que incide enla calidad del sonido que se repro-duce. Existen básicamente tres tipos:circulares, cuadrados y elípticos (fi-gura 4). Los primeras ofrecen unamuy buena reproducción de sonido;los cuadrados, sólo una regular obuena reproducción; los elípticosson las mejores, pues permiten una

excelente reproducción. La razón,es que el uso de los parlantes elípti-cos equivale a tener un parlante cir-cular pequeño para tonos medios yotro circular grande para tonos ba-jos.

En todo sistema reproductor deaudio, siempre será necesario insta-lar dos o más tipos de altavoces. Lafidelidad del sonido mejora cuandopara cada frecuencia y amplitud dela señal de audio se usa un tipo dife-rente de parlante; es decir, para te-ner un buen sistema de sonido se re-quieren reproductores de agudos(llamados tweeters), parlantes quereproduzcan los medios (midrange)y los graves (conocidos como woo-fers). Obviamente, el tema es am-plio, por lo que lo analizaremos másadelante. ******************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos deedición semanal, preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando conla colaboración de docentes y escritores destacados en el ámbito de laelectrónica internacional. Los temas de este capítulo fueron escritos porHoracio Vallejo y Oscar Montoya Figueroa.


Fig. 3

Fig. 4



SSAABBEERR




INDICE DEL

CAPITULO 7

EL SURGIMIENTO DE LA RADIOLos experimentos de Faraday.....................99Los planteamientos de Maxwell .................99Las ondas de radio y el espectro electromagnético.........................................99La telegrafía sin hilos...................................100Estructura simplificada de una válvula diodo.......................................100Principio básico de operación de un receptor de radio .................................101Las primeras transmisiones .........................102La evolución de las comunicaciones por ondas radiales ......................................103El desarrollo de la radio comercial ..........103Modulación en FM y transmisión en estéreo ....................................................103

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPOLos FETs..........................................................105El JFET ............................................................105Efecto de campo .......................................105El MOSFET de empobrecimiento...............105MOSFET de enriquecimiento......................106Protección de los FETs.................................107Funcionamiento del transistor deefecto de campo.......................................107

INTERCOMUNICADOR POR LA RED ELECTRICAEl circuito transmisor....................................109El circuito receptor......................................110Lista de materiales del transmisor .............112Lista de materiales del receptor ...............112





LOS EXPERIMENTOS DE FARADAY

Aunque se realizaron múltiplesexperimentos sobre electricidad ymagnetismo antes de Michael Fara-day (figura 1), fue este investigadoringlés quien descubrió la estrecharelación que existe entre ambos ti-pos de fenómenos.

Fue precisamente Faradayquien descubrió que cuando enuna bobina circula una corrienteeléctrica, se produce un campomagnético proporcional a la co-rriente circulando, y a la inversa:cuando a una bobina se aplica uncampo magn tico externo, en susextremos aparece una variaci n detensi n (figura 2).

Este descubrimiento, aparente-mente tan sencillo, es la base sobrela cual funcionan prácticamentetodos los aparatos eléctricos quenos rodean en nuestra vida cotidia-na, desde el motor de un auto dejuguete hasta los grandes transfor-madores que sirven para distribuir elfluido eléctrico en las grandes ciu-dades.

LOS PLANTEAMIENTOS DE MAXWELL

En la década de 1860, el físicoinglés James Clerk Maxwell, conuna gran lucidez que asombra in-cluso a los científicos contemporá-neos, puso al descubierto en formateórica la estrecha relación queexiste entre los campos eléctricos ymagnéticos; postulando que unacarga eléctrica en movimiento pro-duciría en su alrededor un campomagnético variable, el cual, a suvez, induciría un campo eléctrico, yasí sucesivamente (figura 3). Esto, asu vez, se traduciría en la genera-ción de una onda electromagnéti-ca que se origina en la carga eléc-trica variable y viaja en todas direc-ciones (estos trabajos se publicaron

en conjunto hasta 1873). Sus cálcu-los teóricos le permitieron determi-nar que esta onda electromagnéti-ca se propaga a la misma veloci-dad que la luz, lo que lo llevó a laconclusión de que la energ a lumi-nosa no era sino otra manifestaci nde este tipo de ondas (un salto ima-ginativo sorprendente para la épo-ca).

LAS ONDAS DE RADIO Y EL ESPECTRO

ELECTROMAGN TICO

Tan sólo faltaba la comproba-ción práctica de estas teorías, y és-ta fue conseguida por los experi-mentos de un físico alemán: Hein-rich Hertz, quien utilizan-do una cámara de chis-pas y un aro metálicoreceptor (figura 4) co-rroboró la existencia delas ondas electromag-néticas. El fundamentode este experimentofue el siguiente: si efecti-vamente en las cargaseléctricas en movimien-to representadas por lachispa eléctrica se ge-neraba una serie de on-das electromagnéticas,el aro receptor captaríaparte de esta onda y latransformaría nueva-mente en señal eléctri-ca, haciendo saltar unachispa de menor tama-ño, pero perfectamen-te sincronizada con lachispa principal entrelas puntas del aro re-ceptor.

Debido a lo rudi-mentario del experi-mento, Hertz tuvo quehacer grandes esfuer-zos para localizar lospuntos en que la induc-

Capítulo 7

99

Capítulo 7

El Surgimiento de la Radio

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 2

ción electromagnética sobre el arometálico estuviera en su punto má-ximo; sin embargo, una vez obteni-da la chispa inducida en el aro me-tálico, eso bastó para demostrar enla práctica la validez de lasteorías de Maxwell. Precisa-mente, en honor a Hertz, seha denominado con su nom-bre una de las variables fun-damentales en el comporta-miento de las ondas electro-magnéticas (y en general detodo tipo de oscilaciones): losciclos por segundo (figura 5).

LA TELEGRAFŒA SIN HILOS

Incluso cuando Hertz des-cubrió la existencia de las on-

das electromagnéticas, todosestos experimentos no pasabande ser curiosidades de laborato-rio; fue hasta que un investiga-dor italiano, Guglielmo Marconi,quien al estudiar los descubri-mientos realizados por Hertz, lle-gó a la conclusión de que lasondas electromagnéticas po-dían utilizarse para la transmisióninstantánea de información adistancia (figura 6).

Para conseguir la transmisiónde datos por medio de ondasde radio, Marconi utilizó una c -mara de chispas, la cual produ-cía en su interior un arco eléctri-

co al aplicarle la señal de un capa-citor. Para comprobar si efectiva-mente se podía aprovechar la on-da resultante a distancia, le pidió asu hermano que llevara la cámaraa un sitio alejado de su casa y de-trás de una colina cercana, de mo-do que no hubiera contacto visualentre ambos: al momento en que seaplicó a la cámara de chispas unaserie de pulsos de activación en có-digo Morse, Marconi fue capaz derecibirlos con gran claridad, que-dando demostrada la posibilidadde la comunicación a distancia sinnecesidad de hilos telegráficos (fi-gura 7).

Marconi viajó por toda Europa yAmérica promocionando su descu-brimiento, hasta que a finales del si-glo pasado y principios del presentefue reconocido como el primero endesarrollar un uso práctico para lasondas electromagnéticas; porejemplo, en 1899 logró establecer lacomunicación entre Europa conti-nental e Inglaterra por medio de on-das radiales, e incluso en 1901 con-

siguió una transmisión transatlánticaentre Europa y América, hecho quedefinitivamente lo consagró comoel padre de la radio (de hecho, pa-ra 1902 ya se había establecido unservicio de radio-cables regular en-tre Europa y América). Como reco-nocimiento a estos descubrimientos,Marconi recibió el Premio Nobel defísica en 1909.

A pesar del gran avance que re-presentó para la época el desarro-llo de la telegrafía sin hilos, aún que-daban diversos aspectos que resol-ver para que pudiera desarrollarseun sistema de radiotransmisión mo-derno, capaz de transmitir no sólopulsos en código Morse, sino tam-bién sonidos, voces, música, etc. Tu-vo que desarrollarse una rama de lafísica para que la radio comercialfuera una realidad: la electrónica.

LAS V LVULAS DE VACŒO

El primer antecedente de un dis-positivo electrónico lo encontramosen los laboratorios de Thomas AlvaEdison, cuyos experimentos lo lleva-ron a desarrollar la lámpara incan-descente; descubrió que si un alam-


100

Fig. 4

Fig. 7

Fig. 5.a

Fig. 5.b

Fig. 6

bre al que se le había aplicado unpotencial positivo era colocadodentro de la ampolla de vidrio al va-cío, se establecía un flujo de elec-trones entre el propio filamento in-candescente y el alambre; pero es-ta corriente sólo aparecía con di-cha polaridad, ya que al invertir lacarga eléctrica del alambre no seproducía el flujo (figura 8).

Este fen meno, conocido y pa-tentado como efecto Edison , inspi-r al ingeniero el ctrico ingl s JohnAmbrose Fleming a desarrollar la pri-mera v lvula electr nica del mundo:el diodo (figura 9). Lafunción principal deeste dispositivo consis-tía en rectificar corrien-tes alternas, y de inme-diato encontró unaaplicación práctica enla radio; se le empezóa utilizar como detec-tor, rectificador y limita-dor de señal, lo que asu vez permitió cons-truir receptores de ra-dio más precisos y sen-sibles.

Sin embargo, la co-municación radial enforma no fue posible si-no hasta la apariciónen 1906 de otro disposi-

tivo electrónico, fruto delas investigaciones delinventor norteamerica-no Lee DeForest: la vál-vula tríodo (figura 10),que añadía una tercerarejilla de control a la vál-vula diodo. Con estasencilla adición, el dis-positivo funcionaba co-mo amplificador o co-mo oscilador (depen-diendo de su conexiónexterna).

La inclusión de laválvula tríodo en los re-ceptores de radio per-mitió captar incluso se-ñales muy débiles, au-mentando de forma sig-nificativa el alcance delas emisiones radiales;además, su utilizacióncomo oscilador permitióel surgimiento de la he-terodinación, técnica

fundamental para el desarrollo dela radio comercial (pues permitió ladivisión y aprovechamiento del es-pectro electromagnético).

Con todo lo anterior, para la dé-cada de los 20’s ya se contaba endiversas partes del mundo con unagran cantidad de estaciones de ra-dio; tanto aumentó el número dereceptores, que pronto la radio seconvirtió en uno de los principalesmedios de comunicación a distan-cia, sitio del que fue desplazada, amediados de los 50’s, por la televi-sión.

PRINCIPIO B SICO DE OPERACI N

DE UN RECEPTOR DE RADIO

Antes de explicar cómo funcio-na un receptor de radio, tenemosque hablar de la primera forma demodulación: la modulaci n en am-plitud o AM.

Como se mencionó anterior-mente, el primer transmisor utilizadopor Marconi utilizaba una cámarade chispas como medio de genera-ción de ondas electromagnéticas.Pero este procedimiento tenía ungran defecto: supongamos que dospersonas accionan una cámara dechispas al mismo tiempo en distintaslocalidades, y que un receptor re-moto trata de recibir las señales ge-neradas por uno de ellas (figura 11).Debido a que prácticamente se tie-ne tan sólo un impulso de energíasin ninguna regla ni limitación, las se-

Capítulo 7

101

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

ñales de ambas emisoras llegarán almismo tiempo hasta el receptor;mas éste no tiene forma de determi-nar cuáles pulsos corresponden a laestación que desea escuchar ycuáles provienen de la otra.

Obviamente, para la efectivautilización de la radio, es necesarioasignar canales exclusivos para eluso de las estaciones emisoras; así elreceptor podría elegir entre ellas,solamente sintonizando el canaladecuado.

Este problema fue solucionadopor el ingeniero norteamericano Ed-win H. Armstrong, quien desarroll lamodulaci n en amplitud; también aél debemos el descubrimiento de lamodulación en frecuencia. En tér-minos generales, la modulación en

amplitud consisteen montar sobreuna señal de fre-cuencia superior laseñal de audio quese va a transmitir (fi-gura 12); y como esposible asignar fre-cuencias de porta-dora distintas a ca-da una de las esta-ciones radiales quelo soliciten, puedehaber varias de és-tas en una comuni-dad sin que se in-

terfieran una con otra.La señal modulada en amplitud,

se envía al aire a través de una an-tena y llega al receptor. Para recibirúnicamente esta señal, se sintonizapor medio de un oscilador interno,se le hace pasar por un filtro pasa-banda, se rectifica (se elimina laporción superior o inferior de la se-ñal) y se pasa por un filtro detector;éste recupera la señal de audio ori-ginal, la envía hacia el amplificadory finalmente hasta el parlante (figu-ra 13).

LAS PRIMERAS TRANSMISIONES

Oficialmente, la primera esta-ción en forma que inició transmisio-

nes en el mundo fue la KDKA dePittsburgh; comenzó sus operacio-nes en 1920, cubriendo en ese añola elección presidencial de EstadosUnidos.

A partir de ese momento, la ra-dio se extendió rápidamente por to-da América y Europa, convirtiéndo-se en uno de los entretenimientosprincipales de un buen porcentajede la población mundial, y en la for-ma más rápida y confiable de ente-rarse de los últimos acontecimien-tos. (Una anécdota muy famosaocurrió con la transmisión de la ver-sión radiofónica de “La guerra delos mundos”, de H. G. Wells; fue lle-vada a cabo en el “Teatro Mercuriodel Aire” por Orson Wells el 30 de oc-tubre de 1938, provocando escenasde pánico masivo entre los radioes-cuchas -que tomaron como verídi-ca la invasión marciana.)

De hecho, incluso en nuestraépoca aparentemente dominadapor la televisión, la radio sigue sien-do uno de los espacios de discusióny análisis más empleados en el mun-do; y todo esto es el resultado de lasinvestigaciones realizadas a finalesdel siglo pasado y principios del pre-sente, por científicos de muy diver-sas nacionalidades que trabajabancon un fin común: transmitir informa-ción a distancia, utilizando las on-das electromagnéticas.


102

Fig. 12

Fig. 13

LA EVOLUCI N DE LAS COMUNICACIO-NES

POR ONDAS RADIALES

Ya en el número anterior habla-mos de los pasos que se dieron en laevolución de la radio; desde elplanteamiento teórico de las ondaselectromagnéticas por parte deMaxwell, su descubrimiento físicopor parte de Hertz y su aprovecha-miento práctico por parte de Mar-coni, hasta la aparición de las pri-meras estaciones de radio comer-ciales. En esta ocasión veremos muybrevemente la forma en que haavanzado la comunicación por me-dio de ondas electromagnéticas,desde principios de siglo hasta nues-tros días.

EL DESARROLLO DE LA RADIO COMER-CIAL

Como ya mencionamos en elapartado anterior, la primera esta-ción de radio comercial que se ins-tauró en el mundo fue la KDKA dePittsburgh, en Estados Unidos. Peroesto no hubiera tenido caso, de nohaberse desarrollado un métodosencillo y económico para captarlas ondas radiales; a la postre, estopermitiría a la radio ganar un sitiopreponderante en todos los hoga-res del mundo. Este método fue des-cubierto por Greenleaf Whittier Pic-kard, quien en 1912 investigó laspropiedades de ciertos cristales pa-ra detectar las ondas hertzianas (locual dio origen a las famosas radiosde cristal, tan populares en los años20’s). Todo ello, aunado a la recien-te aparición de los receptores su-per-heterodinos y el aprovecha-miento de las válvulas de vacío co-mo rectificadores, detectores, am-plificadores y osciladores, permitióque los años 20’s y 30’s se convirtie-ran en la época de oro de la radioen todo el mundo.

Aun así, las primeras estacionesemisoras enfrentaron un grave pro-blema: prácticamente nadie teníauna idea clara de cómo se podíaexplotar de forma eficiente estenuevo medio de comunicación; sedieron casos en que los propietariosy directores de las recién nacidasestaciones, salían hasta las puertas

de éstas para invitar al público engeneral a recitar, cantar, contarchistes o realizar cualquier otra cosaque les permitiera llenar los minutosal aire de que disponían.

A decir verdad, casi todas las es-taciones de radio estaban patroci-nadas por una sola compañía; enconsecuencia, los “comerciales”transmitidos al aire tan sólo promo-cionaban a la empresa dueña de laestación (compañías como Wes-tinghouse y General Electric pusie-ron estaciones a todo lo largo y an-cho de Estados Unidos, con la ideade promocionar sus receptores deradio entre la población). Fue hastamediados de la década del 20,cuando el concepto de una pro-gramación radiofónica se extendióentre los dueños de estacionestransmisoras; se comenzaron enton-ces a explotar géneros tan clásicoscomo la radionovela, los noticieros,los programas de opinión, la músicavariada, etc. (géneros que básica-mente permanecen sin cambioshasta nuestros días).

MODULACI N EN FM YTRANSMISI N EN EST REO

Ahora bien, las transmisiones enamplitud modulada (AM) fuerondurante mucho tiempo el pilar so-bre el que descansó la radio comer-cial; y es que tanto los transmisorescomo los receptores, eran muy eco-nómicos. Pero la calidad del audioobtenido a través de una transmi-sión AM convencional, generalmen-te resultaba demasiado pobre y fá-cilmente era interferida por fenó-menos atmosféricos (tales como tor-mentas eléctricas) o por la apari-ción de las recién instaladas líneasde alta tensión que llevaban el su-

ministro eléctrico a distintas partesdel país; esto sin mencionar los mo-tores eléctricos y otros dispositivosgeneradores de gran cantidad deruido electromagnético, que tam-bién afectaban en forma conside-rable la recepción de las ondas deradio (figura 14).

El problema no podía resolversesimplemente mejorando la calidadde los receptores, ya que el con-cepto mismo de modulación en AMresulta excesivamente susceptible ala interferencia externa. Si recorda-mos la forma en que es transmitidauna señal en AM, veremos que elaudio que se desea enviar se mon-ta sobre una frecuencia portadora,de modo que ambas viajen juntaspor el aire hasta ser captadas por elreceptor; pero como la informaciónútil está contenida en la amplitudde la portadora, cualquier fenóme-no que afecte a dicha magnitudtambién afecta a la informacióntransportada. Por ejemplo, si en lascercanías de un receptor de AM seponía a funcionar un motor eléctri-co, las corrientes internas podíangenerar suficiente ruido electro-magnético, el cual, al mezclarsecon la señal de AM original, daríapor resultado un audio lleno de rui-do y en ocasiones completamenteopacado por la interferencia. Co-mo ya se dijo, tal fenómeno no tie-ne nada que ver con la calidad delos receptores; incluso en nuestrosdías, seguimos escuchando lastransmisiones de AM con constantesinterferencias externas.

Para eliminar en la medida de loposible el ruido inducido por fuentesexternas en la recepción de radio,se tenía que desarrollar un métodoalternativo para la transmisión de in-formación y que no dependieratanto de la amplitud de la portado-

Capítulo 7

103

Fig. 14

ra (la cual fácilmente se veía afec-tada por fenómenos que le son aje-nos). Este se hizo realidad en 1936,cuando el investigador norteameri-cano Edwin H. Armstrong (el mismoque había descubierto la modula-ción en amplitud) planteó todo elproceso de generación, transmi-sión, recepción y detección de on-das sonoras utilizando un nuevo yrevolucionario método: montar laseñal que se deseaba transmitir, noen la amplitud sino en la frecuenciade la portadora; esto es, la canti-dad de ciclos por segundo de la se-ñal portadora variaría de forma pro-porcional a la amplitud de la señalque se deseara transmitir (figura 15).

Pronto se descubrió que esta for-ma de transmisión era práctica-mente inmune a los fenómenos me-teorológicos y ruido externo -que encambio fácilmente afectaban a lasseñales de AM; así se conseguíauna mayor calidad de audio y unarelación señal-ruido mucho másadecuada que con la modulaciónen amplitud. Hasta nuestros días lasestaciones de FM tienen un sonidomás agradable que las típicas seña-les de AM.

Este fenómeno se acentuó conla aparición de las transmisiones enFM estéreo, las cuales aprovechanla alta frecuencia de la banda asig-nada a FM y el ancho de bandaconsiderablemente mayor que se lepermite utilizar a una estación deFM, comparado con una de AM(simplemente revise el cuadrantede la radio, y se percatará que ca-da pocos kilohertz encontramosuna estación de AM; en cambio, lasestaciones de FM están separadaspor 0.8MHz -es decir, una separa-ción de 800kHz entre señales, lo queda un amplio margen de manio-bra).

El concepto detrás de la transmi-sión de señales de audio en estéreoa través de ondas radiales, es suma-mente ingenioso. Como sabemos,cuando se modula una señal mon-tándola sobre una cierta frecuenciaportadora, alrededor de esta últimaaparecen unos lóbulos donde estácontenida precisamente la informa-ción que se va a transmitir; sin em-bargo, si se tiene un amplio rangode maniobra, es posible introducir

señales adicionalesal audio principal,de modo que sirvanpara distintos pro-pósitos. En el casoconcreto de la mo-dulación FM esté-reo, los investigado-res dividieron labanda asignada alos lóbulos lateralesde la siguiente ma-nera (figura 16A):

• En primer lugar,para colocar la se-ñal original que se quiere transmitir,mezclaron las señales correspon-dientes a los canales derecho e iz-quierdo (señal L + R).

• Inmediatamente después, ysólo en caso de que la estación es-té transmitiendo en estéreo, se en-vía una señal “piloto” que sirve paraindicar al receptor que es necesarioprocesar la señal para que se pue-dan recuperar ambos componen-tes de la señal estereofónica.

• A continuación se envía otrabanda de audio, resultante ahorade restar las señales de canal dere-cho e izquierdo (señal L - R). En unreceptor FM monoaural, esta ban-da no es aprovechada, pero enuno estereofónico, dicha banda secombina con la primera para obte-ner finalmente las señales de canalL y de canal R; de esta forma se ob-tiene una señal estéreo de unatransmisión radial. Aun cuando esteprocedimiento tam-bién puede realizarsecon la modulaciónen amplitud, la bajacalidad del audio ob-tenido de la señal AMha desalentado cual-quier esfuerzo por po-pularizar la transmi-sión AM estéreo.

• Para conseguirla separación de ca-nales en el receptor,las señales L + R y L - Rpasan por un proce-so de suma y resta (fi-gura 16B), en dondede la suma de ambasse obtiene exclusiva-mente la señal L, y de

la resta se obtiene la señal R. Cadauna de éstas puede entonces ca-nalizarse hacia una bocina inde-pendiente, para disfrutar así de unaseñal de audio estereofónica prác-ticamente libre de interferencias.

Sin duda alguna, estas son lasdos bandas de radio más utilizadascomercialmente en el mundo; masno son las únicas. Existen tambiénbandas de onda corta, de radio-afi-cionados, de servicios de emergen-cia, etc.

Es más, puesto que en la actua-lidad estamos llegando al límite desaturación del espectro electro-magnético, a los investigadores noles ha quedado otro recurso quecomenzar a explotar frecuenciasmuy altas que hace pocos años seconsideraban inalcanzables. Y todoesto, gracias al avance de la tecno-logía electrónica y de comunica-


104

Fig. 15

Fig. 16

ciones.LOS FET S

Los transistores de efecto decampo son dispositivos electrónicoscon tres terminales que controlan,mediante la aplicación de tensiónen uno ellos, el paso de la corrienteeléctrica que los atraviesa; por esose dice que “la corriente” es contro-lada por un efecto electrostáticollamado efecto de campo .

Es común encontrar a los FET’scomo elementos activos en circui-tos osciladores, amplificadores y decontrol. Debido a que el control deestos dispositivos se hace con ten-siones y no con corrientes eléctricas,el consumo de éstas se minimiza. Es-ta característica es la que los haceespecialmente atractivos para utili-zarse como componentes básicosde construcción de sistemas cuyosconsumos de energía son críticos;por ejemplo, en computadoras por-tátiles, en walkmans o teléfonos ce-lulares, por mencionar sólo algunos.

EL JFET

Un FET de unión cuenta con unasección de semiconductor tipo N,un extremo inferior denominado˙fuente¨ y uno superior llamadodrenaje o drenador¨; ambos son

análogos al emisor y colector de untransistor bipolar.

Para producir un JFET, se difun-den dos áreas de semiconductor ti-po P en el semiconductor tipo N delFET. Cada una de estas zonas P sedenomina ˙ compuerta o puerta¨ yes equivalente a la base de un tran-sistor bipolar (figura 1).

Cuando se conecta una termi-nal y así se separa cada puerta, eltransistor se llama “JFET de doblecompuerta”. Estos dispositivos dedoble puerta se utilizan principal-

mente en mezcladores (tipoMPF4856), que son circuitos espe-ciales empleados en equipos decomunicación.

La mayoría de los JFET tienen susdos puertas conectadas interna-mente para formar una sola termi-nal de conexión externa; puestoque las dos puertas poseen el mis-mo potencial, el dispositivo actúacomo si tuviera sólo una.

Debido a que existe una grananalogía entre un dispositivo JFET yun transistor bipolar, muchas fórmu-las que describen el comportamien-to de aquél son adaptaciones delas denominaciones utilizadas en es-te último (tabla 1).

Efecto de campoEl efecto de campo es un fenó-

meno que se puede observar cuan-do a cada zona del semiconductortipo P la rodea una capa de deple-xión (figura 2); la combinación entrelos huecos y los electrones crea lascapas de deplexión.

Cuando los electrones fluyen dela fuente al drenador, deben pasarpor el estrecho canal situado entrela zona semiconductora; la tensiónde la puerta controla el ancho delcanal y la corriente que fluye de lafuente al drenador. Cuanto más ne-gativa sea la tensión, más estrechoserá el canal y menor será la co-rriente del drenador. Casi todos loselectrones libres que pasan a travésdel canal fluyen hacia el drenador;en consecuencia, ID = IS.

Si se considera que se encuentrapolarizada en forma inversa la puer-ta de un JFET, éste actuará como undispositivo controlado por tensión yno como un dispositivo controladopor corriente. En un JFET, la magni-tud de entrada que se controla esla tensión puerta-fuente VGS (figura

3). Los cambios en VGS determinan

cuánta corriente puede circular dela fuente al drenador; esta es la prin-cipal diferencia con el transistor bi-polar, el cual controla la magnitudde la corriente de base (IB).

EL MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO

El FET de semiconductor óxido-metal o MOSFET, está integrado poruna fuente, una puerta y un drena-dor. La característica principal quelo distingue de un JFET, es que supuerta se encuentra aislada eléctri-camente del canal; por esta causa,la corriente de puerta es extrema-damente pequeña en ambas pola-ridades.

Capítulo 7

105

Fig. 1

Transistores de Efecto de Campo

Transistor bipolar Denominación Dispositivo JFET DenominaciónEmisor E Fuente S

Base B Puerta G

Colector C Drenador D

Fig. 2

Un MOSFET de empobrecimientode canal N, también denominadoMOSFET de deplexión, se compone

de un material N con unazona P a la derecha y unapuerta aislada a la izquier-da (figura 4). A través delmaterial N, los electroneslibres pueden circular des-de la fuente hasta el dre-nador; es decir, atraviesanel estrecho canal entra lapuerta y la zona P (esta úl-tima, denominada “sustra-to” o “cuerpo”).

Una delgada capa dedióxido de silicio (SiO2) se

deposita en el lado iz-quierdo del canal. El dióxi-do de silicio aísla la puertadel canal, permitiendo asíla circulación de una co-rriente de puerta mínimaaun y cuando la tensiónde puerta sea positiva.

En el MOSFET de em-pobrecimiento con ten-sión de puerta negativa,la tensión de alimentaciónVDD obliga a los electro-

nes libres a circular de lafuente al drenador; fluyenpor el canal estrecho a laizquierda del sustrato P (fi-gura 5). Como sucede enel JFET, la tensión de puer-ta controla el ancho delcanal.

La capacidad parausar una tensión de com-puerta positiva, es lo queestablece una diferenciaentre un MOSFET de em-pobrecimiento y un JFET.Al estar la puerta de unMOSFET aislada eléctrica-mente del canal, pode-mos aplicarle una tensiónpositiva para incrementarel número de electrones li-bres que viajan por dichoconducto; mientras máspositiva sea la puerta, ma-yor será la corriente quevaya de la fuente al dre-nador.

MOSFET DE

ENRIQUECIMIENTO

Aunque el MOSFET de empobre-cimiento es muy útil en situaciones

especiales (circuitos de carga debatería o control de encendido decamas fluorescentes), no tiene unuso muy extenso; pero sí desempe-ña un papel muy importante en laevolución hacia el MOSFET de enri-quecimiento (tambi n llamado MOS-FET de acumulaci n), que es un dis-positivo que ha revolucionado la in-dustria de la electrónica digital y delas comjputadoras. Sin él no existi-rían computadoras personales, queen la actualidad tienen un uso muyamplio.

En el MOSFET de enriquecimien-to de canal N, el sustrato o cuerpose extiende a lo ancho hasta el dió-xido de silicio; como puede obser-var en la figura 6A, ya no existe unazona N entre la fuente y el drenador.

En la figura 6B se muestra la ten-sión de polarización normal. Cuan-do la tensión de la puerta es nula, laalimentación VDD intenta que los

electrones libres fluyan de la fuenteal drenador; pero el sustrato P sólotiene unos cuantos electrones libresproducidos térmicamente. Apartede estos portadores minoritarios yde alguna fuga superficial, la co-rriente entre la fuente y el drenadores nula.

Por tal motivo, el MOSFET de en-riquecimiento está normalmente encorte cuando la tensión de la puer-ta es cero. Este dato es completa-mente diferente en los dispositivosde empobrecimiento, como es elcaso del JFET y del MOSFET de em-pobrecimiento.

Cuando la puerta es lo suficien-temente positiva, atrae a la región Pelectrones libres que se recombinancon los huecos cercanos al dióxidode silicio. Al ocurrir esto, todos loshuecos próximos al dióxido de siliciodesaparecen y los electrones libresempiezan a circular de la fuente aldrenador.

El efecto es idéntico cuando secrea una capa delgada de mate-rial tipo N próxima al dióxido de sili-cio.

Esta capa conductora se deno-mina «capa de inversión tipo N».Cuando el dispositivo se encuentraen estado de corte y de repenteentra en conducción, los electroneslibres pueden circular fácilmente dela fuente al drenador.


106

Fig. 5

Fig. 3

Fig. 4

La VGS mínima que crea la ca-

pa de inversión tipo N se llama ten-si n umbral (VGS-Th ). Cuando

VGS es menor que VGS-Th, la co-

rriente del drenador es nula; perocuando VGS es mayor que VGS-Th,una capa de inversión tipo N co-necta la fuente al drenador y la co-rriente del drenador es grande. De-pendiendo del dispositivo en parti-cular que se use, VGS-Th puede va-

riar desde menos de 1 hasta más de5 volt.

Los JFET y los MOSFET de empo-brecimiento están clasificados co-mo tales porque su conductividaddepende de la acción de las capasde deplexión. El MOSFET de enrique-cimiento está clasificado como undispositivo de enriquecimiento por-que su conductividad depende dela acción de la capa de inversiónde tipo N. Los dispositivos de empo-brecimiento conducen normalmen-te cuando la tensión de puerta escero, mientras que los dispositivosde enriquecimiento están normal-mente en corte cuando la tensiónde la misma es también cero.

PROTECCI N DE LOS FET S

Como mencionamos anterior-mente, los MOSFET contienen unadelgada capa de dióxido de silicioque es un aislante que impide la co-rriente de puerta para tensiones depuerta tanto positivas como negati-vas. Esta capa de aislamiento se de-be mantener lo más delgada posi-ble, para proporcionar a la puertamayor control sobre la corriente dedrenador. Debido a que la capa de

aislamiento es tan delgada, fácil-mente se puede destruir con unatensión compuerta-fuente excesiva;por ejemplo, un 2N3796 tiene unaVGS MAX de ± 30 volts. Si la tensión

puerta-fuente es más positiva de +30 volts o más negativa de -30 volts,la delgada capa de aislamiento se-rá destruida.

Otra manera en que se destruyela delgada capa de aislamiento, escuando se retira o se inserta unMOSFET en un circuito mientras laalimentación está conectada; lastensiones transitorias causadas porefectos inductivos y otras causas,pueden exceder la limitación deVGS MAX. De esta manera se des-

truirá el MOSFET incluso al tocarlocon las manos, ya que se puede de-positar suficiente carga estáticaque exceda a la VGS MAX. Esta es

la razón por la que los MOSFET fre-cuentemente se empaquetan conun anillo metálico alrededor de losterminales de alimentación.

Muchos MOSFET están protegi-dos con diodos zener internos enparalelo con la puerta y la fuente.La tensión zener es menor que laVGS MAX; en consecuencia, el dio-

do zener entra en la zona de ruptu-ra antes de que se produzca cual-quier daño a la capa de aislamien-to. La desventaja de los diodos ze-ner internos es que reducen la altaresistencia de entrada de los MOS-FET.

Advertimos que los dispositivosMOSFET son delicados y se destru-yen fácilmente; hay que manejarloscuidadosamente. Asimismo, nuncase les debe conectar o desconec-tar mientras la alimentación esté

conectada. Y an-tes de sujetarcualquier disposi-tivo MOSFET, esnecesario conec-tar nuestro cuer-po al chasis delequipo con elque se está tra-bajando; así po-drá eliminarse lacarga electrostá-tica acumuladaen nosotros, a finde evitar posiblesdaños al dispositi-

vo.

FUNCIONAMIENTO DEL

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

Los transistores de efecto decampo (T.E.C o F.E.T), representanuna importante categoría de semi-conductores, que combinan lasventajas de las válvulas de vacío(precursoras en el campo de laelectrónica) con el pequeño tama-ño de los transistores. Poseen unaserie de ventajas con respecto a lostransistores bipolares, las cuales sepueden resumir de la siguiente ma-nera:

- Rigidez mecánica.- Bajo consumo.- Amplificación con muy bajo ni-

vel de distorsión, aun para señalesde RF.

- Bajo ruido.- Fácil de fabricar, ocupa menor

espacio en forma integrada.- Muy alta resistencia de entra-

da (del orden de los 1012 a 1015 ohm).

En cuanto a las desventajas, lostransistores de efecto de campoposeen un pequeño producto ga-nancia-ancho de banda y su costocomparativo con los bipolares equi-valentes es alto. Son muchas las cla-ses de transistores de efecto decampo existentes y se los puedeclasificar según su construcción, entransistores FET de juntura (TEC-J o J-FET) y transistores FET de compuertaaislada (IG-FET). A su vez, los FET decompuerta aislada pueden ser: a)de vaciamiento o estrechamientode canal (lo que genera un canal

Capítulo 7

107

Fig. 6

permanente) y b) de refuerzo o en-sanchamiento de canal (lo que pro-duce un canal inducido).

Los símbolos más utilizados pararepresentar los transistores reciénpresentados aparecen en la figura7.

En los transistores de efecto decampo, el flujo de corriente se con-trola mediante la variación de uncampo eléctrico que queda esta-blecido al aplicar una tensión entreun electrodo de control llamadocompuerta y otro terminal llamadofuente, tal como se muestra en la fi-gura 8.

Analizando la figura, se deduceque es un elemento "unipolar", yaque en él existe un sólo tipo de por-tadores: huecos para canal P yelectrones para canal N, siendo elcanal, la zona comprendida entrelos terminales de compuerta y queda origen al terminal denominado"drenaje". La aplicación de un po-tencial inverso da origen a un cam-po eléctrico asociado que, a su vez,determina la conductividad de laregión y en consecuencia el anchoefectivo del canal, que irá decre-ciendo progresivamente a medidaque aumenta dicha polarizaciónaplicada, tal como puede deducir-se del diagrama de cargas dibuja-do en la misma figura 8.

De esta manera, la corrienteque circulará desde la fuente haciael drenaje, dependerá de la polari-zación inversa aplicada entre lacompuerta y la fuente.

Se pueden levantar curvas ca-racterísticas que expresen la co-rriente circulante en función de latensión entre drenaje y fuente, parauna determinada tensión de polari-zación inversa entre la compuerta yla fuente. Para un transistor J-FET decanal N las características de trans-ferencia y salida son las que se ob-servan en la figura 9.

Del análisis de dichas curvas sur-ge que:

IDSS

ID = _________. (VGS - Vp)2

Vp2

donde:IDSS = Máxima Corriente Estática

de DrenajeVp = Tensión de BloqueoLa expresión dada es válida pa-

ra:

VDS ≥ Vp - VGS

Condición conocida como "decanal saturado".

DETERMINACI N DEL PUNTO

DE TRABAJO EST TICO DEL FET

Para saber cómo se determina

el punto de trabajo estático deltransistor (punto Q), nos valemos delcircuito graficado en la figura 10.

Para dicho circuito, suponemosque los diferentes elementos que lointegran, tienen los siguientes valo-res:

VDD = 12 VRD = 1kΩVGG = 2VIDSS = 10mAVp = - 4V

Del circuito propuesto, recorrien-do la malla de entrada, se deduceque:

VGS + VGG = 0

luego:


108

Fig. 7 Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

VGS = -VGG = -2 V

En condiciones de reposo, la co-rriente de drenaje se calcula:

IDSSIDq = _________ . (VGS - Vp)2

Vp2

reemplazando valores:

10mAIDq = _________ . [(-2V) - (-4V)]2

4V2

IDq = 2,5mA

Para continuar con el cálculo re-corremos la malla de salida, la cualpara simplificar se representa en lafigura 11. De ella resulta:

VDSQ = VDD - IDQ .RD

Reemplazando valores:VDSQ = 12 V - 2,5 mA . 1kΩ = VDSQ = 9,5 V

Para saber si el cálculoes correcto, verificamos lacondición de "canal satura-do", es decir, veremos si eltransistor opera dentro de lacaracterística plana de lascurvas de salida. Para ello, debecumplirse que:

VDS ≥ Vp - VGS

reemplazando valores:

9,5 V ≥ 4 V - 2 V

por lo tanto:

9,5 V ≥ 2V

Lo cual es correcto.

Gráficamente, trazamos la rectade carga estática (R.C.E.) sobre lascaracterísticas de salida y verifica-mos el punto de reposo “Q”, lo cualse verifica en la figura 12.

Un punto de la curva será:

VDS = 0 ; ID = VDD/RDReemplazando valores:

VDS= 0V ; ID =

VDS=12V/1000Ω = 12mA

El otro punto de la recta se cal-cula:

VDS = VDD ; ID = 0

Reemplazando valores:

VDS = 12V ; ID = 0mA

Trazada la recta estática de car-ga, se comprueba que al cortar la

Capítulo 7

109

Fig. 11 Fig. 12

Intercomunicador por la Red Eléctricamisma a la curva de salida paraVGS = -2V, se obtiene IDq = 2,5mA yVDSq = 9,5V.

En principio, podemos de-cir que este circuito es un“timbre portátil”, porque

al ser colocado en una habi-tación, puede ser trasladadoa otro ámbito según los reque-rimientos que se deseen cum-plir, sin tener que instalar ca-bles para su conexión. Laventaja del circuito es que espojsible hacer varios recepto-res que funcionen con un“único” transmisor, o variostransistores que funcionen conun único receptor. Además, sepueden construir dos transmi-sores y dos receptores paraque el sistema funcione comointercomunicador. El dispositi-vo básico entonces, puede

ser considerado como un tim-bre que no precisa cables pa-ra su instalación y está consti-tuido por un pequeño transmi-sor y un simple receptor quefuncionan en una frecuenciade 100kHz.

La señal que genera eltransmisor se conduce haciael receptor a través de los ca-bles de la instalación eléctricade su casa y funciona con labase de la transmisión de se-ñales por medio de una porta-dora que puede ser recepcio-nada por diferentes equiposinstalados en varios puntos dela red. Es por ello, que el circui-to tiene sus limitaciones, en es-pecial se debe conectar el sis-tema de manera tal que lasmasas tanto del transmisor co-mo del receptor queden so-

bre un mismo conductor de lared, de tal manera que co-nectando la ficha sobre el to-ma, simple y llanamente nova a funcionar, por lo cual sedeberá invertir la ficha. Dichode otra manera: si al enchufarel aparato nada capta, la so-lución es invertirlo.

EL CIRCUITO TRANSMISOR

El sistema está formado porun transmisor y un receptor.

El esquema eléctrico deltransmisor se muestra en la fi-gura 1. Está constituido portres transistores y un circuitode alimentación, que no pre-cisa transformador reductor.

En serie con la ficha de co-nexión a la red se conecta el

pulsador P1, de tal maneraque en el momento de accio-narlo, sonará la chicharra delreceptor. El funcionamiento essencillo, al accionar estebotón se aplicará la ten-sión de red al capacitorC5, cuya carga limita latensión que será aplica-da al transmisor. La ten-sión alterna de alimenta-ción es rectificada por losdos diodos DS-3 y DS-4 yse filtra por el capacitorC3.

El diodo zéner DZ1, enparalelo con C3, estabili-za la tensión de alimenta-ción a un valor de 30V. Eltransmisor consiste en unoscilador formado porQ1 y sus componentes asocia-dos, como la bobina JAF1, unaimpedancia de audiofrecuen-

cia de 1mH y dos capacitoresde 4,7nF (C1-C2).

Este circuito genera una fre-cuencia de alrededor de

100kHz, según los valores mos-trados. R2 cumple la funciónde conectar el oscilador con

la masa del sistema.La señal de 100kHz genera-

da por Q1, llegará a las basesde los transistores Q2 y Q3 que

están conectados enpush-pull, y que constitu-yen la etapa amplifica-dora final de potencia.

Los emisores de Q2 yQ3 tienen una señal de100kHz con una amplituddel orden de los 25V picoa pico y por medio de laresistencia R3 y el capa-citor C4, se inserta al ca-ble de la red eléctrica de220V, es decir, que cual-quier receptor conecta-do en la misma instala-ción la puede captar. Elcircuito consume corrien-

te sólo al pulsar el botón P1 ysu valor no llega a los 10mA.Cabe destacar que, si se de-sea transmitir una señal de au-dio, como por ejemplo la vozhumana, en lugar del oscila-dor habrá que conectar unpequeño transmisor de AM delos muchos publicados en Sa-ber Electrónica (Saber Nº 5, Sa-ber Nº 28, etc.), esto reduce sutensión de alimentación pormedio de un regulador zéner yconectará la salida a las basesde Q2 y Q3. Si desea utilizar elaparato sólo como timbre sincable, puede armar el transmi-sor de la figura 1 en una placade circuito impreso como lamostrada en la figura 2.

EL CIRCUITO RECEPTOR


110

Fig. 1

Fig. 2

CIRCUITOARMADO DELTRANSMISOR

En la figura 3 vemos el es-quema eléctrico del receptor,en el mismo se usan dos transis-tores y un integrado CMOS ti-po CD4528.

El circuito se conecta a untoma cualquiera de la corrien-te eléctrica y posee una eta-pa de alimentación formadapor el capacitor C1, la resis-tencia R2 y los dos diodos rec-tificadores DS1-DS2. El capaci-tor electrolítico de filtro C3 y eldiodo zéner DZ1 estabilizan latensión de alimentación en15V.

C2 cumple la función de“captar” la señal de 100kHzgenerada por el transmisor yconducirla hacia la bobina L1.El arrollamiento de L1 está he-cho sobre un núcleo toroidalcomún que tiene un segundoarrollamiento (L2), de forma talque la señal que está en L1pasará inductivamente a L2. Elarrollamiento secundario harásintonía con la frecuencia de100kHz por medio del capaci-tor C5 de 2,2nF.

La función de Q1 es la deamplificar la señal débil queestá en la bobina L2, para apli-carla a la entrada del circuitointegrado por medio de su pa-ta 10. Este integrado CMOS seutiliza para dividir por 20 la se-ñal de 100kHz, por lo tanto ensu salida (pata 3), se verá unafrecuencia audible, que sepuede emplear en la chicha-

rra piezoeléctrica marcada enel esquema eléctrico comoCP1. El transistor Q2 cumple lafunción “squelch”, que quieredecir, que desecha todas lasinterferencias espúreas que es-tán en la línea de red y blo-quea el funcionamiento del in-tegrado divisor que no están

en la línea de los100kHz emitidospor el transistor.

Si va a utilizar elsistema como in-tercomunicadorde voz deberácambiar este es-quema: conecta-rá en paralelocon C6 un recep-tor de AM sintoni-zado a la frecuen-cia del transmisor.Para ello, deberálevantar R4 y de-sechar Q1, IC1,Q2 y todos sus

componentes asociados.Si va a utilizar el sistema co-

mo timbre sin cables, puedearmar el receptor de la figura3 en un circuito impreso comoel mostrado en la figura 4.

Al montar el circuito trans-misor de la figura 1 debe to-mar en cuenta que Q1 y Q2

Capítulo 7

111

Fig. 3

Fig. 4

son dos NPN clase BC237, yque Q3 es un tipo BC328.

Con un osciloscopio, sepuede verificar si entre los dosemisores de Q2 y Q3 y la masa,está la señal presente de ondacuadrada de unos 25V pico apico, de 100kHz.

ATENCION:Los componentes

están conectados a latensión de red de 220Ven forma directa, demodo que no hay quetocarlos para que nosufra una fuerte des-carga eléctrica.

Para armar el re-ceptor, lo primero quehay que efectuar es elarrollamiento alrededor delnúcleo toroidal de las bobinasL1 y L2.

Para efectuar el arrolla-miento se usará cable recu-bierto de plástico, o alambreesmaltado de 1 mm de diá-metro. Para la bobina L1 sedarán 6 vueltas alrededor delnúcleo, para la L2, 16 vueltasalrededor del núcleo. Seaconseja montar IC1 en un zó-calo.

Para verificar el funciona-miento del timbre, se debe co-locar el transmisor en un toma-corriente y el receptor en otro,dentro de una misma habita-ción, luego se aprieta el botónde llamada, y se verifica la re-producción en el piezoeléctri-co del receptor.

Si no se escucha la chicha-rra, invierta la ficha sobre el to-ma y vuelva a repetir la expe-riencia. Si la masa del transmi-sor y la masa del receptor noestán en el mismo cable de lared eléctrica, el circuito no

funcionará, luego si se inviertela ficha (sólo la del receptor)pero el sistema igualmente nofunciona, quiere decir que hayalgún error.

Si se tiene un Generador deBF, para verificar el funciona-

miento del receptor, se puedeaplicar una señal de externade 100kHz de onda cuadradaen paralelo con la bobina L2.Hay que tomar en cuenta queen todo el circuito impreso cir-cula la corriente de red de220V, por lo tanto no se debentocar las pistas con los dedos,luego, girando la sintonía delgenerador llegará un momen-to en que se produzca el zum-bido del traductor piezoeléctri-co. Si el receptor funciona deesta forma, quiere decir que elerror está en el transmisor, porlo cual se deberá verificar sufuncionamiento.

LISTA DE MATERIALES

DEL TRANSMISOR

R1 = 100kΩR2 = 3k3R3 = 47ΩR4 = 1kΩR5 = 10MΩC1, C2 =4,7nF – capacitores de

poliéster

C3 = 100µF x 25V – cap.electrolítico C4 = 47nF x 400V – capacitor de

poliésterC5=330nF x 400V – capacitor de

poliésterD1 a D4 = diodo 1N4007 diodos rec-

tificadoresDZ1 = diodo zener de 30V x 1

wattJAF1 = impedancia de 1mHQ1 =NPN tipo BC237 o BC548Q2 =NPN tipo BC237 o BC548Q3 =PNP tipo BC328 o BC558S1 = pulsador normal abierto

LISTA DE MATERIALES

DEL RECEPTOR

R1 = 10MΩR2 = 1kΩ

R3 = 47ΩR4 = 3k3R5 = 330kΩR6 = 10kΩR7 = 120kΩR8 = 100kΩR9 = 27kΩR10 = 22kΩC1, C6, C7, C8 = 0,1µF - capacitores

cerámicosC2 = 47nF – capacitor de poliésterC3 = 47µF x 25V – cap. electrolíticoC4 = 4,7nF – capacitor cerámicoC5 = 2,2nF – capacitor cerámicoD1, D2 = 1N4007 – diodos rectifi-

cadoresDZ1 = diodo zéner de 15V por 1WL1, L2 = ver textoQ1, Q2 = BC548 – transistores NPN

de uso generalIC1 = CD4520 – Circuito integrado

CMOS divisor por 10.Tr = Transductor piezoléctrico

VariosPlacas de circuito impreso,

gabinetes para el montaje, cablesde conexión, fichas para 220V,estaño, etc. **********************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos de edi-ción semanal, preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la co-laboración de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electró-nica internacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por Leopol-do Parra, Felipe Orozco, Horacio Vallejo y Oscar Montoya Figueroa.


CIRCUITOARMADO DEL

RECEPTOR



SSAABBEERR



Instrumentos para Corriente ContinuaInstrumentos para Corriente Continua


INDICE DEL

CAPITULO 8INSTRUMENTOS PARA CORRIENTE CONTINUA Instrumentos analógicos . . . . . . . . . . . . . .115Funcionamiento de algunos instrumentos analógicos . . . . . . . . . . . . . .117Empleo como amperímetro . . . . . . . . . . .117Empleo como voltímetro . . . . . . . . . . . . . .118Ohms por volt en los voltímetros de continua . . . . . . . . . . . . . . .118Causas de errores en las mediciones . . . .118Las puntas de prueba . . . . . . . . . . . . . . . .120Puntas pasivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120Puntas activas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

MEDICIONES EN CIRCUITOS TRANSISTORIZADOSa) apertura de los circuitos de polarización . . . .122b) apertura de los elementos del transistor . .122c) entrada en corto de los elementos del transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122

d) entrada en corto de elementos de acoplamiento de la etapa . . . . . . . . . . . . . .123

EL SURGIMIENTO DE LA TVQué es la televisión . . . . . . . . . . . . . . . . . .124El televisor despliega señales eléctricas . . . .125Orígenes de la televisión . . . . . . . . . . . . . . . .125Se establecen los formatos . . . . . . . . . . . . . .126Cómo se convierte la imagen en señales eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127La señal de video compuesto . . . . . . . . . . . .127

FUENTE DE ALIMENTACIÓN CON CONTROL DE SOBRECARGA . . . . . . . . . . . .128





INSTRUMENTOS ANAL GICOS

Un instrumento analógico nonecesita alimentación, exceptoen la medida de resistencias, porlo que tranquilamente podemosmedir volt (normalmente deci-mos voltios) o ampere (solemosdecir amperes) sin problemas.

En el caso de las pinzas ampe-rométricas, con las cuales se mi-de la intensidad de C.A. en unconductor, especialmente enambientes industriales, la corrien-te en estos casos fluctúa conti-nuamente y es más fácil apreciarlas variaciones en un instrumentocon aguja, mientras que uno di-gital nos muestra una sucesión decifras que varían continuamente.

Por otra parte, debemos consi-derar los métodos de mediciónpor oposición que comprendenlos puentes de Wheatstone y lospotenciómetros.

Comencemos por los instru-mentos de aguja. El movimientode la misma se produce utilizan-do distintos efectos de la corrien-te eléctrica. Según el efecto em-pleado para producir dicho mo-vimiento, pueden los voltímetrosy amperímetros de indicación di-recta dividirse en los siguientesgrupos:

a) Instrumentos fundados en losefectos magn ticos de la corrien-te: de bobina m vil, de hierro m -vil.

b) Instrumentos fundados enlos efectos t rmicos de la corrien-te: instrumentos t rmicos.

c) Instrumentos basados en losefectos electrodin micos de la co-rriente: electrodinam metros.

d) Instrumentos electrost ticos:volt metros electrost ticos.

Con excepción de los mencio-nados en (d), todos los demás ti-pos de instrumentos pueden ser-

vir indistintamente para hacermedidas de tensión o de intensi-dad, ya que, en general, la medi-da de tensión se reduce a la me-dida de una corriente proporcio-nal a ella.

a) Los detalles de construcción,especialmente en lo que respec-ta a la suspensión y amortigua-ción son similares entre los distin-tos tipos de instrumento. Por ellodescribiremos con más detalle alos instrumentos de bobina móvil,éstos poseen una bobina en for-ma de cuadro rectangular, Fig. 1,el que puede ser de aluminio ode algún material aislante, quegeneralmente se encuentra so-portada por dos ejes que giransobre pivotes de acero duro o,en muchos casos, sobre piedraspreciosas, por ej. zafiro. Sobre losejes hay dos resortes, uno en ca-da uno, conectados en formaantagónica, que sirven paramantener el cero, suministran lafuerza necesaria para volver a suposición de reposo al interrumpir-se el paso de la corriente y estánconectados a los extremos de labobina móvil. Esta bobina se en-cuentra sumergida en el campomagnético proporcionado porun imán permanente. La reac-ción entre este campo perma-nente y el creado por el paso decorriente por la bobina móvil, ha-cen que esta última gire y conella una aguja que indicará so-bre una escala, la que se puedecalibrar en términos de cualquierparámetro que sea proporcionala la corriente, amperes, voltios,ohms, temperatura, etc.

Otra forma de montaje de labobina móvil es por medio deuna cinta, la que cumple la mis-ma función que el conjunto deejes y resortes, Fig. 2, y tiene laventaja de eliminar el rozamientoentre los ejes y los pivotes, aun-que a cuenta de una fragilidad

algo mayor en el sistema mecá-nico, por lo cual generalmente selo usa en instrumentos de labora-torio de alta precisión.

Dentro de esta categoría de-bemos considerar los instrumen-tos de hierro móvil, en lugar deuna bobina que gira, el sistemaconsta de dos chapas de hierrodulce, las que en ausencia decorriente se encuentran muy pró-ximas entre sí, y son imantadas almismo tiempo por la acción deuna bobina que las rodea. Unade las chapas se encuentra fija yla otra puede girar sobre un eje,con una aguja adosada a él, ycon un montaje mecánico similaral de bobina móvil. Cuando cir-cula corriente en la bobina querodea a ambas chapitas, éstas

Capítulo 8

115

Capítulo 8

Instrumentos Para Corriente Continua

Fig. 1

Fig. 2

se imantan y se repelen en un án-gulo proporcional a la corriente.Fig. 3.

Todos los sistemas móviles po-seen inercia, y cuando deflexio-nan, hasta un lugar determinado,por inercia siguen un poco más yluego retroceden algo, y así osci-lan un tiempo, lo que dificulta lasmediciones, ya que hay que es-perar hasta que estas oscilacio-nes se amortigüen. Para disminuireste inconveniente, estos siste-mas se proveen de un amorti-guamiento artificial. Este amorti-guamiento debe ser tanto másefectivo cuanto mayor sea la ve-locidad del movimiento, pero de-be anularse cuando el sistema seencuentra en reposo. Esto es ne-cesario para impedir que elamortiguamiento se oponga apequeños movimientos lentos, yaque, en este caso, la sensibilidaddel instrumento para pequeñasvariaciones resultaría perjudica-da. Se consigue un amortigua-miento dinámico por alguno delos siguiente métodos: por co-rrientes de Foucault y por cáma-ra de aire. En el primer caso, laforma más práctica de obtenerel amortiguamiento es bobinan-do a la bobina móvil sobre unaforma de aluminio.

Esta constituye una espira encortocircuito, y en ella se induceuna corriente que se opone almovimiento.

En el amortiguador por cámarade aire, Fig. 4, una paleta de alu-minio muy liviana se encuentraadosada al eje, por medio de unbrazo, y corre dentro de un tubocurvado con un muy pequeñoespacio entre la paleta y el tubo,la viscosidad del aire produce ro-zamiento cuando la paleta semueve y es así como se amorti-gua el movimiento.

b) Los instrumentos tér-micos utilizan la dilata-ción que se produce enun hilo metálico por elpaso de corriente. Si bienactualmente han caídoen desuso, no está de-más una breve descrip-ción de su funcionamien-to. Fig. 5. Un instrumentotípico de esta clase, y debuena calidad, poseíaun hilo de platino-iridio de0.06 mm de diámetro yunos 16 cm de longitud.Aproximadamente, en elmedio de este hilo Hp, só-lidamente fijado en susextremos, va unido otrode latón de unos 10 cmde longitud y 0.05 mm dediámetro, cuyo otro ex-tremo es igualmente fijo.Del centro de este hiloparte un tercero de ma-terial aislante que, pa-sando por una pequeñapolea termina en un re-sorte r; éste mantiene entensión el sistema de hi-los. Al pasar corriente por Hp, localienta y produce su dilatación,esto hace que la polea gire. Sueje, y la aguja solidaria con éste,está sostenido por pivotes y giraen éstos. El tornillo t sirve paraajustar el cero.

Una ventaja que tiene este tipode instrumentos es que puedenusarse con continua y con alter-na, la calibración es la misma pa-ra ambos tipos de corriente.

c) Instrumentos electrodinámi-cos. Con el nombre de efectoselectrodinámicos se designa,principalmente, la fuerza deatracción o repulsión que ejer-cen mutuamente los conducto-res paralelos, al ser atravesadospor corrientes de sentidos igualesu opuestos. Los instrumentosconstruidos, fundándose en esteprincipio, se denominan tambiénelectrodinamómetros y se apli-can lo mismo como amperíme-tros que como voltímetros; sinembargo, la aplicación más co-rriente del principio electrodiná-mico tiene lugar en los vatíme-tros. Esencialmente constan deuna bobina fija A y de una móvil

B, que puede girar alrededor deun eje vertical. Fig. 6.

Estas bobinas son generalmen-te de construcción diferente, enlo que respecta a la sección delalambre y a la cantidad de espi-ras de cada una.

El sistema móvil debe ser de po-co peso, por lo tanto no puedeser de alambre grueso, la corrien-te que por ella circula oscila en-tre los 20 y los 500 mA, y su com-binación con la bobina fija de-pende de que el instrumento seaun voltímetro, un amperímetro oun vatímetro. La bobina fija pue-de construirse para una corrienteque varía entre algunas décimas

Instrumentos Electrónicos

116

Fig. 3

Fig. 6

Fig. 4

Fig. 5

de ampere hasta varias décadas.Los instrumentos de este tipo sonmuy precisos y, los de buena cali-dad, se entregan con una curvade error en función de la tempe-ratura y con especificaciones pre-cisas en lo que se refiere a las con-diciones de uso. La potencia con-sumida por este tipo de instrumen-to es sensiblemente mayor que lade los tipos anteriores.

d) Los instrumentos electrostáti-cos se fundan como su nombreindica, en la atracción o repul-sión de cantidades de electrici-dad estática, y pueden emplear-se, por tanto, en medidas de ten-sión. En relación a los voltímetrosdescriptos hasta ahora tienen laventaja de que la corriente ab-sorbida por ellos es prácticamen-te nula en continua y muy pe-queña en alternada. Como lafuerza desarrollada es muy bajapueden usarse a partir de tensio-nes relativamente altas, 200-300V, en cambio su límite superiores muy alto y puede llegar al mi-llón de voltios.

Una implementación prácticade este tipo de instrumento sepuede apreciar, en forma esque-mática, en la Fig. 7. Consta dedos placas paralelas C, limitadaspor las curvas b, c, d, e, f, g, uni-das entre sí mecánica y eléctri-camente; en general se designaal conjunto de las dos como cá-mara. Entre estas dos placas pue-de oscilar la aguja metálica A,bien aislada de aquéllas. Uno delos polos de la tensión a medir seune a la cámara y el otro a laaguja. Esta será atraída electros-táticamente por las placas y, portanto, su movimiento será haciael interior de la cámara. La formaespecial de las láminas de la cá-mara permite una deflexión linealde la aguja.

FUNCIONAMIENTO DE

ALGUNOS INSTRUMEN-TOS

ANAL GICOS

Veremos con másdetalle el funciona-miento y la utilizaciónde los instrumentos debobina móvil. El fun-cionamiento de éstosse funda en el hecho

de que un conductor recorridopor una corriente, cuando se en-cuentra dentro de un campomagnético sufre una desviación.El sentido de la fuerza producidapor esta desviación es siempreperpendicular a la dirección dela líneas de fuerza del campo ydepende de las direcciones deéste y de la corriente. La magni-tud de la fuerza es proporcional ala intensidad de la corriente, a ladel campo magnético y a la lon-gitud del conductor. Si por las es-piras de la bobina pasa una co-rriente Ig tenderá a desviarse, acausa de un par de giro electro-magnético, cuya magnitud esproporcional a la intensidad I, M1= C1 . I1

El factor de proporcionalidadC1 depende del número de espi-ras de la bobina, de sus dimensio-nes y de la intensidad del campomagnético, siendo, por consi-guiente constante. Bajo la in-fluencia de este par de giro labobina se desplaza, y se ponenen tensión, al mismo tiempo, losdos resortes. Igualmente la reac-ción de los resortes crece cuan-do aumenta el ángulo de giro dela bobina, giro que continúa has-ta que se produzca el equilibrioentre el par M1 y el par antago-nista de los resortes. Este último esproporcional al ángulo de giro a,es decir, M2 = C2 . α, en donde laconstante C2 solamente depen-de de las dimensiones de los re-sortes. En estado de equilibrio setiene, en resumen:

M1 = M2, o bien, C1 . Ig = C2 . α

De donde se deduce que:

Ig = C2 . α / C = K . α

Es decir, la desviación α de laaguja es proporcional a la inten-sidad de la corriente que pasapor la bobina móvil. El factor K deproporcionalidad depende sólode la construcción del instrumen-to y recibe el nombre de cons-tante del instrumento. Debido ala proporcionalidad entre la in-tensidad Ig y el ángulo de desvia-ción de la aguja α, la escala llevauna graduación completamenteuniforme. A consecuencia de ladependencia existente entre elsentido de la desviación de laaguja y la dirección de la corrien-te, los instrumentos de bobinamóvil son sólo utilizables para co-rriente continua. El amortigua-miento se consigue por mediodel mismo bastidor de aluminio,que puede considerarse una es-pira en cortocircuito en la que seinduce una intensa corrientecuando se mueve dentro de uncampo magnético.

El peso del sistema móvil debeser lo más reducido posible, locual exige que el diámetro delalambre, arrollado sobre la formade la bobina móvil, y la secciónde los resortes sean asimismo muypequeños. Es por esto que la co-rriente que puede manejar uninstrumento de este tipo es comomáximo de unos pocos miliam-peres, alrededor de 50-100mAcomo máximo. Por otra partecuanto mayor es la cantidad devueltas del alambre de la bobinamóvil, más sensible es el instru-mento, pero al aumentar lasvueltas y al mismo tiempo dismi-nuir la sección del alambre, la re-sistencia de la bobina móvil au-menta. Los instrumentos cuya bo-bina móvil está confeccionadacon pocas vueltas de alambregrueso se usan preferentementecomo amperímetros, los que sonmás sensibles conviene utilizarloscomo voltímetros.

EMPLEO COMO AMPERŒMETRO

Cuando la corriente que debemedirse es mayor que el alcancedel instrumento, es necesario queel exceso de corriente se derivepor otro camino, para ello se co-loca una resistencia en paralelo

Capítulo 8

117

Fig. 7

con la bobina móvil. El valor de lamisma se calcula de modo quela corriente total que circula seaun múltiplo entero de, por ejem-plo, 10, de modo que se puedausar la misma escala para distin-tos rangos de medida. Corriente-mente a esta resistencia se la de-nomina shunt.

El cálculo del mismo puede ha-cerse de la siguiente manera: lacaída de tensión en la bobinamóvil es la misma que se produ-ce en el shunt, ya que ambos es-tán en paralelo, Fig. 8. Suponga-mos que deseamos calcular elshunt para medir una corriente I,por la resistencia Rg de la bobinamóvil circula la corriente Ig, luegopor la resistencia del shunt Rsh,circulará la corriente diferencia I -Ig. Como la caída es igual enambas tenemos:

Ig . Rg = (I - Ig) . Rsh [1]

Supongamos que deseamosimplementar un amperímetrocon alcance máximo de 1 am-pere, utilizando un miliamperíme-tro de 1mA de sensibilidad y 50ohms de resistencia interna. De lafórmula [1] deducimos el valordel shunt: R, = I R/(I - I) [2]. Reem-plazando en [2], obtenemos:

Rsh = 0,001 . 50/(1-0,001) = = 0,05/0,999 = 0.05005Ω = Rsh = 0,05Ω.

Al colocar un shunt a un instru-mento de bobina móvil, la resis-tencia resultante de la combina-ción se reduce considerable-mente, lo que ocasiona una me-nor caída de tensión sobre el ins-

trumento.EMPLEO COMO VOLTŒMETRO

Cuando por las espiras de labobina móvil circula una corrien-te Ig, existe entre sus extremosuna caída de tensión, o sea, quepor ley de Ohm, la corriente cir-culante es proporcional a la ten-sión, luego podemos graduar laescala del miliamperímetro envoltios. En el ejemplo anterior, elinstrumento es de 1mA a plenaescala y tiene una resistencia in-terna R = 50Ω. Luego, por ley deOhm la caída de tensión es de:

0,001 . 50 = 0,050V = 50mV

Si queremos medir tensionesmayores debemos aumentar elalcance mediante resistenciasen serie, Fig. 9. Supongamos quequeremos medir tensiones dehasta 100V. Como el alcance delinstrumento es de 1mA, el valorde la resistencia serie debe ser talque con 100V aplicados, la co-rriente no sobrepase el mA. Estevalor se calcula muy simplemen-te aplicando la ley de Ohm, R =E/I, sustituyendo, tenemos:

100/ 0,001 = 100.000Ω

En realidad ésta debe ser la re-sistencia total o sea la suma de laresistencia interna más la resisten-cia externa. En este ejemplo estono tiene importancia ya que 50Ωes un porcentaje muy pequeñofrente a 100kΩ.

Los voltímetros de c.c., corrien-temente usados en electrónica,emplean según los casos instru-mentos de 10µA hasta 10mA. Unvalor común en la actualidad es50µA. En cambio, en los patronesde laboratorio se usan los de va-rios miliamperes, generalmente10 por razones de robustez y esta-bilidad de calibración.

OHMS POR VOLT EN LOS

VOLTŒMETROS DE CONTINUA

Es el valor que se obtiene divi-diendo 1 volt por la corriente aplena escala, en amperes, delinstrumento utilizado; y configurauna manera de expresar la sensi-

bilidad y facilita la comparaciónentre distintos instrumentos. Porejemplo; una instrumento de0,001A a plena escala es de

1V / 0,001A = 1000Ω.V

Uno de 50µA, permite construirun voltímetro de 20.000Ω.V, yaque:

1V /0,00005A = 20.000Ω.V

CAUSAS DE ERRORES

EN LAS MEDICIONES

Los amperímetros se conectanen serie con la corriente a medir,esta corriente al circular por labobina móvil, con o sin shunt,ocasiona una caída de tensión, ysolemos dar por descontado queel amperímetro no produce nin-guna perturbación en el circuito,o sea, que al retirar el amperíme-tro, la corriente es igual a la quecirculaba cuando el mismo seencontraba intercalado. Muchasveces esto es cierto, pero en de-terminadas circunstancias, estacaída puede modificar algún pa-rámetro del circuito que se midey lo que conseguimos es un resul-tado erróneo; esta alteración deintensidad ocasionada por el ins-trumento suele llamarse error deinserción del mismo. Por ejemplo,supongamos que deseamos me-dir la corriente de emisor de unamplificador de audio de ciertapotencia, la resistencia de emisorpuede ser de 0,1Ω, si colocamosel amperímetro que usamos co-mo ejemplo anteriormente, elque posee una resistencia inter-na de 0,05Ω, la resistencia deemisor será ahora de 0,15Ω, estaes una variación del 50%, y segu-ramente modificará el funciona-miento del circuito cuya corrien-te deseamos medir (Fig. 10). Estemismo problema se presenta conlos amperímetros digitales.

En el caso de los voltímetros, lacausa principal de error reside enla resistencia interna de la fuenteque se mide. Al hablar de fuen-te, no nos referimos a una fuentede alimentación convencional,sino que consideramos fuente ogenerador a cualquier punto de


118

Fig. 8

Fig. 9

un circuito. Si representamos di-cho punto de un circuito comoun generador ideal de tensión,con una fuerza electromotriz E ya su resistencia interna Rt conuna resistencia exterior, nos serámás fácil visualizar la causa delerror y podremos calcular sumagnitud (Fig. 11). Veamos; elobjetivo normal de una mediciónde tensión es hallar E, la que novaría con la corriente circulante I,pero como los terminales exter-nos del generador son AB no esposible conectar un voltímetrosobre E, de modo que la únicamedida posible es la tensión exis-tente entre los terminales accesi-bles AB. Esto nos da V, podremosdeducir E si conocemos la ca dade potencial sobre Rt.

Supongamos que queremosdeterminar la resistencia internade un circuito de corriente conti-nua. Lo podemos hacer median-te dos sencillas mediciones conun voltímetro de continua, el quedeberá tener una resistencia in-terna muy elevada, de modo deno cargar al circuito cuya Rt de-seamos medir, o sea que debe

ser un instrumento de muchosohms/volt. Para ello armamos elcircuito de la figura 12, éste es si-milar al de la figura 11, con elagregado de una resistencia decarga R, la que se puede conec-tar y desconectar con la LL1; elconsumo de esta carga debe serentre la mitad y el total de lo quepuede dar el generador o circui-to, cuya resistencia interna que-remos averiguar.

Primero con la LL1 abierta elvoltímetro indicará un valor cer-cano al verdadero E, llamaremosa este valor V1. Segundo con LL1cerrada obtenemos V2.

Aplicamos la siguiente fórmula:

V1 - V2 Rt = R ------------- [3]

V2Veamos un ejemplo: Suponga-

mos que V1 = 12 V, usamos parala medición un voltímetro de20.000 ohm/volt, en el rango de50V, su resistencia interna será de1MΩ, lo bastante alta como paraser despreciable en este caso.Luego con R = 2200Ω y cerrandola llave leemos V2 = 10,5V.

Aplicando [3] tenemos:

R = 2200 . (12-10.5) /10,5 = R = 314,3Ω

El campo de medidas en elec-trónica es muy amplio, por lo quees imposible que un voltímetrocon una sola escala pueda servirpara todo. Es por ello que los vol-tímetros tienen la posibilidad decambiar su alcance de modo depoder leer en el tercio superior dela escala, ya que esta es la zonadonde los instrumentos de bobi-na móvil tienen el menor error.Para ello, lo que hay que haceres cambiar el valor de la resisten-cia en serie, los valores se eligende modo que una misma escalasirva para rangos distintos, peroque se encuentran relacionadospor factores fijos, generalmentedecimales. Por ejemplo: una es-cala numerada del 0 al 100, sepuede utilizar para los rangos de1, 10 100 y 1.000V. Lo mismo paraotra que se extienda desde el 0hasta, por ejemplo, el 300. Se po-dría usar para 3, 30 y 300V.

Es menester tener en cuenta

que la exactitud del voltímetro,además de las característicaspropias de la bobina móvil, de-penderá exclusivamente de lasresistencias multiplicadoras. Estasdeberán ser muy estables, preferi-blemente de alambre, debida-mente calibradas y ajustadas. Pa-ra los rangos más altos se suelenusar varias de valor inferior en se-rie de modo de repartir la diferen-cia de potencial entre varias. Co-mo el costo de las resistencias deprecisión de alambre es muy alto,comparado con las de películametálica depositada, aquéllas sejustifican solamente en el caso deinstrumentos de muy buena cali-dad.

Si bien el cambio de rango enlos voltímetros es sencillo, cuandose trata de cambiar el alcancede un amperímetro medianteuna llave, debemos tener encuenta que la variación de la re-sistencia de los shunts es tantomás baja cuanto mayor es el fac-tor en que se amplifica la escala.En el caso de la figura 13, la resis-tencia de contacto queda en se-rie con los shunts y con el tiempova a variar, esta variación se re-fleja en una variación en el valordel shunt lo que a su vez ocasio-na un cambio en la lectura delamperímetro.

En el caso de la figura 14, sibien la sección a de la llave se-lectora queda en serie con el cir-cuito externo, la sección b con-muta al miliamperímetro sobre losdistintos shunts, y, en este casocomo la resistencia de contactode la sección b está en serie conla bobina móvil y la resistencia in-terna de ésta es mucho mayor; lavariación en el tiempo de la resis-tencia de contacto de la secciónb no tiene importancia alguna.

Hace un momento calculamosel valor de un shunt y obtuvimospara el mismo un valor de 0,05Ω.Las resistencias de contacto deuna llave, pueden variar en unmomento dado entre 0,001Ω y0,1Ω, vemos que estos valores noson despreciables frente al delshunt, además varían en formaerrática según el estado de loscontactos, el tipo de metales,presión mecánica, oxidación,etc. Por eso es que no debe utili-

Capítulo 8

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Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

zarse jamás una llave común pa-ra conmutar resistencias de valormuy bajo.

LAS PUNTAS DE PRUEBA

Un osciloscopio, al menos teóri-camente, nos permite visualizarlo que sucede en un circuito.Ahora bien, esto presupone queal conectar el osciloscopio a unpunto de un circuito, no cambiala forma de onda en dicho pun-to. Para minimizar los efectos decarga, los osciloscopios se dise-ñan con una impedancia de en-trada alta. El valor normalizadoes de 1MΩ en paralelo con unacapacidad que oscila entre los20 - 30pF.

Mientras se trabaja en frecuen-cias industriales y aún dentro delrango de audio, en general la im-pedancia de esta resistencia ycapacidad en paralelo es lo bas-tante alta como para no pertur-bar el funcionamiento de un cir-cuito, excepto en algún caso es-pecial. Ahora bien, esta alta im-pedancia existe en la entradadel osciloscopio, de modo quenecesitamos algún tipo de cone-xión entre el circuito, cuyo com-portamiento deseamos exami-nar, y el instrumento. Una cone-

xión de tipo directo es difícil, in-cómoda y casi siempre imposi-ble. Señales no muy débiles ydesde una fuente de baja impe-dancia pueden examinarse lle-vándola al osciloscopio con doscables retorcidos y, sino, con uncable blindado cualquiera, paraeliminar la captación de señalesespúreas y/o zumbido.

Un cable blindado de un metroo metro y medio es normalmentesuficiente y tendrá una capaci-dad de alrededor de 100pF/m.Sumemos a esta capacidad la in-terna del instrumento y tendre-mos para un cable de un metrouna capacidad total de 130pF.Ahora bien a una frecuencia de1MHz, la reactancia de dicha ca-pacidad es de: 1.224 ohm. Demodo que la alta impedanciaque nosotros suponíamos tener,se ha visto reducida a poco másde 1.200Ω, y este valor no puedeconsiderarse alta impedanciapor más buena voluntad e imagi-nación que pongamos.

Esta es una de las razones porla cual, muchas veces, sacamosconclusiones erróneas de unamedición. Esto se aplica no sola-mente a los osciloscopios sinotambién a los frecuencímetros, escomún que se aplique la punta aun cristal para medir su frecuen-cia, la capacidad parásita sacael cristal de frecuencia y otra veztenemos una medición incorrec-ta y conclusiones equivocadas,las que nos hacen perder untiempo valioso. Veremos ahoracómo, sino eliminar, por lo menosdisminuir la magnitud de estascapacidades parásitas que, endefinitiva, son las que ocasionantodos los problemas. Esto se con-sigue con la puntas de pruebadebidamente diseñadas y ajusta-das. Existen dos grupos: las pun-tas pasivas y las puntas activas.Veamos las primeras.

PUNTAS PASIVAS

Son las puntas divisoras por diez,que acompañan a los oscilosco-pios, y suelen tener un código quedice x 10 y x 1. Estos son los índicesde atenuación. En la posición x 1es una conexión directa, la dife-

rencia con lo anterior es que elcable que se usa es de baja ca-pacidad, comparado con el coa-xial común, tal vez en una longi-tud de un metro y medio tenga40-60pF, a los que se debe sumarlos de entrada. Se está en mejorescondiciones que antes, pero muylejos de las ideales. En la otra posi-ción: x 10, se intercala un atenua-dor RC (figura 15). Esto aumentala impedancia de entrada a10MΩ y la capacidad disminuye a10pF. Tampoco es lo ideal pero es-tamos mucho mejor que con unsimple cable blindado, pero estono es gratis, ya que el precio quedebemos pagar es una pérdidade sensibilidad de 10 veces. Nor-malmente para trabajar en videoy televisión esto no es problema,ya que las señales son, por lo me-nos, de algunas décimas de volt,y al atenuarlas 10 veces, aún que-da bastante sensibilidad comopara una medición correcta. Peroes un factor a tener en cuenta. Elatenuador de entrada de un osci-loscopio está ajustado, de modode presentar una capacidadconstante en su entrada paracualquier posición de la llave ate-nuadora. Es por eso que una vezajustada la punta pasiva en unrango, su calibración es válidapara todos los rangos del oscilos-copio. En el caso de que sea undoble haz será conveniente teneruna punta para cada canal, yaque es poco probable que la im-pedancia de entrada sea idénti-ca en ambos canales. Ya que laresistencia de entrada es de 1MΩ,para atenuar 10 veces la resisten-cia de la punta debe ser de 9MΩ,y la capacidad debe ser 9 vecesmenor que la combinada de en-trada más la del cable. Como noes fácil medirla, se coloca un tri-mer en paralelo con la resistenciade 9MΩ y se ajusta del modo queveremos luego. Si bien esta com-binación de RC es la que da lamenor capacidad de entrada,tiene el inconveniente de que9/10 de la tensión de entrada caesobre el trimer, y los trimers moder-nos, de pequeño tamaño, no to-leran demasiada tensión.

Para disminuir la tensión sobre elcapacitor que se encuentra en lapunta, se modifica la ubicación


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Fig. 13

Fig. 14

del trimer, y se lo coloca junto a laentrada del osciloscopio (figura16). De este modo la tensión sobreel trimer se ve reducida a la déci-ma parte.

Otro factor a tener en cuenta esque una punta pasiva debe estarcorrectamente ajustada, ya quede no ser así nos dará resultadoscompletamente equivocados.

Para poder ajus-tar una punta deeste tipo necesita-mos, aparte del os-ciloscopio, un ge-nerador de ondascuadradas o depulsos. Si no lo tene-mos, podemos im-provisar uno muyfácilmente, con un555 (figura 17). Estees un osciladorque trabaja en unafrecuencia de alre-dedor de 4.000Hz,sirve cualquier valorentre 2 y 6kHz. Elúnico detalle a te-

ner en cuenta es que el potenció-metro de salida debe tener un va-lor bajo, menos de 1.000 ohm. Sino se tiene a mano puede substi-tuirse por una cadena de 4 resisto-res de 56, 68 u 82Ω cada una, conlo que se tendrá baja impedanciade salida con derivaciones fijas.

El trimer deberá ajustarse demodo de ver una señal igual a la

de la entrada, sólo que atenuada10 veces. En las figuras 18 y 19 he-mos ilustrado una simulación he-cha con el Pspice, podemos ob-servar el caso de CT de un valormayor o menor que el óptimo.Mientras que un divisor pasivo x10reduce en buena medida losefectos de carga sobre un circui-to cuando se lo compara conuna longitud similar de cable blin-dado, su efecto en altas frecuen-cias no es despreciable. En la figu-ra 20 tenemos el resultado de otrasimulación de la impedancia deentrada de una punta con 9MΩen paralelo con 10pF. No se apre-cia en el gráfico, pero la impe-dancia a 100MHz es de 180Ω. Elúnico modo de evitar este fenó-meno es con las:

PUNTAS ACTIVAS

Estas intercalan, entre la puntapropiamente dicha y el cableque va al osciloscopio, un ampli-ficador de banda ancha. Este

Capítulo 8

121

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

puede ser, en el caso más senci-llo un simple seguidor de fuente o,en el caso de puntas de calidad,están hechas con elementos dis-cretos y amplifican 10 veces. Tam-bién se puede implementar conun FET a la entrada y un operacio-nal adecuado para manejar lacapacidad del cable más la delosciloscopio.

En la actualidad se fabrican

a m p l i f i c a d o r e soperacionales dehasta 400MHz deancho de banda,aunque bueno esdecirlo, estas exqui-siteces no se consi-guen en el país yademás son bas-

tante caras.Como nosotros no tenemos tan-

tas pretenciones –ni pesos– pode-mos hacer una punta activa muysimple y económica porque, sibien no amplifica, su atenuaciónserá poca, alrededor de un 30%.El circuito se ve en la figura 21. Tie-ne un FET de entrada y un segui-dor de emisor a la salida. Puedealimentarse con cualquier tensión

entre 6 y 12V, una batería de 9V esideal. Hay que poner especial cui-dado en utilizar elementos de po-co tamaño en la entrada y quetodo sea muy compacto, para re-ducir los pF de entrada, porqueen cuanto uno se descuida cre-cen muy rápido. La ventaja de es-ta simple punta sobre la pasiva esque en ésta con 1V de entradanos da 100mV de salida y en laactiva con 1 volt de entrada te-nemos alrededor de 0.7V a la sali-da. Una limitación de esta puntaactiva es que es útil solamentepara señales de menos de 1V, pe-ro esto no es una gran limitación,ya que es en la medida de pe-queñas señales donde la pasiva,con la atenuación que tiene,


122

Fig. 21

Mediciones en Circuitos Transistorizadospuede impedirnos hacer unamedición.

Cuando un transistor seencuentra en perfec-tas condiciones en una

etapa amplificadora, oscila-dora o ejerciendo otra fun-ción, deben existir en sus ter-minales tensiones bien defini-das. El ejemplo más comúnes la etapa de emisor-com nque se ve en la figura 1, queaparece en mayor cantidad enlos equipos transistorizados.

Teniendo en cuenta los senti-dos de circulación de la corrien-te y la barrera de potencial entrela base y el emisor, podemos es-tablecer con facilidad los valoresde las tensiones que deben ha-llarse, por ejemplo, en un transis-tor NPN.

La corriente debe fluir de labase hacia el emisor, de modoque la tensión debe ser mayoren la base que en el emisor. Ladiferencia de valor está dadapor el tipo de material semicon-ductor del transistor. La tensiónestará entre 0,2 y 0,3V para lostransistores de germanio y entre0,6 y 0,7V para los de silicio.

Igualmente, la corriente prin-cipal fluye del colector hacia elemisor, de manera que se tienenun potencial mayor en el colec-

tor que el de base y tambiénmayor que en el emisor.

Los valores típicos están entre0,7V y la tensión de alimenta-ción, según el circuito de la figu-ra 2. Para un transistor PNP, elsentido de circulación de la co-rriente es el opuesto, de modoque las tensiones serán como seve en la figura 3.

Para establecer las tensionesen los elementos de un transistorde manera de obtener las co-rrientes en los sentidos deseados,usamos circuitos exter-nos de polarización.Esos circuitos puedenarmarse con resistoreso hasta pueden apro-vecharse elementosde acoplamiento, co-mo ser los bobinadosde los transformado-res.

Una falla en los ele-

mentos de polarización inducealteraciones de las tensiones deltransistor y lo mismo ocurre si eltransistor internamente sufre al-gún problema. Entonces pue-den presentarse los casos si-guientes:

a) apertura de los circuitos depolarizaci n

b) apertura de los elementosdel transistor

c) entrada en corto de los ele-mentos del transistor

Fig. 1

Fig. 2

d) entrada en corto de elemen-tos de acoplamiento de la etapa

Las posibles alteraciones queprovocan estos problemas en lastensiones serán analizados ense-guida.

Caso 1Caso 1Circuito de polarización de

base, abiertoTomemos el circuito típico de

una etapa amplificadora de au-dio o FI que aprovecha el bobi-nado de un transformador parapolarizar la base de un transistor,como muestra la figura 4.

Es fácil percibir que en la inte-rrupción del bobinado no tene-mos polarización y la base deltransistor queda "libre".

Tomando como referencia elpotencial de 0V, observamos queno circula corriente entre el co-lector y el emisor. El potencial delcolector será entonces el de lafuente de alimentación (+).

En el emisor del transistor, latensión será nula ya que no circu-la corriente. En la base, la tensiónserá igual a la del emisor, o sea 0volt, ya que cuando la base estádesconectada, tiene en realidaduna conexión con el emisor.

En la figura 5 tenemos las indi-caciones de estas tensiones.

Vea que en la práctica si exis-ten pequeñas fugas en el transis-tor, pueden encontrarse tensio-

nes ligeramente diferen-tes. Pero esas diferenciasno deben superar los 0,1 ó0,2V a lo previsto.

El mismo tipo de pro-blema se presenta si en lu-gar de la interrupción deltransformador, fuera el re-sistor R1 que estuvieraabierto, desconectandoel positivo de la fuente delcircuito de polarización.

Caso 2Caso 2En la figura 6 tenemos

una etapa amplificadoracon una etapa amplifica-dora con un transistor au-topolarizada por mediodel resistor conectado en-tre el colector y la base.

Para un transistor NPNde silicio, en condiciones

normales de funcionamiento alresitor de polarización de base lalleva a un potencial del orden de0,6 a 0,7V que mantienen la co-rriente para el emisor.

Si los resistores se abrieran,nuevamente, el circuito de basequedaría despolarizado y ningu-na corriente perceptible circula-ría entre el colector y el emisor. Elresultado es una subida de latensión del colector a valorescercanos a la tensión de alimen-tación (+Vcc) y la caída de latensión de la base llegaría a unvalor próximo a 0V.

En la figura 7, tenemos las ten-siones que aparecerían tanto enlos transistores NPN como en losPNP en un caso como éste.

Debemos tener presente quela sensibilidad del multímetro de-be tenerse en cuenta en todaslas medidas pues una sensibili-dad baja influye sobre todo enlas medidas de las tensiones de

base en que las corrientes sonmuy débiles.

Caso 3Caso 3Apertura del circuito emisorEste caso puede presentarse

si el resistor de polarización delemisor se abre (figura 8).

No tendremos corriente en elemisor ni en la base.

En estas condicones, las ten-siones medidas serán las siguien-tes:

La tensión del colector estarácerca de la tensión de alimenta-ción +Vcc ya que todavía puedecircular una pequeña corriente através de R1, para la base y tie-rra. Si la tensión de alimentaciónfuera de 6V, será normal encon-trar en este punto 5,7 ó 5,8V.

Por otra parte, tenemos unatensión del emisor bastante vieja,

Capítulo 8

123

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 6

Fig. 5

Fig. 7

del orden de los 0,6V y el mismovalor de base, pues medimos através de la unión emisor-base. Elemisor está abierto, recuérdelo.

Caso 4Caso 4El circuito del colector del

transistor se encuentra abiertoEste circuito puede estar for-

mado por el bobinado de untransformador o por un simple re-sistor, como muestra la figura 9.

Con la apertura de este circui-to no hay corriente en el colec-tor; sólo la hay entre la base y elemisor. La tensión del colectorcae entonces a valores cercanosa cero, del orden de 0,2 a 0,7V,según se ve en la figura 10, entanto la tensión de base será unpoquito mayor, pero todavía unafracción de volt.

La tensión de emisor seráprácticamente la misma que ladel colector.

Vea que el divisor de tensiónque polariza la base del transistor,permanece en operación en es-tas condiciones y es responsablede los valores medidos.

Vea también que existe la cir-culación de una corriente por elresistor del emisor y ésta es prác-ticamente la corriente de baseen la polarización normal deltransistor.

Caso 5Caso 5Existe un cortocircuito entre la

base y el emisordel transistor

En estasc o n d i c i o n e s ,como muestrala figura 11, latensión de basepasa a ser iguala la tensión delemisor, situán-dose entre 0V y

una fracción de volt.Con la polarización

correcta, la tensión debase igual a la del emi-sor indica cortocircuitoentre esos elementos.

Caso 6Caso 6Fugas fuertes o cor-

tocircuito entre el co-lector y el emisor

En esta caso, la ten-sión del colector seráigual a la del emisor(corto) o elevada enrelación a lo esperado(fugas).

La tensión de basecontinuará alrededorde 0,2 ó 0,7V por enci-ma de la tensión delemisor.

Caso 7Caso 7Apertura del circuito de baseEso sucede si no circula co-

rriente por la base del transistor. En estas condiciones, la medi-

da de la tensión en este elemen-to va a ser mayor que la normal.

Así, si para los transistores degermanio esperamos encontraruna tensión de unos 0,2V, medire-mos 0,4 ó 0,5V mientras que paralos transistores de silicio, en lugarde 0,6 ó 0,7V mediremos hasta1V.


124

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10Fig. 11

Fig. 12

El Surgimiento de la TV

QU ES LA TELEVISI N

Es la transmisión de imágenesy sonidos desde un punto (trans-misor) hasta otro (receptor, quees el televisor), todo sistema deTV consta de cuatro partes bási-cas:

1) Un centro de producci n endonde se graban los programas;generalmente se integra con unestudio de TV, un equipo de edi-ci n, de efectos especiales, etc.

2) Una estaci n transmisora en-cargada de procesar las se alesobtenidas en la etapa anterior pa-

ra su env o a los aparatos recep-tores. Esta transmisi n, depen-diendo de la tecnolog a emplea-da, puede ser por aire, cable o v asat lite.

3) Un medio conductor o canalde comunicaci n por el cual viajala programaci n televisiva. Pue-

Capítulo 8

125

de estar constituido por un cable,fibras pticas o emisiones elec-tromagn ticas. En este art culo,nos referiremos nicamente a es-te ltimo medio.

4) Un aparato receptor quetransforma las se ales recibidasy las presenta como im genes ysonido.

EL TELEVISOR DESPLIEGA SE ALES

EL CTRICAS

Si observa de cerca la imagendel televisor, podrá apreciar queestá formada por puntos de luzde intensidad y color cambiante(figura 1). ¿De dónde procedenestos patrones complejos de in-formación luminosa? La respues-ta es la siguiente: la imagen quese despliega en la pantalla deltelevisor corresponde a una se-ñal eléctrica que los circuitos delaparato alimentan a un tubo lla-mado cinescopio, tubo de rayoscatódicos o TRC, el cual, a suvez, la convierte en imágenes ra-diantes.

Previamente, dicha señal la harecibido el aparato (a través dela antena) en forma de ondaselectromagnéticas, las cualesproceden de la estación trans-misora, donde son radiadas alespacio circundante una vezque la señal eléctrica que con-tiene la información televisiva seha modulado y amplificado.

Pero nuevamente tenemosuna duda: ¿de dónde sale la se-ñal que se convierte en ondaselectromagnéticas para su difu-sión? De una o varias cámarasde televisión, las cuales a su vezla toman de una escena real.

En síntesis, la base física de latelevisión es la conversión deimágenes ópticas en señaleseléctricas y éstas en ondas elec-tromagnéticas para soportar elproceso de transmisión a largasdistancias; posteriormente, esen el aparato receptor dondelas emisiones hertzianas cap-tadas se convierten nueva-mente en señales eléctricas yéstas, por último, en imágenesluminosas representativas delas originales (figura 2).

La esencia de la televisión

consiste en fraccionar las imáge-nes punto por punto para formarlíneas sucesivas que, a su vez,componen imágenes fijas, comofotografías instantáneas que, alser reproducidas una tras otracon suficiente rapidez, producenla ilusión del movimiento. Y el so-porte físico que contiene todaesa información es la señal de vi-deo.

ORŒGENES DE LA TELEVISI N

Como todos los grandes inven-tos, la televisión es resultado dela confluencia de múltiples des-cubrimientos científicos, pacien-tes experimentos, etc. Podemosidentificar algunas líneas deavances tecnológicos que a lapostre darían como resultado losmodernos sistemas de TV.

La idea de la transmisión deimágenes a distancia, surge enlos albores de la técnica electró-nica, en 1870, con el francésMaurice Leblanc, quien propusoun método teórico pa-ra transmitir a través deun canal único una su-cesión de impulsos que,mediante un barrido sis-temático línea por líneay punto por punto detoda una pantalla,completaría una ima-gen virtual. Sin embar-go, fue un estudianteruso establecido enAlemania, Paul Nipkow,quien llevó a la prácti-ca esta idea en 1884,cuando patentó un ar-tefacto conocido co-mo “disco de Nipkow“(figura 3).

Este aparato era undisco con un conjuntode aberturas en líneadispuestas en forma deespiral, que giraba en-

tre el objeto a analizar y una cé-lula fotoeléctrica, produciendosobre un panel de selenio laapariencia de la imagen de di-cho objeto. Este procedimiento,a pesar de ser tan rudimentario,tuvo el mérito de demostrar queera posible la descomposiciónde imágenes en elementos sim-ples como la base para su trans-misión; incluso, algunos estudio-sos aseguran que Nipkow lo con-sideraba un telescopio eléctrico.

El disco de Nipkow constituyóla base de los primitivos sistemasmecánicos de televisión, los cua-les sólo tuvieron aplicación prác-tica hasta 1923, cuando el inge-niero escocés John Logie Baird

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

logró perfeccionar el sistema eincrementar la definición de con-trastes de luz y sombra sobre lapantalla. En 1926 Baird probó conéxito el primer sistema de transmi-sión de imágenes en movimiento;la demostración consistió en en-viar la señal desde un cuarto aotro por medios eléctricos, pues-to que aún no se planteaba latransmisión por ondas electro-magnéticas.

A pesar de éste y otros impor-tantes avances, todavía en añosposteriores los sistemas mecáni-cos presentaban limitacionesfuncionales que no favorecían suestandarización; sin embargo,mostraron a la comunidad cientí-fica, a las compañías y al públi-co, que la televisión podía seruna realidad, pues para enton-ces ya se contaban con las ba-ses científicas que permitirían a lapostre el establecimiento de unsistema totalmente electrónico.

Uno de esos afluentes tecnoló-gicos fue el tubo de emisionescatódicas o “tubo de Crookes“,desarrollado hacia fines del sigloXIX por el científico inglés WilliamCrookes, al estudiar el comporta-miento de las cargas eléctricasen el vacío.

Este investigador colocó un parde terminales en una ampolla devidrio al vacío recubierta en su in-terior con una delgada capa defósforo (figura 4). Al aplicar unacarga negativa en uno de los ex-tremos -el cátodo-, descubrióque ciertos “rayos invisibles“ se di-rigían hacia la otra terminal -elánodo-; sin embargo, no todaslas emisiones alcanzaban a lle-gar, por lo que se formaba unasombra con la forma exacta delánodo. Crookes llamó a dichasemisiones “rayos catódicos“ y espor ello que en la actualidad atodos los dispositivos que em-plean ese principio se les llama“tubos de rayos catódicos“. In-vestigaciones posteriores conclu-yeron que esos “rayos“ eranelectrones libres que el cátodosoltaba y que, atraídos por la car-ga eléctrica del ánodo, se acele-raban y terminaban chocando,ya sea con el mismo ánodo ocon la pared de vidrio recubiertade fósforo; y como los electrones

poseen carga ne-gativa, eran sus-ceptibles de serdesviados por me-dio de camposmagnéticos oeléctricos.

A su vez, estedescubr imientodio origen en 1897a un dispositivocrucial para el desarrollo de lostubos de imagen: el aparato decorriente variable, de Karl F.Braun. Este científico alemán co-locó dos pares de placas elec-trostáticas alrededor de un tubode rayos catódicos alargado,con lo que consiguió desviar elhaz electrónico del cátodo y for-mar en la pantalla de fósforo al-gunos patrones interesantes (fi-gura 5).

Vladimir Kosma Zworykin logróla descomposición de imágenesen forma de cargas eléctricas al-macenadas en una pantalla fo-tosensible, con un invento me-morable en la historia de la televi-sión: el iconoscopio, primer tubode cámara de televisión para“rastrear“ imágenes mediante unhaz electrónico.

Con este dispositivo en puerta,el ritmo de las investigaciones seaceleró en Estados Unidos y enEuropa, hasta que se sentarondefinitivamente los patrones dela comunicación televisiva. El pri-mer sistema completamenteelectrónico de televisión y me-diante transmisión electromag-nética fue construido en 1932 porThe Radio Corporation of Ameri-ca, conocida mundialmente porsus siglas: RCA. Precisamente,Zworykin fue director de los labo-ratorios de investigación de laRCA durante los años en que esaempresa contribuyó decisiva-mente al desarrollo de la televi-sión.

El diseño original de Zworykinutilizaba dos tubos de rayos cató-dicos, uno en la cámara paraconvertir la imagen en una señaleléctrica y otro en el punto de re-cepción encargado de recon-vertir la señal eléctrica en la ima-gen animada original. Y aunquelas primeras transmisiones se hi-cieron por “circuito cerrado“(transmitiendo la señal eléctricapor cables), pronto se vio la posi-bilidad de “montarla“ en ondaselectromagnéticas, lo que dio ini-cio a la televisión moderna.

Por otra parte, durante la seriede experimentos que lo llevaronal desarrollo de la lámpara in-candescente, Thomas Alva Edi-son descubrió que al colocardentro de un recipiente al vacíoun alambre y un filamento por elque se hacía circular una corrien-te eléctrica, se producía un flujode electrones desde el filamentohacia el alambre (figura 6). A es-te fenómeno se le conoció justa-mente con el nombre “efectoEdison“, y aunque en ese mo-mento su autor no le encontróaplicación práctica patentó elinvento respectivo; con el tiemposería el cimiento de las válvulasde vacío.

SE ESTABLECEN LOS FORMATOS Y

SURGE LA TELEVISI N EN COLOR

En la década de los 30’s, con lapuesta en marcha de los prime-ros sistemas de televisión en el


126

Fig. 4

Fig. 5

mundo, fue preciso establecerpatrones universales para evitaruna excesiva dispersión de mo-delos. Por entonces predomina-ron dos estándares: el estadouni-dense y el europeo, los cualesdesde un principio fueron incom-patibles debido a las distintas fre-cuencias que ambos adoptaron;esto se derivó del hecho de queel sistema estadounidense esta-bleció una relación de 525 líneaspor cada cuadro y 30 cuadrosexhibidos por segundo, en tantoque el europeo adoptó 625 lí-neas y 25 cuadros por segundo.

Mientras que las transmisionestelevisivas fueron en blanco y ne-gro, los patrones aceptadosmundialmente no tuvieron nin-gún problema o necesidad deadaptación para ciertas locali-dades; sin embargo, las compli-caciones técnicas surgieroncuando se pretendió agregar elcolor, lo cual tampoco era unanovedad, pues incluso fue unode los objetivos de los sistemas deexploración mecánicos.

Efectivamente, las principalesconsideraciones teóricas de lossistemas de televisión en color sedeben a John Logie Baird, quienen 1928 diseñó un dispositivo deexploración mecánica con undisco de Nipkow y tres fuentes deluz: roja, verde y azul, de cuyacombinación surgía una imagencromática, aunque muy defi-ciente. Inclusive, en 1929 la com-pañía Bell Telephone logró latransmisión de imágenes entreNueva York y Washington con 50líneas de resolución y un canal in-dependiente para cada uno delos tres colores fundamentales.

Posteriormente surgieron otraspropuestas tecnológicas para elmanejo del color en televisión.

Las propuestas tecnológicasque predominaron fueron las quemantuvieron la compatibilidadcon los sistemas de blanco y ne-gro, pues la intención era que laseñal de televisión pudiera ser re-cibida tanto en monitores mono-cromáticos como en los de color;de otra forma se habría requeri-do el uso de dos patrones en ca-da país.

El sistema norteamericano decolor fue homologado oficial-

mente en 1954, por la Fe-deral CommunicationsCommission (FCC), y laNational Television Stan-dard Comitee (NTSC), or-ganismos encargados,respectivamente, de ad-ministrar el espacio ra-dioeléctrico y definir elpatrón al que debía suje-tarse Estados Unidos.

En Europa, dos fueronlos sistemas que lograron la im-plantación comercial: el están-dar francés, conocido como SE-CAM o sistema electrónico decolor con memoria (SystèmeElectro-nique Couleur Avec Me-moire) y el PAL o de línea de al-ternancia de fase (Phase Alter-nation Line) de la empresa ale-mana Telefunken.

Estos tres sistemas son incompa-tibles entre sí, pero mantienen lacompatibilidad en los formatosde blanco y negro.

C M O SE CONVIERTE LA IMAGEN

EN SE ALES EL CTRICAS

Sin profundizar en detalles, sepuede afirmar que la cámara detelevisión es un dispositivo cuyafunción es convertir la luz prove-niente de las imágenes en una se-rie de pulsaciones eléctricas, quereciben el nombre de “señal devideo“. A su vez, esta señal eléctri-ca puede grabarse en una cintapara ser reproducida posterior-mente, o bien, transmitirse direc-tamente mediante la modulaciónde ondas electromagnéticas.

Las cámaras de video son unejemplo palpable de la evoluciónobservada por las técnicas de te-levisión. En un principio eran má-quinas pesadas y poco flexibles, ycon el tiempo se construyeron lasmodernas cámaras profesionales;además, debido a la miniaturiza-ción que se ha conseguido en latecnología electrónica, actual-mente se puede adquirir una cá-mara para filmaciones caseras,de un tamaño tan reducido quecabe en la palma de la mano ypesa menos de 1 kilogramo. Unaimagen que va a ser televisadadebe ser descompuesta en líneassucesivas, de forma similar a co-

mo se va redactando una cartaen la que se van escribiendo lasletras y las palabras renglón porrenglón de arriba hacia abajo. Deestas líneas resultan cuadros y dela exposición sucesiva de cuadrossurge la sensación de imágenesanimadas.

LA SE A L DE VIDEO COMPUESTO

De lo anterior se deduce que elcomponente fundamental en to-do proceso de televisión es unaseñal eléctrica en la que se codi-fican las imágenes y su corres-pondiente sonido. A esta señaleléctrica con información de au-dio y video se le llama “señal devideo compuesto“.

La señal de video compuestocontiene toda la información ne-cesaria para reproducir en elpunto receptor la imagen envia-da desde el punto emisor; suscomponentes son:

1) Señal de luminancia o infor-mación en blanco y negro (Y).

2) Señal de crominancia o in-formación en color (C).

3) Sincronismo para la adecua-da recuperación de las imáge-nes enviadas (Sync).

4) El audio asociado a la ima-gen.

Estas señales deben combinar-se de tal forma que no se interfie-ran entre sí, pero al mismo tiempoque no ocupen un ancho de ban-da considerable, ya que en talcaso se reduciría la cantidad decanales que se pueden manejaren el espectro electromagnético.De hecho, es importante una ple-na comprensión de todos y cadauno de los componentes de estaseñal, para quien aspire al serviciode televisores, videograbadoras ycámaras de video.

Capítulo 8

127

Fig. 6

Esta fuente es ideal para el ta-ller, pues posee un control desobrecarga que se activa

cuando un equipo consume másde un límite que nosotros estable-cemos.

Al detectarse una corrientemayor que la esperada por la car-ga, de inmediato se reduce latensión de salida, para evitar quesea dañada alguna etapa.

Regulando el recorrido de P1se puede ajustar el valor de la co-rriente para que se produzca laactivación de este circuito deprotección.

Salvo que actúe el circuito deprotección, sobre P2 se tendráuna tensión estabilizada de 15. So-bre el punto medio del potenció-metro habrá una tensión respectode masa que dependerá de laposición del cursor, es decir, va-riando el cursor de P2 se tendrándistintas tensiones que luego se-rán entregadas a la salida.

La corriente así obtenida es debaja capacidad pero se amplifi-ca en una configuración Darling-ton (Q2 y Q3). La tensión regula-da en la salida no posee una es-tabilización óptima, porque partede esa tensión se desarrollará enR2 y el resto en la carga, pero eslo suficiente como para resultarapropiada para la mayoría de lasaplicaciones en prueba, puesta apunto y reparación de equiposelectrónicos.

En la figura 1 se muestra el cir-cuito eléctrico completo de lafuente. En la figura 2 se da la pla-ca de circuito impreso sugeridacon su respectiva máscara decomponentes.

El transistor Q3 debe ir monta-do en un disipador de calor y si sequiere tener una corriente de sali-

da mayor, se debe cambiar eltransformador T1 por otro de ca-racterísticas similares con una ca-pacidad de corriente de salidade 5A. También se debe reempla-zar R2 por un resistor de 1Ω, con locual la corriente de sobrecargamínima será, ahora, de unos500mA. Para calibrar la corrientede sobrecarga se coloca un am-perímetro que permita medir has-

ta 6A. Asegúrese, para compen-zar con la marcación, que P1 estéen la posición de máxima resisten-cia, luego conecte el amperíme-tro "directamente en la salida dela fuente"; la indicación que ob-tenga será precisamente el valorde la corriente de sobrecarga.Mueva el cursor de P1 y anote losvalores de corriente obtenidos enla posición del dial. *************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos de edi-ción semanal, preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la co-laboración de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electró-nica internacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por ArnoldoGaletto, Horacio Vallejo, Leopoldo Parra y Felipe Orozco.


Fuente de Alimentación con Control de Sobrecarga

Fig. 1

Fig. 2

Reproducci n al 70%de su tama o real

LISTA DE MATERIALES

Q1 - BC548 - Transistor NPNQ2 - BC548 - Transistor NPNQ3 - 2N3055 - Transistor NPND1 - 1N5401 - Diodo de silicioD2 - 1N5401 - Diodo de silicioD3 - Diodo rápido de silicio debaja corriente (cualquiera sirve)Dz - Diodo zéner de 15V x 1WR1 - 100kΩR2 - 2,2Ω x 2W (ver texto)R3 - 680ΩR4, R5 - 2,2kΩC1 - 200µF - ElectrolíticoC2 - .01µF - CerámicoC3 - 100µF - ElectrolíticoC4 - 100µF - ElectrolíticoP1 - Potenciómetro de 1MΩ log.P2 - Potenciómetro de 5kΩ lin.(ver texto).

T1 - Transformador de 220V a15V + 15V x 3A.S1 - Interruptor simple.L1 - Lámpara neón.L2 - Led rojo de 5mm.

Varios: Placa de circuito impreso, cajapara montaje, disipador paraQ3, conectores varios, cables, es-taño, etc.

TVAUDIO

VIDEOMICROPROCESADORES

SSAABBEERR




INDICE DEL

CAPITULO 9INSTRUMENTOS PARA EL TALLER Y MONTAJES DE EQUIPOSEl instrumental para reparaciones ..........................131Instrumentos para el banco de trabajo ................131Conjunto de instrumentos básicos..........................133Probador de semiconductores ...............................133Lista de materiales del conjunto de instrumentos básicos.................................................134Lista de materiales del probador de semiconductores.................................................136Generador de señales para calibración y pruebas ..136Lista de materiales del generador de señales......138Instrumentos para equipos de audio .....................138Los galvanómetros....................................................138Vúmetro para señales débiles.................................139Vúmetro para señales fuertes .................................140Indicador de equilibrio .............................................140Modo de uso .............................................................140

DIODO ZENERCaracterísticas de operación .................................141Ruptura del zéner......................................................141Curvas características ..............................................141

Resistencia del zéner ................................................141Efectos de la temperatura ......................................141Aplicaciones de los diodos zéner ...........................142Características de los diodos zéner comerciales .......142Comprobación de los diodos zéner.......................142

LOS MICROFONOS¿Qué es un micrófono? ...........................................142Teléfonos y micrófonos .............................................142El transductor ............................................................143Tipos de micrófonos..................................................143Micrófono de carbón ...............................................143Micrófono de capacitor ..........................................143Micrófono de bobina móvil .....................................143Micrófono de cristal ..................................................144Características de los micrófonos...........................144Sensibilidad ................................................................144Direccionalidad.........................................................144Impedancia ...............................................................144Inmunidad al ruido....................................................144





EL INSTRUMENTAL

PARA REPARACIONES

La E.I.A. (Electronic IndustriesAssociation = Asociaci n de In-dustrias Electr nicas de los Esta-dos Unidos) especifica las carac-ter sticas del instrumental reco-mendado para distintas ramas dereparaci n de productos electr ni-cos. Compartimos el contenido deese documento con nuestros lec-tores.

En las tablas 1, 2 y 3 se detallandiferentes tipos de instrumental yse indican las distintas especiali-dades en que pueden realizarselas reparaciones (TV, VCR, FAX,etc.). Si bien, en el original, se ha-ce referencia específica a lascondiciones operativas vigentesen los Estados Unidos (NTSC-M,110 volt, 60Hz), hemos efectuadouna adaptación para las condi-ciones vigentes en Sudamérica(NTSC-M, PAL-M, PAL-N, 110 volt,

220 volt, 50Hz, 60Hz). El técnico eli-girá las variantes convenientes deacuerdo a las condiciones exis-tentes en su área de trabajo.

INSTRUMENTOS PARA EL

BANCO DE TRABAJO

Todo técnico de mantenimien-to y reparación de equipos elec-trónicos necesita contar con ins-

Capítulo 9

131

Capítulo 10

Instrumentos Para el Taller y Montaje de Equipos

Probador de fugas 500µA x x x x x x x x

Voltímetro c.a. .1 a 100 Vrms x x x x x x x x x x xrango de dB -60 a +40

Generador de 500 1600kHzbarrido AM/FM 86 a 108MHz x x x x

Oscilador audio Rango 0 a 100kHzsalida 0 a 3 voltatenuador variabledistorsión 0,03% x x x x

Simulador de Motorola R2008/HSubicación celular o Marconi 2955 x

Monitor de color Con entrada RGBo Receptor monit. para computador x x x

Monitor de colorcon barrido reduc. x

Monitor para de 1000MHz, p.e.: arreglo de Marconi 2955 ocomunicaciones Rohde y Schwartz x

Fuente de ali- 0 a 18 vcc, 20 a xmentación c.c. 0 a 50 vcc, 2 amp. x x x x x x x x x

Bobina de des-magnetización x

Desoldador con punta a tierra x x x x x x x x x x x

Voltímetro de .1 Vcc a 1000digital Vcc, sensibilidad

1mV, exactitud .5% x x x x x x x x x x x x

Fax

Vide

odis

co L

D

Vide

ogra

bado

r

TV/M

onito

r

Telé

fono

inha

lám

bric

o

Hor

no d

e m

icro

onda

Com

puta

dor

Telé

fono

cel

ular

Repr

oduc

tor

CD

Cam

cord

er

Auto

rad

io

Audi

o

Instrumental Especificaciones

Tabla 1

Instrumentos para el Taller

132

Analizador de Sensibil. .002% a distorsión escala total, 10Hz a

110kHz .1V a 130V x

Osciloscopio Ancho de banda degatillado de doble cc a 100MHz,trazo sensib. 2mV, con

retardo x x x x x x x x x x x

FAX CCITT, grupos2 y 3 x

Licencia FCC xMedidor de des-viación FM x

Amplif. estéreoHi-Fi 25 watt x x x x

Contador de 250MHz x x x xfrecuencia 10MHz, sens.

20mV a 5V, display de 7 dígitosatenuador 10:1 x x x x x x x

Punta de altatensión x x

Transformaciónde aislación x x x x x x

Medidor de potenciade láser x x

Caja con luz concuadro de prueba,escala de gris ycuadro de resolución(cuarzo) 3200° x

Medidor de luz 1000 lux x

Generador MTS Sonido de TV múliple(canales 3 y 4)salida (L-R), (L+R)y SAP x x

Generador de Barras de colorpatrón NTSC y/o 75% de saturación,PAL barras de satur. 100%

ventana RGB, 1Vpp x x x x

Vectorscopio x

Generador RF Modulada con FM x

Estación soldadora Con control detemperatura, puntaa tierra y bajoconsumo (25 a 35W) x x x x x x x x x x x

Generador de esté- Separación de bandareo FM-estéreo-MPX mejor que 50dB, a-

juste piloto 19 kHz, salidasL, R, L+R), L-R) x

Protector de picos p. ej. Panamax x

Gen. de barrido 86 a 108MHz x x x

Fax

Vide

odis

co L

D

Vide

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bado

r

TV/M

onito

r

Telé

fono

inha

lám

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o

Hor

no d

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onda

Com

puta

dor

Telé

fono

cel

ular

Repr

oduc

tor

CD

Cam

cord

er

Auto

rad

io

Audi

o


Tabla 2

trumental apropiado que lo ayu-de en la ubicación de fallas ytambién en ajustes y calibracio-nes. Muchos técnicos, por dificul-tades financieras o por ser princi-piantes en la profesión, no pue-den contar con los costosos ins-trumentos comerciales disponi-bles en el mercado, y esto puedetraerles muchas dificultades en eltrabajo diario. Con los dos equi-pos relativamente simples quedescribimos, los técnicos puedenequipar sus talleres y tener algomás que un simple multímetro pa-ra su trabajo, que se agilizará y sevolverá más seguro.

Un multímetro bien usado hacemilagros, pero existen pruebasdonde este instrumento necesitadel auxilio de componentes o cir-cuitos adicionales que no siempreel técnico tiene a mano.

Sin embargo, para los que nopueden perder tiempo montan-do circuitos de prueba o no tie-nen capital para adquirir equiposespecializados de alto costo, exis-ten soluciones.

Por qu no montar algunosprobadores de componentes conpiezas comunes y dejarlos listospara uso en su taller?

Esta idea es explorada en esteartículo y será de gran utilidadpara los lectores que desean

equipar con su poco dinero su ta-ller con algunos instrumentos adi-cionales.

Damos dos proyectos que reú-nen 4 funciones cada uno, todasde gran utilidad y no realizadaspor los multímetros:

CONJUNTO DE

INSTRUMENTOS B SICOS

Este circuito consta de los si-guientes instrumentos:

a) Inyector de se ales.b) Seguidor de se ales de au-

dio/RF.c) Fuentes reguladas de 6V y

12V x 1A.d) L mparas de prueba de alta

tensi n.

PROBADOR DE

SEMICONDUCTORES

El segundo proyecto reúne enun solo circuito los siguientes ele-mentos:

a) Probador de diodos rectifica-dores.

b) Probador de SCRs.c) Probador de FETs de potencia

canal N.d) Probador de transistores de

potencia NPN y PNP.

En realidad, tenemos más fun-ciones que son consecuencia delas citadas, como por ejemplo laposibilidad de hacer pruebas deaislación en capacitores con usodel sector de prueba de transisto-res, o bien la prueba de parlantescon la salida de audio del segui-dor de señales, que cuenta conun enchufe para esta finalidad.

Usted podrá optar por el mon-taje de uno y de otro equipo se-parados o hasta, incluso, de losdos en una caja única, en cuyocaso la fuente podrá ser común,con la economía de un transfor-mador, dos diodos y un capacitorde filtro.

El primer circuito (figura 1) cons-ta de una fuente de alimentaciónque tanto puede proporcionarenergía para equipos externos enprueba como para los propiosdispositivos de prueba internos.

Así, después de filtrada y rectifi-cada, la tensión del secundariodel transformador va hacia doscircuitos integrados reguladoresde tensión. Para la salida de 12Vtenemos el 7812 y para la salidade 6V tenemos dos opciones: po-demos usar el 7806, que en el mo-mento de la redacción de esteartículo presenta alguna dificul-tad de obtención, como pode-mos usar el 7805 agregando losdiodos D3 y D4, que “suman”

Capítulo 9

133

Analizador p. ej. B&K 1050, telefónico Protel TEE-10, Proctor

49200, MicroSeven LS100 y LS200 x x

Parlante de DQ Test Targetpara Fax Dataquest o Slerex

Letter CCITTTest chart Nº 1 x

VARIAC Tipo de aislación0 a 240Vca conmonitor de línea x x x x x

Medidor de watt 5 watt x

Medidor de WOW Normas JIS y NABy FLUTTER rango .003 a 3% x x x

Fax

Vide

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D

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Telé

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Com

puta

dor

Telé

fono

cel

ular

Repr

oduc

tor

CD

Cam

cord

er

Auto

rad

io

Audi

o


Tabla 3

aproximadamente 1,2V en su sali-da.

Los 6V del regulador en cues-tión sirven para alimentar el segui-dor de señales y el amplificadorde prueba con el circuito integra-do LM386. En la entrada de estecircuito tenemos la llave S2, quepuede colocar el diodo detector

en el circuito, cuando está abier-ta, posibilitando así el trabajo conseñales de RF.

La llave S3 conecta el parlanteen la función de seguidor de se-ñales y lo desconecta cuandoqueremos probar un parlante co-nectado a J2. En estas condicio-nes usamos la pinza cocodrilo G4

del inyector para aplicar unaseñal de prueba a J1.

P1 sirve de control de sensi-bilidad en esta función.

El inyector de señales con-siste en un astable con dostransistores alimentados porla tensión sin regulación delcircuito, antes de los integra-dos. Mientras tanto, nada im-pide que se pueda modificarel proyecto, alimentando es-te sector de bajo consumocon 6V o 12V.

Los capacitores C2 y C3,juntamente con R2 y R3, de-terminan la frecuencia de laseñal (alrededor de 1kHz) ypueden ser alterados a vo-

luntad. Este oscilador pro-duce una señal rectangu-lar cuyas armónicas permi-ten la prueba de recepto-res hasta la banda de FMe, incluso, VHF. En el prima-rio del circuito, alimentadodirectamente por la red,tenemos un circuito delámpara en serie formadopor X1 y X2. En X2 pode-mos conectar aparatossospechosos , que pue-

den estar en corto , antesde pensar en su conexióndirecta, lo que podría cau-sar la quema de fusibles dela instalación o problemasmás graves.

Conectando dos puntasde prueba en X1, podemoshacer pruebas de corto ycontinuidad en electrodo-mésticos, como por ejem-plo, motores, fusibles, etc.

En la figura 2 se da el di-seño de la placa de circui-to impreso para este primerconjunto de instrumentos.

Lista de Materiales delConjunto de Instrumentos B sicos

Semiconductores:CI1 - 7812 - regulador de tensión

de 12VCI2 - 7805 - regulador de tensión

de 5V (ver texto)CI3 - LM386 - circuito integrado

amplificador - NationalQ1, Q2 - BC547 - transistores

NPN de uso general


134

Fig. 1

Fig. 2

La placa decircuitoimpreso seha dibujadoal 70% desu valorreal

D1, D2 - 1N4002 - diodos rectifi-cadores

D3, D4 - 1N4148 - diodos de usogeneral de silicio

D5 - 1N34 o equivalente - diodode germanio

Resistores (1/8W, 5%):R1, R4 - 4,7kΩR2, R3 - 120kΩR5 - 10ΩR6 - 47kΩP1 - potenciómetro de 10kΩCapacitores:C1 - 1000µF - electrolítico de

25VC2, C3 - 10nF - cerámico o po-

liésterC4 - 2,2nF - cerámicoC5, C6 - 100µF - electrolíticos de

16VC7 - 220nF - cerámico o poliés-

terC8 - 10µF - electrolítico de 16VC9 - 220µF - electrolítico de 16VC10 - 47nF - cerámico o poliés-

terVarios:S1, S2, S3 - interruptores simplesX1 - lámpara de 25W a 40WX2 - toma de energía comúnT1 - transformador con primario

según la red local y secundariode 12+12V con 1A.

G1, G2, G3, G4 - pinzas cocodri-lo

J1, J2 - enchufes tipo P2F1- fusible de 2APTE - parlante 8ΩPlaca de circuito impreso, caja

para montaje, cable de alimen-tación, zócalo para CI3, disipado-res de calor para CI1 y CI2, perilla

para el potenciómetro, cables,soldadura, etc.

PROBADOR DE SEMICONDUCTORES

El segundo circuito tiene unafuente de entrada semejante a ladel primero, con rectificación pordos diodos y filtrado por C1 (figu-ra 3). En el secundario del trans-formador, antes de pasar por larectificación tenemos el retiro dela tensión alterna para la pruebade diodos. Este sector consta dedos LEDs y resistores limitadores decorriente. El diodo en prueba seráconectado entre los bornes J1 yJ2. Si el diodo estuviera bueno, lacorriente conducida tiene sola-mente un sentido, y así solamenteun LED se enciende. Si el diodoestuviera en corto, los dos semici-clos pasan y los dos LEDs se en-cienden. Evidentemente, para undiodo abierto ninguno de los LEDsse enciende.

El resistor R1 ofrece cierta cargaa los diodos en prueba, de modoque la prueba se haga con unacorriente razonable, ya que el cir-cuito se destina a la prueba sola-mente de diodos rectificadores.

Tenemos a continuación unsector de prueba para otros semi-conductores que comienza en lallave S2. Esta llave determina lapolaridad de la corriente deprueba, según los semiconducto-res que son probados. En la posi-ción a) tenemos entonces las si-guientes posibilidades de prueba:

Cuando conectamos en laspinzas un transistor NPN (base enG1, emisor en G3 y colector enG2), si el transistor estuviera encorto, circula una corriente por lalámpara, que entonces se en-cenderá. Si nada ocurre, presio-namos S3 para polarizar la basede este componente. La lámparadebe encenderse, para indicarque el transistor está bueno. Si na-da ocurre es porque el transistorestá abierto.

El mismo procedimiento es váli-do para transistores PNP, en cuyocaso la llave S2 va a la posición b)e invierte el sentido de circula-ción de las corrientes.

Volviendo la llave a la posicióna) podemos hacer la prueba deFETs de potencia, que están muydifundidos en los circuitos defuentes conmutadas y deflexiónde video de televisores, compu-tadoras y otros equipos moder-nos. Se pueden probar FETs contensiones a partir de 50V y co-rrientes de más de 50mA.

Conectamos entonces G1 en lacompuerta (gate o g), G2 en eldrenaje (d) y G3 en la fuente (s)del FET que estamos probando.

La lámpara no debe encender-se. Si esto ocurre tenemos un FETen corto. Si se enciende débil-mente tenemos un FET con fugas.Presionando S3, la lámpara debeencenderse.

Observe que esta prueba esválida para los FETs de canal N(flecha de compuerta haciaadentro). Para los de canal P pa-se la llave S2 hacia la posición (b).

Finalmente, tenemos la posibili-dad de probar SCRs con corrien-tes de disparo del orden de 10mAo menores, como los de la serie106. Conectamos entonces G1en la compuerta (g), G2 en elánodo (A) y G3 en el cátodo (C ok). La lámpara debe permane-cer apagada hasta el momentoen que presionamos S3.

Cuando esto ocurre la lámparase enciende y debe permanecerasí, incluso después que soltamosS3.

Para desconectar el SCR, de-bemos desactivar la fuente porun momento, o desconectar porun momento G2 o G3.

Observamos que las pruebas

Capítulo 9

135

Fig. 3

con transistores de potencia sonválidas para componentes conganancias superiores a 50. Los deltipo de baja ganancia, como al-gunos de la serie BU, sólo puedenprobarse para detectar la posiblepresencia de cortos. La placa decircuito impreso para este monta-je se muestra en la figura 4.

Lista de Materiales delProbador de Semiconductores

Semiconductores:D1, D2 - 1N4002 o equivalentes -

diodos de silicioLED1, LED2 - LEDs comunes LED3 - LED amarilloResistores:R1 - 470Ω x 1WR2, R3, R4 - 2,2kΩ x 1/8WR5 - 10kΩ x 1/8WR6 - 1MΩ x 1/8WR7 - 10Ω x 1WVarios:C1 - capacitor electrolítico de

1000µF x 25VS1 - interruptor simpleS2 - llave de 2 polos x 2 posicio-

nes (HH)S3 - interruptor de presión NAT1 - transformador con primario

de acuerdo con la red local y se-cundario de 12+12V x 500mA

J1, J2 - bornes para puntas deprueba

G1, G2, G3 - pinzas cocodrilode colores diferentes

Placa de circuito impreso, ca-ble de alimentación, caja paramontaje, cables, soldadura, etc.

En el primer proyecto, los circui-tos integrados CI1 y CI2 deben serdotados de disipadores de calor.

Los conectores J1 y J2 son del ti-po P2 común, debiendo el mon-tador preparar dos cables blinda-dos de aproximadamente 1 me-tro con pinzas cocodrilo en un ex-tremo, y un enchufe P2 en el otropara fijar en estos puntos.

Para la salida de las fuentes da-mos preferencia a las pinzas quedeben ser diferenciadas por elcolor: sugerimos el negro para 0V,el azul para 6V y el rojo para 12V.

La salida del inyector puedehacerse con una pinza o bien pormedio de otro conector P2.

Para mejor calidad de repro-ducción recomendamos que elparlante usado tenga por lo me-nos 10 cm. Para probar el apara-to basta conectarlo a la red deenergía e inicialmente, verificarlas tensiones en las salidas G1 yG2.

Para probar el inyector y el se-guidor de señales cierre S1, abra

P1 totalmente y apoye G4 en laentrada del J1.

Debe haber reproducción de laseñal del inyector con buen volu-men. Si quisiera modificar la fre-cuencia, por encontrarla muygrave o aguda (en función de lastolerancias de los componentesusados), altere C2 y C3. En estaprueba, S3 debe estar cerradopara que el parlante del circuitoesté conectado.

Para el circuito de la figura 3,observe que R1 y R7 son de 1W.Los demás resistores son de 1/8W.Los LEDs pueden ser de colores di-ferentes para facilitar la identifi-cación de su indicación. La lám-para X1 puede ser del tipo usadoen las linternas o la luz de cortesíapara autos. C1 debe tener unatensión de trabajo de 25V, y eltransformador tiene bobinado pri-mario según la red; el secundarioes de 12+12V x 500mA. La llave S2es del tipo HH deslizante, mientrasque S3 es un interruptor de pre-sión normalmente abierto (NA).

J1 y J2 son bornes para cone-xión de puntas de prueba, y laspinzas cocodrilo de G1 a G3 de-ben tener colores diferentes: G1verde, G2 roja y G3 negra (porejemplo).

Para probar el aparato, conéc-telo a la red de energía y accio-ne S1. Inicialmente conecte undiodo entre J1 y J2. Debe encen-derse el LED1 o el LED2, según laposición. Invierta el diodo paraque encienda el otro LED. Paraprobar el sector de prueba detransistores/SCRs, tome como ba-se un TIP31 o BD135, conectandolas pinzas de la siguiente forma:

G1 - baseG2 - colectorG3 - emisor

La llave S2 debe estar en la posi-ción A. Apretando S3 la lámparadebe encenderse. Una prueba mássimple se puede hacer interconec-tando por un momento G2 y G3.

GENERADOR DE SE ALES PARA

CALIBRACI N Y PRUEBAS

Los instrumentos de prueba so-fisticados son caros, pero degra-


136

Fig. 4


ciadamente son indispensablesen un taller de reparaciones. Des-cribimos en este artículo un apa-rato bastante sencillo, que sirvepara numerosas pruebas distintasen un taller de reparación.

Con este aparato podemos ge-nerar una señal de RF moduladay una señal rectangular en labanda de audio, permitiendo suaplicación en los siguientes casos:

* Como inyector de se ales en laprueba de radios amplificadores;

* Como generador para la cali-braci n de etapas de FI y de radios

de AM;* Como probador de componen-

tes CMOS;* En la prueba de amplificadores

de audio con verificaci n de su li-nealidad y sensibilidad.

* En la prueba de peque ostransductores de alta y medianaimpedancia.

El circuito está alimentado porla red local y es sencillo de mon-tar. Tiene tres bloque que puedenanalizarse separadamente, co-mo podemos observar en el dia-grama esquemático de la figura

5. El primero consiste en la fuentede alimentación estabilizada quetiene por base un transformadorreductor de tensión, un rectifica-dor en onda completa y un inte-grado regulador (7812). Este inte-grado puede proporcionar 12Vbajo corriente de hasta 1A, peroel consumo de corriente del apa-rato es bastante menor.

El led 1, conectado después delrectificador, sirve para indicar elfuncionamiento del aparato.

Las señales de alta frecuencia,en la banda de ondas medias yFI, son generadas por la bobinaL1 y por CV, que, en conjunto conQ1, forman un oscilador Hartley.Este oscilador proporciona unaseñal de buena potencia quepuede hasta ser irradiada haciareceptores cercanos, sin necesi-dad de un acoplamiento directo.

Para el caso más simple, el aco-plamiento puede hacerse por al-gunas espiras de alambre comúnalrededor de la radio.

En CV podemos ajustar la fre-cuencia de operación. Una esca-la calibrada puede ayudar bas-tante en la determinación delpunto de operación. Para elabo-rar esta escala basta tomar comoreferencia una radio común.

La modulación de la señal paraesta etapa viene de un osciladorCMOS que tiene por base el inte-grado 4011. Las cuatro puertasNAND de este integrado se usancomo inversores, de las cuales 3forman la configuración oscilado-ra. La frecuencia del oscilador es-tá dada por C4 y los resistoresasociados a la malla de realimen-tación. Como uno de ellos es va-riable (P1), tenemos un control dela frecuencia producida en unaamplia banda de valores.

La señal de este oscilador pasapor la cuarta puerta, que funcio-na como inversor y buffer, que laentrega a la salida 2, donde ha-cemos uso como inyector de se-ñales, y la llevan también a la ba-se de Q1 vía R5, para producir lamodulación. El valor de R5 deter-mina la profundidad de la modu-lación, puede ser alterado enuna amplia gama de valores.

La señal obtenida en la salida 2,por ser rectangular, es rica en ar-mónicas, lo que permite su uso en

Capítulo 9

137

Fig. 5

Fig. 6


la prueba tanto de circuitos deradio como hasta incluso en RF.

La placa de circuito impresoaparece en la figura 6.

Para la aplicación de las seña-les en los aparatos a prueba esconveniente tener cables prepa-rados. El transformador usado enla fuente tiene bobinado primariode dos tensiones (o bien deacuerdo con la red local) y el se-cundario de 12 + 12V x 500mA, ode 15 + 15V x 500mA. En verdad,las corrientes por encima de250mA serán suficientes para ali-mentar todo el circuito. Los resis-tores serán todos de 1/8 ó 1/4W ylos electrolíticos para 25V ó más.

El integrado CI-1 deber sermontado en un peque o disipadorde calor. Los capacitores C3 y C4deben ser cerámicos de buenacalidad. La bobina L1 se hace dela siguiente manera: enrolle en unbastón de ferrite 120 espiras dealambre esmaltado de 28AWG(0,3211 mm de diámetro). El bas-tón debe tener de 10 a 30 cm delargo, con diámetro aproximada-mente de 1 cm. La toma de estebobinado se hace en la espiranúmero sesenta (60º). L2 estáconstituida por 15 espiras del mis-mo alambre enrolladas sobre L1,como sugiere el dibujo en la pla-ca de circuito impreso. Esta bobi-na debe fijarse en la placa pormedio de abrazaderas plásticas.

El variable CV puede ser decualquier tipo para radios de on-das medias con capacidad máxi-ma alrededor de 200pF. Eventual-mente puede ser necesario aso-ciar las dos secciones de ondasmedias de modo de llegar en lasfrecuencias más bajas, 465kHzpor ejemplo, para el ajuste de FI.

Para verificar el funcionamientodel aparato será conveniente dis-poner de una radio de transisto-res que sintonice la banda de on-das medias. Conéctele en unafrecuencia libre en el extremo in-ferior de la banda.

Conectando en la salida 1 uncable y una bobina de acopla-miento, sintonice el generador demodo que su señal sea captadaen la forma de un silbido.

Después inyecte la señal de lasalida 2. Esto se puede hacer enla propia antena, caso en que la

misma no será sintonizada y ten-drá menor intensidad, o bien enel potenciómetro de volumen,caso en que la misma será pura ydebe ser reproducida con buenaintensidad en el parlante.

Comprobado el funcionamien-to sólo queda usar la unidad. Pa-ra ajuste de radios AM, use la sali-da 1 y ajuste el trimer de antena yel núcleo de la bobina osciladoraen los dos extremos de la bandade ondas medias. Después vuel-va a hacer el ajuste de las bobi-nas de FI. Para verificación deequipos de audio, use la salida 1,inyectando la señal directamen-te en la entrada del aparato aprueba. Puede agregarse un po-tenciómetro de 10k a esta salida,en caso de desear un control dela intensidad de la señal. En estamisma salida 2 tenemos señalescompatibles con circuitos CMOSpara pruebas diversas.

El ajuste de la tonalidad del so-nido generado se hace en P1.

Lista de Materiales del Generador de Se ales

CI - 1 - µA7812 - circuito integra-do regulador de tensión

CI - 2 - CD4011 - circuito integra-do CMOS

Q1 - BF494 o equivalente - tran-sistor NPN de uso en RF (cambiaen figura)

D1, D2 - 1N4002 o equivalentes -diodos rectificadores

LED 1 - led rojo comúnF1 - 1A - fusibleS1 - interruptor simpleS2 - llave de tensión 110/220VT1 - transformador con primario

de 110/220V y secundario de 12+12V x 500 mA

L1, L2 - bobinas osciladoras - vertexto

CV - variable para radios AM dedos secciones - ver texto

P1 - 100kΩ - potenciómetro sim-ple

R1 - 1k5 - resistor (marrón, verde,rojo)

R2, R4, R5 - 22kΩ - resistor (rojo,rojo, naranja)

R3 - 10kΩ - resistor (marrón, ne-gro, naranja)

R6 - 47Ω - resistor (amarillo, viole-ta, negro)

C1 - 1000µF - capacitor electro-lítico

C2 - 10µF - capacitor electrolíti-co

C3 - 10nF - capacitor cerámicoC4 - 47nF - capacitor cerámicoVarios:placa de circuito impreso, ca-

ble de alimentación, gabinetepara montaje, soporte para fusi-ble, cables blindados, bastón deferrite, disipador de calor para elintegrado, estaño, etc.

INSTRUMENTOS

PARA EQUIPOS DE AUDIO

Son muchos los que desean sa-ber como se hace la conexión deinstrumentos indicadores en apa-ratos de audio, como vúmetros eindicadores de equilibrio. Las ca-racterísticas de los instrumentosusados, normalmente galvanó-metros de 100 a 300µA, exigen elempleo de circuitos especialespara su accionamiento, con la in-dicación de la modulación deuna señal en un amplificador o enun míxer (mezclador), así como laindicación de equilibrio en un sis-tema de dos parlantes. Existen di-versas posibilidades de conexiónque involucran circuitos de adap-tación de las características deestos instrumentos a las señalescon las cuales deben operar. Da-remos tres aplicaciones interesan-tes para usarlos con amplificado-res, mixers y preamplificadores decualquier potencia en la bandade 500mW a 250W.

El bajo consumo de corrientede estos indicadores permite lautilización de la propia fuente dealimentación de los aparatos conlos cuales operan, y hasta inclusola propia energía de la señal, sinnecesidad de alimentación algu-na, externa o interna.

Los Galvan metrosNormalmente, en los indicado-

res de modulación o equilibrio deaparatos de audio se usan pe-queños galvanómetros de bobinamóvil de bajo costo, simples o do-bles.

Estos instrumentos poseen bobi-nas de 50 a 500Ω y un fondo deescala que varía entre 100 y


138

300µA típicamente, aunque tam-bién se encuentran tipos de 1mA.

Para operar, las señales aplica-das a estos instrumentos debenser continuas y la inercia del siste-ma mécánico representa un lími-te para la respuesta a las variacio-nes de intensidad de estas seña-les. En la operación en un sistemaindicador debemos tener encuenta los siguientes factores:

a) L mite para la corriente aplica-da, lo que será dado normalmen-te por un trimpot de ajuste conec-tado en serie. El correcto ajustede este componente determina-rá el límite para el movimiento dela aguja indicadora o el "fondo deescala" (figura 7).

b) Circuito de amortiguaci n: nor-malmente se usan resistores y ca-pacitores que limitan la velocidadde la respuesta a las variacionesde la señal, se evitan así oscilacio-nes muy rápidas de la aguja. Estasoscilaciones no sólo dificultan elcontrol de la magnitud por el ope-rador sino que hasta pueden oca-sionar problemas de naturalezamecánica, "forzando" el mecanis-mo con los golpes de la aguja al fi-nal del recorrido (figura 8).

c) Circuito de accionamiento: elmismo debe, a partir de la señaldisponible, proporcionar la co-rriente continua que el instrumen-to precisa para operar. En los ca-sos de amplificadores, en que laseñal se retira de la salida, el cir-cuito puede estar formado sim-plemente por capacitores, resisto-res y diodos, dada la intensidadde la señal. Sin embargo, si la se-ñal fuera débil, como por ejemplola obtenida en la salida de un mí-xer o de un preamplificador, de-bemos tener una etapa amplifi-cadora propia, que tanto puedeser elaborada con transistores dis-cretos como a partir de circuitosintegrados.

d) Alimentaci n: en el caso deusar un amplificador, éste debeser dotado de una alimentaciónque puede provenir del propioequipo con el cual opera, ya quenormalmente se trata de circuitosde muy bajo consumo de corrien-te.

1. Vúmetro para Señales Débiles

Este circuito, mostrado en la fi-gura 9, es indicado para la cone-xión en la salida de preamplifica-dores, mixers, controles de efec-tos, etc. Se usan dos transistoresque garantizan una buena ampli-ficación de la señal y su tensiónde alimentación debe ser de porlo menos 18V.

La placa de circuito impreso su-gerida para este circuito se mues-tra en la fig. 10. Podemos usar ins-trumentos en la banda de 100 a300µA y todos los componentesson comunes. Los transistores sonNPN de uso general, los capacito-res electrolíticos para 25V y losdiodos son 1N4148 o equivalentescomo el 1N914. El capacitor C5determina la inercia del sistema ypuede tener valores en la bandade 22 a 100µF.

El único ajuste a hacer es en eltrimpot, a fin de obtener la co-rriente máxima en el instrumentocon la señal máxima en la salidadel preamplificador.

En la figura 11 tenemos la fuen-te de alimentación para el caso

de que la tensión disponible en elamplificador o sistema de sonidosea mayor que 18V.

2. V metro para Se ales Fuertes

Capítulo 9

139

Fig. 7

Fig. 10

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 11

Este circuito, presentado en la fi-gura 12, puede ser conectado di-rectamente en la salida para losparlantes de cualquier aparatode audio con potencia por enci-ma de 500mW. El instrumento esun galvanómetro de 100 a 300µAy los capacitores electrolíticos de-ben tener una tensión de trabajode 25V o más. En la figura 13 tene-mos el montaje en una pequeñaplaca, que podrá ser fijada en laparte posterior del propio instru-mento. El único ajuste se hace enel trimpot de 22kΩ a fin de que notengamos corriente más allá delfondo de escala en el instrumen-to. La conexión del indicador sehace directamente en los termi-nales de salida de los parlantesdel amplificador. El único resistores de 1/8W y su valor no es crítico,

puede ser alterado junta-mente con el capacitor,para obtener una respues-ta a las variaciones de laseñal según lo deseado. Elcapacitor puede tener va-lores en la banda de 4,7 a22µF y el resistor en la ban-da de 150 a 330Ω.

3. Indicador de EquilibrioEste circuito, mostrado en

la figura 14, indica la dife-rencia de nivel de las seña-les de las dos salidas de unamplificador estereofónico.Como el mismo opera con

señales fuertes, no hay necesidadde fuente de alimentación. Losdiodos son de uso general y sumontaje puede hacerse en unaplaquita junto al propio instrumen-to, como muestra la figura 15. Losresistores son de 1/8W y no hayque hacer ajuste alguno. En fun-ción de la potencia del amplifica-dor puede ser necesario alterarlos resistores R1 y R3, cuyos nuevosvalores deberán estar entre 100 y470Ω en los amplificadores meno-res (hasta 10W), entre 1kΩ y 4k7 enlos de mediana potencia (de 10 a50W) y en 10kΩ en los de alta po-tencia (por encima de 50W).

Los capacitores deben tenertensiones de trabajo de por lo me-nos 25V. El capacitor C3 puedeser alterado en la banda de 220 a

470µF en función de la velocidadde respuestas deseada. No debe-mos reducirlo mucho, pues elaparato pasará a indicar dese-quilibrios y diferencias instantá-neas entre las señales de los ca-nales, lo que no es la finalidad delproyecto. El galvanómetro usadoen este indicador es del tipo concero en el centro de la escala y,para ajustar los canales, bastarácolocar los controles de volumende modo de tener la indicacióncero, momento en que las poten-cias de las señales de cada canalestarán equilibradas (el ajuste deequilibrio también será usado eneste caso).

Modo de UsarLos vúmetros se usan para de-

terminar el nivel máximo de mo-dulación de una señal. Cuando elnivel de señal sobrepasa los valo-res máximos puede ocurrir la dis-torsión. Ajustando el vúmetro paradar una deflexión de 100% en suescala, con la entrada de audiode intensidad necesaria para ex-citación a la plena potencia o ala potencia en que se obtiene lamenor distorsión, podemos con-trolar la reproducción y mantener-la dentro de los niveles en que seobtiene la mejor calidad.

Los indicadores de equilibrio sir-ven para dosificar de modo con-veniente la intensidad del sonidoreproducido por cada conjuntode parlantes. Si tuviéramos unconjunto con dos cajas en un am-plificador estéreo y nos coloca-mos entre los parlantes, el ajustedebe hacerse de modo de tenerla misma intensidad de sonido encada canal. En estas condiciones,el control de equilibrio y volumendeben ser ajustados para que elinstrumento indique cero.

CARACTERŒSTICAS DE OPERACI N


140

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

Capítulo 9

141

Los diodos rectificadores ope-ran en la zona de polarización di-recta, y nunca se polarizan en lazona de ruptura (valor de voltajede polarización inversa, en dondeel diodo comienza a conducir demanera descontrolada). Esto esporque podrían sufrir daños en suinterior. Por su parte, el diodo ze-ner está diseñado para trabajar enla zona de ruptura; es decir, pre-senta una resistencia muy elevadaen polarización inversa hasta undeterminado valor de la tensión.En este punto comienza el efectoavalancha, y la resistencia caebruscamente a valores muy bajos.Mientras que la corriente crecemuy rápido, la tensión entre los ex-tremos del diodo permanece casiconstante. Los diodos zener se utili-zan en circuitos reguladores devoltaje, los cuales mantienen elvoltaje de salida constante sin im-portar el consumo de corriente enla carga o las variaciones de la lí-nea de alimentación comercial.En la figura 1 se muestra su símbo-lo.

RUPTURA DEL ZENER

El dopado que se aplica en lasregiones P y N del diodo es muyfuerte, y produce, en un dispositivocon un gran campo eléctrico in-terconectado, en el interior de suregión de agotamiento. Bajo con-diciones de polarización positiva,el comportamiento físico del zeneres idéntico al de un diodo rectifi-cador. Sin embargo, bajo condi-ciones de polarización inversa, elgran campo interconstruido delzener se incrementa aún más porel voltaje aplicado en éste. Cuan-do el voltaje de polarización inver-sa llega al punto de ruptura, elcampo eléctrico en la región deagotamiento se hace tan grandeque los electrones de los enlacesson arrancados de los átomos es-tacionarios. En algunos diodos, loselectrones son arrancados de susátomos originales por la intensidaddel campo eléctrico. A este pro-ceso se le conoce con el nombrede ruptura zener . Si la disipaciónde energía en el zener no excede

algún valor máximo permitido, elproceso de ruptura inversa no da-ñará la estructura física del disposi-tivo; la razón es que en este tipode elementos, tal hecho represen-ta un procedimiento común. Laruptura desde un punto de vistadel circuito, es parecida a la con-ducción de corriente en direcciónde polarización directa.

La principal diferencia entre elestado de polarización directa y elestado de ruptura inversa del ze-ner, es la rapidez con que ocurre latransición a esta última.

CURVAS CARACTERŒSTICAS

Considerando que los diodoszener se construyen a partir de undiodo rectificador convencionalvariando el nivel de dopado en elmaterial semiconductor, el fabri-cante puede obtener diodos contensiones de ruptura que van des-de 2 hasta 200 voltios. Además, es-tos diodos pueden funcionar encualquiera de las tres zonas de sucurva característica: directa, in-versa y de ruptura (figura 2). En lazona de polarización directa eldiodo comienza a conducir a los0.7 voltios, tal como sucede conlos diodos rectificadores conven-cionales. En la zona de polariza-ción inversa (es decir, entre los 0voltios y el punto de ruptura), cir-cula una pequeña corriente inver-sa. En la gráfica del diodo zener, apartir del punto de ruptura, la co-rriente que atraviesa al dispositivoaumenta rápidamente a peque-ñas variaciones de voltaje. Dichode otra manera, podemos señalarque el voltaje se mantiene cons-tante en un cierto rango de co-rriente en el punto de ruptura Vz.

RESISTENCIA ZENER

Al igual que sucede con algu-nos otros elementos semiconduc-tores, este diodo presenta unacierta resistencia interna en las zo-nas P y N. Cuando circula corrien-te eléctrica por el diodo, se produ-ce una caída de tensión en sus ter-minales y además aparece el vol-taje de ruptura Vz. Esto significaque si un diodo zener está operan-

do en el voltaje de ruptura Vz, a unaumento en la corriente corres-ponderá sólo un pequeño aumen-to en la caída de tensión. Es muyimportante considerar esta carac-terística para el diseño de circui-tos.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA

Cuando el diodo zener se co-necta a un circuito, puede serafectado por el aumento en latemperatura ambiente; como re-sultado, la tensión zener variará.

Normalmente, los fabricantesde diodos proporcionan hojas dedatos en las que se indican losefectos de la temperatura sobrecada diodo específico. Con estepropósito, se especifica que elcoeficiente de temperatura es elcambio porcentual por cada gra-do de variación de la temperatu-ra. Los diseñadores de circuitos ne-cesitan calcular el cambio en latensión zener para la temperaturaambiente más alta. Las personasdedicadas a la reparación de cir-cuitos, deben considerar tambiénel efecto de la temperatura sobreel diodo zener.

Para diodos zener con voltajesde ruptura menores a 5V, el coefi-ciente de temperatura será nega-tivo; para diodos zener con tensio-nes de ruptura mayores de 6V, elcoeficiente de temperatura será

Los Diodos Zener

Fig. 1

Fig. 2

positivo. En el rango comprendidoentre 5 y 6V, el coeficiente de tem-peratura pasa de negativo a positi-vo; por eso es posible encontrar unpunto de operación en el que eldiodo zener tiene un coeficientede temperatura igual a cero.

Aplicaciones de los Diodos ZenerEn la mayoría de las aplicacio-

nes de circuitos electrónicos, losdiodos zener se utilizan como ele-mentos reguladores de tensión (re-cuerde que a veces decimos “ten-sión” y otras “voltaje”, dado que seemplea diferente término en distin-tos países); entonces, se mantienenpolarizados dentro de la zona deruptura zener.

Pero los diodos zener puedenutilizarse en muchas otras aplica-ciones. Un ejemplo de ello lo tene-mos en la figura 3. Vemos un circui-to formado por dos diodos zeneren configuración de formadoresde onda; se han conectado de for-ma encontrada, es decir, en polari-zación opuesta. Durante el primersemiciclo positivo de la señal senoi-dal, el diodo de la parte de arribaconduce, en tanto que el diodo dela parte de abajo se encuentra enla zona de operación zener. En la

salida se obtiene un me-dio ciclo positivo de for-ma cuadrada.

La intensidad de laseñal recortada es igualal voltaje zener (diodosen zona de ruptura),más 0.7 voltios (del dio-do en polarización di-recta). En el semiciclonegativo, la operación

se invierte: mientras que el diodode la parte de abajo conduce, eldiodo superior pasa al estado de lazona de operación zener. El efectototal es el de obtener en la salidauna forma de onda casi cuadra-da. Conforme se incremente el va-lor de intensidad de la señal senoi-dal de entrada, más perfecta serála señal cuadrada de salida.

Caracter sticas de los DiodosZener ComercialesHasta este punto hemos trata-

do las características de los diodoszener de manera teórica, pero esimportante tener en cuenta las ca-racterísticas técnicas de los diodoscomerciales, lo que permitirá reali-zar fácilmente la detección de fa-llas y la reparación.

En la elección de los diodos ze-ner el primer parámetro que debe-mos considerar es el voltaje de ze-ner Vz; de manera comercial en-contramos diodos para voltajesque van de 2,4 a 200 volts comovalores típicos. El segundo pará-metro que debemos considerar esla disipación de potencia, que indi-ca la cantidad máxima de energíaque el diodo puede disipar; enotras palabras, indica el valor máxi-mo de corriente que puede con-

ducir el diodo durante el procesode regulación. A mayor cantidadde corriente eléctrica el diodo re-quiere de un encapsulado másgrande, para poder disipar el calorque se genera debido a la mayorconducción de corriente eléctrica.

COMPROBACI N DE LOS DIODOS ZE-NER

Cuando sospeche que está fa-llando un diodo zener que se en-cuentra interconectado en una ta-blilla de circuito impreso, primerodebe comprobar que las resisten-cias limitadoras asociadas al diodoconserven su valor nominal indica-do en el cuerpo del dispositivo. Encaso de que no correspondan alvalor adecuado, proceda a reem-plazar dichas resistencias y conti-núe con el diagnóstico del diodozener.

Si las resistencias se encuentranbien, entonces encienda el apara-to y compruebe con el multímetrosi la tensión en los extremos del dio-do corresponde al voltaje zenerque se requiere en ese punto. Encaso contrario reemplace el ele-mento. Finalmente, si la falla persis-te, entonces desconecte el apara-to y desolde una de las terminalesdel diodo; enseguida, con el multí-metro en la función de óhmetro enel rango más bajo, compruebe laconductividad del diodo en am-bos sentidos: si conduce en un sen-tido y en el otro no, entonces se en-cuentra en buen estado; si condu-ce en ambos sentidos entonces seencuentra en corto; y si no condu-ce en ningún sentido, entonces es-tá abierto internamente.

QU ES UN MICR FONO?


142

Fig. 3

Los Micrófonos

El primer paso en la amplifica-ción, grabación o transmisión delos sonidos, es la conversión de lasondas sonoras en señales eléctri-cas para ser procesadas median-te circuitos electrónicos. El disposi-tivo encargado de este paso, esun transductor electroacústico lla-mado micr fono .

El tipo de micrófono más senci-

llo y primitivo es el de carbón, utili-zado fundamentalmente en losaparatos telefónicos.

Tel fonos y Micr fonos

Mientras continuaba experi-mentando con el telégrafo múlti-ple, Alexander Graham Bell (1847-1922) sentó las bases para la crea-ción y operación del teléfono. Pe-

ro para eso, primero tuvo que in-ventar de manera implícita el mi-crófono; por eso se le considera elinventor de este dispositivo. Esteprimer micrófono estaba basadoen el uso de partículas de carbónpara la transformación de una se-ñal sonora en una señal eléctrica.Al principio eran dispositivos volu-minosos y de mínima fidelidad, pe-ro debido a su papel fundamental

comenzaron a ser ampliamenteutilizados y, por consiguiente, per-feccionados.

EL TRANSDUCTOR

Mediante un transductor, unaenergía, puede ser transformadaen otra forma de energía. Porejemplo, haciendo uso de un dína-mo, la energía mecánica (movi-miento) de una bicicleta se trans-forma en energía eléctrica (co-rriente); a su vez, ésta es transfor-mada en energía luminosa me-diante una lámpara incandescen-te. Un transductor, puede definirsecomo un dispositivo capaz de to-mar en un extremo alguna variablefísica y expedir en su salida una se-ñal eléctrica que refleje fielmenteel comportamiento de dicha varia-ble; entonces, tenemos que un mi-crófono, una celda solar, una foto-resistencia, un termopar, etc., sontodos ellos transductores.

Con un micrófono el sonido seconvierte en señales eléctricas quesiguen las variaciones de intensi-dad de las ondas de sonido. Paracomprobar esto, puede hacer unexperimento que consiste en colo-car en serie un micrófono telefóni-co de carbón, un foco de 1,5 voltsy una pila del mismo voltaje (figura1). Al conectar el circuito, observa-rá que el foco enciende con unacierta intensidad luminosa; pero alhablar por el micrófono, se produ-cen ligeras variaciones en la inten-sidad de luz.

TIPOS DE MICR FONOS

Los micrófonos pueden utilizardiferentes tipos de transductores.Según el tipo de transductor utiliza-do, los micrófonos se clasifican enpasivos y activos; para los primerosse requiere una fuente de tensiónexterna, a fin de generar la señalelectrónica; por su parte, los acti-vos son capaces de generar unaseñal electrónica, aun cuando noestén conectados a ninguna fuen-te de tensión.

Micr fono de Carb nEste tipo de micrófono pasivo,

como el que se utiliza en los recep-tores telefónicos caseros, consisteen una cápsula cerrada de car-

bón, como la que mos-tramos en la figura 2. Encada extremo de ésta,hay un electrodo, uno fijoy otro que actúa comodiafragma (figura 3).

Como el carbón po-see una resistencia intrín-seca, a través de él pue-de circular una corrienteapreciable; sin embargo,cuando se trata de pequeños grá-nulos colocados ordenadamente,el punto de contacto entre esferases relativamente pequeño, por loque la corriente tiene menos espa-cio para circular, presentando lamasa de gránulos una resistenciarelativamente elevada.

Cuando una onda sonora llegahasta el diafragma, la presión delaire empuja los gránulos, compac-tándolos e incrementando el áreade contacto entre ellos, lo que fa-cilita la circulación de la corriente ydisminuye la resistencia que pre-senta la cápsula. En consecuencia,el micrófono de carbón producevariaciones en la circulación de lacorriente que circula por su interior,y de esta manera, modula a unaseñal eléctrica que posteriormentees amplificada.

Micr fono de capacitorEste micrófono pasivo se cons-

truye con dos placas metálicasconductoras cuya área es muy pe-queña (0.5 cm aproximadamente).En tanto una de estas placas semantiene fija y mediante un con-ductor eléctrico actúa como si fue-se placa de condensador, la otra -que se encuentra muy cerca y esmet lica- tiene cierta libertad demovimiento. Cuando las ondas desonido perturban a la placa móvil,ésta se separa ligeramente de laplaca fija; a su vez, esta variaciónproduce un cambio en la capaci-tancia del sistema.

Se le considera de tipo pasivo,puesto que para funcionar requie-re que las placas estén polarizadascon una fuente de corriente direc-ta constante; esta variación de lacapacidad es aprovechada porun circuito electrónico amplifica-dor, para finalmente formar la se-ñal de salida.

A estos capacitores se los cono-ce con el nombre de electrect.

MICR FONO DE BOBINA M V I L

Este micrófono activo (figura 4)es uno de los que más se utilizan.Básicamente, consiste en una bo-bina montada sobre una pieza deplástico muy ligero que sirve comodiafragma; éste, que por cierto selocaliza sobre un imán permanen-te, le confiere a la bobina capaci-dad de movimiento. El imán tienela función de generar un campomagnético estático, cuando lasondas sonoras llegan al diafragma;luego éste sigue las variaciones dela onda de sonido, con movimien-tos hacia adelante y hacia atrásde aquél. Así es como se induce enla bobina móvil una corriente eléc-trica, misma que es proporcionalen forma e intensidad a la señal dela onda de sonido que la generó.

Por sus propiedades, este tipode micrófonos se utiliza en ambien-tes profesionales, donde una bue-na respuesta en todo el espectroaudible (de 20 a 20,000 Hz) resultaindispensable.

Capítulo 9

143

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Micr fono de cristalEn este tipo de micrófonos acti-

vos, se aprovecha la propiedadpiezoeléctrica de algunos cristales.Dicha característica consiste engenerar una diferencia de poten-cial entre las caras del cristal, cuan-do éste sufre alguna deformacióna causa de la acción de una fuer-za externa. En los micrófonos decristal, una oblea de material pie-zoeléctrico va colocada entre dosplacas metálicas. Una de éstas esfija, y la que tiene una pequeña li-bertad de movimiento se encuen-tra unida a una pieza plástica muyligera que actúa como diafragma.Cuando una onda de sonido llegaal diafragma, se genera sobre lasuperficie de éste una presión va-riable; aplicada al cristal, esta fuer-za variable genera una diferenciade potencial que varía en la mismaintensidad que la onda de sonidooriginal; finalmente, esta tensiónvariable es recogida mediante loscontactos metálicos que soportanal cristal. Suele utilizarse como dis-positivo oculto para auditorios, ocomo micrófono espía.

CARACTERŒSTICAS DE LOS

MICR FONOS

Sólo algunos micrófonos tienenla capacidad de responder de

20Hz a 20kHz. Generalmente, estose debe a las deficiencias mecáni-cas y a la calidad de los materialesutilizados. Cuanto mayor sea elrango de frecuencia de operaciónde un micrófono, éste será consi-derado de mejor calidad.

SensibilidadLa sensibilidad de un micrófono

es la capacidad de éste para cap-tar los sonidos de menor intensidadposible. Entre más sensible sea, demayor calidad se le considerará.La sensibilidad se mide en decibe-les; en micrófonos profesionales,por ejemplo, un nivel de aproxima-damente -60 dB se considera ade-cuado. Cuanto más negativa es lasensibilidad, mejor es el micrófono.

DireccionalidadSe considera como direcciona-

lidad al espacio y dirección enque el micrófono puede ofreceruna buena recepción de los soni-dos. Para toda fuente de sonidoque se encuentre fuera de esta zo-na, no se asegura la generaciónde una señal eléctrica fiel y repro-ducible. De acuerdo con su direc-cionalidad o área de alcance, losmicrófonos se clasifican básica-mente en unidireccionales y omni-direccionales. Para los primeros, setiene un patrón receptivo como elque se muestra en la figura 5A. Estetipo de micrófonos se utiliza porejemplo en estudios degrabación. En el caso delos micrófonos omnidirec-cionales, como su nombrelo indica, existe un patrónde captación espacialmuy amplio y parecido auna burbuja alrededor deellos (figura 5B).

ImpedanciaSe define como “impe-

dancia” a la resistenciaque un dispositivo presentaal paso de la corriente al-

terna. En promedio, podemos ha-blar de micrófonos con impedan-cias de 300Ω como valor caracte-rístico. Este aspecto resulta defundamental importancia en el di-seño de los amplificadores que seencargan de recoger la señalproducida por el micrófono, yaque un acoplamiento de impe-dancias incorrecto puede disminuirconsiderablemente la calidad dela señal de audio obtenida inclusodel mejor micrófono.

Inmunidad al ruidoEs la capacidad de un micrófo-

no, para no ser perturbado poragentes externos que induzcan dealguna manera un cierto tipo desonido no deseado; por ejemplo,los golpes, las vibraciones, el aire,etc.

CONSIDERACIONES FINALES

Salvo que se trate de un pasa-tiempo o una actividad poco for-mal, en la elección de un micrófo-no tiene que considerar dónde ypara qué va a utilizarlo. El que serequiere para trabajar en un esta-dio de fútbol, no es apropiado pa-ra un auditorio o sitios cerrados. Si alos micrófonos pudiéramos consi-derarlos como extensión de nues-tros oídos y garganta, habría queocuparse también de sus condicio-nes. ***********************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos de edi-ción semanal, preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la co-laboración de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electró-nica internacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por HoracioVallejo y la colaboración de Oscar Montoya Figueroa.


Fig. 4

Fig. 5

A B

TVAUDIO


SSAABBEERR



INDICE DELCAPITULO 10PRIMERAS REPARACIONES EN EQUIPOS TRANSISTORIZADOSPrueba de transistores con el téster................147Análisis de montajes electrónicos ...................148Lo que puede estar mal...................................149Defectos y comprobaciones ...........................149Mediciones en pequeños amplificadores .....150Sustitución del componente............................151Equivalencias .....................................................152

MEDICIONES QUE REQUIEREN PRECISIONMétodo de compensación de Dubois-Reymond ...............................................153Método de compensación de Poggendorf .......154

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE MEMORIADispositivos de memoria ...................................155Aplicaciones de los circuitos de memoria.....155Técnicas de fabricación de las memorias digitales ............................................156Cómo trabaja una memoria digital ...............156Memorias de la familia ROM ...........................156

Memorias ROM ..................................................157Memorias PROM ................................................157Memorias EEPROM ............................................157Memorias UV-EPROM ........................................157Memorias de la familia RAM............................157Memorias SRAM .................................................158Memorias DRAM ................................................158Memorias VRAM ................................................158Memorias NOVRAM ..........................................158Memorias en equipos de audio y video ........158Memorias en computadoras PC.....................159RAM, Caché, ROM............................................159Memoria Flash....................................................159CMOS-RAM.........................................................159Memoria de video.............................................159

SCORPION 2: MICROTRANSMISOR DE FMEl Circuito............................................................159





PRUEBA DE

TRANSISTORES

CON EL T STER

Es de mucha utilidad,especialmente cuando nose tienen los datos t cni-cos del componente, sa-ber medir transistores,tanto dentro como fuerade un circuito electr nico,contando con la sola ayu-da de un mult metro. Eneste art culo se explicanlas t cnicas de prueba detransistores bipolares fue-ra del circuito y c mo localizar losterminales cuando el componenteest en buen estado, queda paraotra entrega la prueba de transisto-res dentro del circuito (sin quitarlo deste).

En general, los transistores bi-polares (NPN o PNP) están enbuen estado o no sirven, es decir,no admiten condiciones interme-dias que podrían hacer presumirque el elemento está agotado,por lo que pueden probarse sen-cillamente si se tiene un multíme-tro. En principio, para hacer laprueba, se debe conocer la pola-ridad (ya sea NPN o PNP) y la ubi-cación de los terminales como asítambién la ubicación de los ter-minales de la batería del multíme-tro respecto de sus puntas deprueba.

En la mayoría de los multíme-tros analógicos (a aguja) el bornemarcado con (+) corresponde al(–) de la batería interna que ali-menta el óhmetro. Esta es la con-vención que adoptamos en el ar-tículo.

Primero se debe comprobar elestado de la juntura base-emisory base-colector del transistor, lascuales se comportan como dio-dos, o sea de un lado conducen(baja resistencia) y polarizados ensentido inverso acusan alta resis-tencia.

Si el transistor es NPN, con lapunta conectada al borne (+) deltéster (que corresponde al nega-tivo de la batería interna) toca-mos el emisor del transistor y conla otra punta (negra del téster) to-camos la base, el multímetro de-be acusar baja resistencia, luego,

con la punta roja enbase y la punta negraen emisor, la aguja nodeflexionará, lo que in-dica una resistencia al-ta. El téster debe estaren la posición R x 10 o Rx 100 como indica la fi-gura 1.

La misma pruebadebe efectuar para laverificación de la juntu-ra base-colector, o sea,con la punta roja en ba-se y la negra en colec-tor no debe conducir e,

invirtiendo las puntas, la resisten-cia debe ser baja.

Esta prueba es válida tantopara transistores de silicio comode germanio, ya sean de poder ode baja señal (recuerde que eltéster debe estar en el rango R x10 o R x 100).

Para transistores de germanio,la resistencia inversa de las juntu-ras no es tan elevada como en elcaso de los de silicio y, por lo tan-to, podría producirse una peque-ña deflexión de la aguja cuandose realiza la medición.

Cuando se miden las junturasde un transistor PNP se sigue elmismo procedimiento, sólo queahora la aguja deflexionarácuando la punta roja esté en labase y la negra en cualquiera delos otros dos terminales, comomuestra la figura 2.

Si al hacer la medición de lasjunturas, ambas lecturas dan bajaresistencia el transistor está encorto y si en las dos medidas selee alta resistencia está abierto.En los dos casos el componenteno sirve.

Una vez medidas las junturasse debe comprobar que no hayacortocircuito entre colector yemisor, por lo tanto, la lectura deresistencia entre estos terminales

Capítulo 10

147

Capítulo 10

Primeras Reparaciones enEquipos Transistorizados

Fig. 1

Fig. 2

debe ser muy alta sin importar có-mo se conecten los terminales.

La figura 3 muestra esta medi-ción para un transistor NPN.

Si tenemos un transistor delcual suponemos que está enbuen estado y no sabemos si esNPN o PNP y ni siquiera conoce-mos la ubicación de los termina-les, debemos primero identificarla base. Con el téster en R x 10 oR x 100 colocamos una punta enun terminal y con la otra punta to-camos alternativamente los otrosdos. Hacemos esto con los tres

terminales; luego, la base seráaquélla en que la aguja haya de-flexionado, tanto si la punta res-tante está en un terminal comoen el otro.

Como ejemplo, supongamosque colocamos la punta roja deltéster (negativo de la batería in-terna) en lo que creemos que esla base, y se presentan los casosde la figura 4. Analizando la mis-ma se llega a la conclusión deque en ningún caso hubo defle-xión como se planteó inicialmen-te; por lo tanto, buscando la base

con la punta ne-gra (positivo de labatería interna)invertimos las pun-tas.

En la figura 5 seve que con unapunta en la basey con la otra to-cando alternati-vamente los otrosterminales, seconsigue defle-xión en ambos

sentidos. Luego, el transistor esNPN.

Si encontramos la base, cuan-do en ésta colocamos la puntaroja (marcada con “+” y corres-pondiente al negativo de la ba-tería interna), el transistor es PNP.

Sólo resta ahora localizar elemisor o el colector del transistor;luego por descarte también sa-bremos cuál es el tercer terminal.

Para la localización del emisorcolocamos el téster en la escalamás alta del óhmetro, el cual secomporta como un medidor decorriente (el téster como óhmetroen realidad es un microamperí-metro) conectado entre emisor ycolector del transistor con la pun-ta de polaridad correcta en elemisor. Por ejemplo, si el transistores NPN, la punta roja (negativo dela batería) la colocamos en elque “creemos” que es el emisor.De esta manera el transistor que-da preparado para conducir enpolarización fija si se le colocauna resistencia entre base y co-lector. Para la prueba empleamosla resistencia de los dedos denuestra mano como elemento depolarización, como se ve en la fi-gura 6.

En esta figura se supone que elterminal (1) es el emisor de untransistor NPN y el (2) es el colec-tor, luego la aguja deflexiona. Si elterminal elegido como emisor nolo fuera, entonces la aguja no de-flexionaría, o lo haría muy poco.

Le recomendamos repetir va-rias veces esta prueba con tran-sistores identificados con el obje-

to de adquirirpráctica. Losconceptos da-dos son válidospara todos lostransistores y sonmuy útiles, tantoa la hora del ar-mado como dela reparación.

AN LISIS DE

MONTAJES

ELECTR NICOS

El an lisis deun prototipo queno funciona o que

Primeras Reparaciones en Equipos Transistorizados

148

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

presenta un comportamiento defi-ciente o tambi n de un aparato co-mercial que no funciona bien, es algoque muchos armadores no saben c -mo hacer.

C mo encontrar los problemasen un aparato armado? C mo inter-pretar las indicaciones de un mult -metro o los s ntomas que se consta-tan y llegar a la ra z del problema?Ese es el tema que trataremos ahoraen una serie de art culos en los quenos dedicaremos a circuitos t picosen los que incluiremos distintas cla-ses de defectos mostrando lo queocurre con las tensiones que se mi-den en cada caso.

Iniciamos el artículo con un cir-cuito que es bastante común yque también, en gran parte delos casos, resulta ser el primermontaje que realiza un estudian-te aficionado: un pequeño trans-misor de FM (figura 7).

Es común que haya fallas enun circuito de esa clase cuandodiversos problemas pueden ha-cer que no oscile o que lo efec-túe de manera deficiente.

Es claro que el armador inex-perto no siempre tiene la facili-dad de descubrir con un simpleanálisis visual lo que está mal y noes raro que le eche la culpa a larevista o al autor del proyecto.

Tan importante como armares saber lo que está mal en unmontaje cuando el equipo nofunciona.

Por eso damos, en este artícu-lo y otros subsiguientes, informa-ciones de gran utilidd para la for-mación del técnico reparador,del técnico que logra analizar yreparar sus montajes así como losde otros.

Lo que puede estar malVarias son las posibilidades de

error en un montaje que puedenconducir a un funcionamientodeficiente. Podemos dividir esasposibilidades en dos grupos: lasque se deben al armador y lasque se deben a los componentesusados.

Errores del armador:- Inversi n de conexiones- Inversi n de componentes- Cambio de valores

Problemas con loscomponentes:- Componentes da ados- Soldaduras fr as- Cortocircuitos

NUESTRO CIRCUITO

El circuito que se propone pa-ra analizar se ve en la figura 7.

Se trata de un pequeño trans-

misor de FM con micrófono deelectret alimentado por una ten-sión de 6V. Los puntos indicadosson puntos de medida, en los queapoyaremos la punta de pruebaroja del multímetro en la escalade tensiones hasta 6 volt.

El punto A es para la conexiónde la punta de prueba negra ypasa a ser la referencia para lastensiones que se midan.

Con el circuito normal se cons-tatan las tensiones siguientes:

Puntos ........................Tensiones1 ...........................................2,952 ...........................................1,723 ...........................................1,144 ...........................................5,985 ...........................................5,986 ...........................................5,98

Es claro que estas tensionespueden variar hasta un 10% se-gún la tolerancia de los compo-nentes y las característics del ins-trumento usado. Tomamos comobase un multímetro de 10.000Ωpor volt en la escala DC usada.

Podemos explicar fácilmenteesas tensiones en un buen apara-to. En el punto 1 tenemos la ten-sión de polarización del electret,que es aproximadamente la mi-tad de la tensión de alimentacióndada por R1. El valor de R1 tam-bién puede variar bastante cuan-do la tensión en el micrófonoquede entre 2 y 89 volt.

En el punto 2 tenemos la ten-sión de base del transistor oscila-dor que es aproximadamente

Capítulo 10

149

Fig. 6

Fig. 7

0,6V mayor que la tensión delemisor constatada en el punto 3.

En los puntos 4, 5 y 6, dada labaja resistencia del bobinado deLI, encontramos prácticamente latensión de la fuente, o sea: cercade 6,0V.

1er. defectoEl primer defecto que analiza-

remos nos lleva a la siguiente ta-bla de medidas:

Punto .......................Tensión (V)1 ...........................................2,432 ...........................................2,183 ...........................................1,434 ...........................................5,985 ...........................................5,986 ...........................................5,98

En este caso el aparato no os-cila y por consiguiente no emiteseñal alguna. Como podemosver, tenemos una tensión de basedel emisor anormalmente alta(puntos 2 y 3). Pero mientras su di-ferencia se mantenga cerca de0,6V, significa en principio que eltransistor está bien. También estábien el divisor de tensión formadopor R2 y R3, lo que nos lleva a lassiguientes posibilidades de falla:capacitor C2 o C3. Vea que labobina tiene continuidad ya quela tensión en el punto 4 es igual ala de la batería. Por eliminaciónllegamos a C3, pues con C2 conproblemas aún tendríamos oscila-ción, a no ser que estuviese encorto. En caso de corto la tensiónen el punto 2 debería ser de 6V, loque no sucede.

Sustituyendo C3, el aparatovuelve a funcionar normalmente.Vea que ese capacitor debe sercerámico, de buena calidad (deplaca, por ejemplo), pues la hu-medad o una pequeña induc-tancia impiden la realimentacióny, por consiguiente, la oscilación.Los capacitores inductivos, comolos tubulares o los de poliéster, nosirven para esta función.

2… defectoSin oscilación, se constatan las

tensiones siguientes:

Punto .......................Tensión (V)1 ...........................................2,582 ...........................................0,77

3 ...........................................0,054 ...........................................0,065 ...........................................5,986 ...........................................5,98

La tensión anormalmente bajadel colector (4) es lo que más lla-ma la atención. Sin duda se debea una interrupción en la bobina oa una soldadura fría. La tensiónde base del transistor, de 0,77V, in-dica que este componente estáaparentemente bien, así como eldivisor formado por R2 y R3.

Como la falta de polarizacióndel colector no recibe la corrien-te principal del transistor, la ten-sión en el punto 3 cae práctica-mente a cero. Es suficiente resol-dar la bobina para que el trans-misor funcione bien.

3er. defectoEste defecto también impide

la oscilación. Las tensiones medi-das son:

Punto .......................Tensión (V)1 ...........................................2,582 ...........................................2,693 ...........................................2,234 ...........................................5,985 ...........................................5,986 ...........................................5,98

Medimos en este caso unatensión anormalmente alta en labase del transistor.

La diferencia entre la tensiónen el punto 2 y la tensión del emi-sor 3 es menor de 0,6V por lo queprácticamente no circula corrien-te entre esos dos elementos.

La tensión anormalmente altadel emisor 3 indica también queno hay pasaje de corriente por elpunto a tierra (A).

Sospechamos de inmediatode R4, que puede tener mal elvalor o haberse alterado aumen-tando o está totalmente abierta.Las tensiones de los puntos 4, 5 y 6se mantienen normales cuandoexiste este defecto.

4… defectoEn este caso tampoco tene-

mos oscilaciones. Las tensionesmedidas fueron:

Punto .......................Tensión (V)1 ...........................................2,56

2 ...........................................0,003 ...........................................0,004 ...........................................5,985 ...........................................5,986 ...........................................5,98

Es evidente la falta de polari-zación de la base de Q1, ya queen el colector hay tensión y, porconsiguiente, la batería está enbuenas condiciones. Eso nos llevade inmediato a R2 que está abier-ta. Un corto entre el emisor y labase del transistor también dismi-nuiría esa tensión pero a un valormayor que cero.

Otros defectosEl capacitor C2 abierto no

produce muchas alteraciones enla tensión, pero disminuye el ren-dimiento del circuito. C1 abiertono influye en las tensiones peroproduce falta de modulación (so-nido).

MEDICIONES EN

PEQUE OS

AMPLIFICADORES

Cuando se queman los transisto-res de salida de amplificadores deaudio, el equipo "enmudece". Si bienla localizaci n del problema es casiinmediata, la sustituci n representala mayor dificultad ya que muchas f -bricas usan c digos propios para esecomponente y eso impide que seidentifiquen las caracter sticas y, porconsiguiente, el empleo de equiva-lentes que puedan conseguirse en elmercado con facilidad. Damos a con-tinuaci n, algunos datos para susti-tuci n de esos componentes con unbuen margen de seguridad.

La mayoría de los amplifica-dores de audio de equipos de so-nido comerciales, tales como re-ceptores, tres en uno, etc., utilizanetapas de potencia en simetríacomplementaria, como la confi-guración que se muestra en la fi-gura 8.

En este circuito, cada uno delos transistores de salida amplificala mitad del ciclo de la señal, demanera que la unión posterior delas dos mitades en el altoparlantereproduce el ciclo completo. Lossemiciclos positivos son conduci-


150

dos por uno de los transistores ylos negativos por otro comomuestra la figura 9.

El transistor "driver" (excitador)polariza esta etapa de modo quehaya una distribución de la señal(semiciclos) entre los transistores,en forma equitativa para que enla amplificación no haya distor-sión.

En los circuitos comunes, elpunto de reposo, es decir, cuan-

do no hay señal amplifi-cada, lleva la salida auna tensión igual a la mi-tad de la tensión de ali-mentación (figura 10). Enfuncionamiento, esa ten-sión oscilará para más opara menos, según la po-laridad de la señal repro-ducida, es decir, segúnque conduzca uno u otrotransistor. Estos transistoresde salida son justamentelos que trabajan en el ré-gimen más "pesado" en

un amplificador, debiendo sopor-tar toda la corriente especificadapara la potencia máxima.

Cuanto mayor es la potenciadel amplificador, mayor es la co-rriente máxima soportada por es-tos transistores.

En función de la tensión pro-porcionada por la fuente del am-plificador y de la corriente máxi-ma que soportan los transistoresen esta etapa, el técnico puedeevaluar su potencia sonora confacilidad. Y en el caso de que al-guno se haya quemado puedeindicar equivalentes que debe-rán funcionar tan bien como losoriginales.

SUSTITUCI N DEL COMPONENTE

Cuando uno de los transistoresde la etapa de salida se quema(o los dos) suelen "arrastrar" tam-bién los resistores del emisor quese habrán recalentado. Tambiénes conveniente verificar el elec-

trolítico en serie con el altoparlan-te para ver si el quemado no seprodujo por su entrada en corto(figura 11).

Teniendo en cuenta el esque-ma se verifica si el transistor que-mado es el NPN o el PNP y si es deltipo Darlington o común (figura12).

En principio podemos sustituirel transistor quemado por uno delmismo tipo con la corriente máxi-ma de colector (IC) igual o ma-yor.

La tensión máxima entre el co-lector y el emisor del sustituto(VCE máx.) debe ser igual o ma-yor que la del transistor sustituido.

La polaridad del transistor esmuy importante pues no pode-mos sustituir un PNP por un NPN yla disposición de los terminalesdebe verificarse. Debe darse pre-ferencia a un transistor con la mis-ma disposición de terminales queel original, pues eso normalmentefacilitará su colocación en fun-ción de la necesidad de un con-tacto con el disipador.

Vea que estos transistores semontan en disipadores con unaislador, como muestra la figura13. El aislador, untado con pastade silicona, aísla la electricidad,es decir, evita el contacto eléctri-co de la aleta (conectada al co-lector) con el disipador pero noimpide el pasaje de calor. Laelección del sustituto puede ha-

Capítulo 10

151

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 12

Fig. 11

cerse fácilmente a partir de las su-gerencias que damos en la tabla.

EQUIVALENCIAS

Las equivalencias mostradasen la tabla 1, se dan para transis-tores en función de la potenciadel amplificador y la tensión de lafuente.


152

Fig. 13Tabla 1

Potencia del amplificador NPN PNP Vce

hasta 5W.........................................BD135 BD136 45.........................................................BD137 BD138 60.........................................................BD139 BD140 80de 5 a 10 watts ..............................BD233 BD234 45.........................................................BD329 BD330 20..........................................................TIP29 TIP30 40de 10 a 15 watts ............................BD433 BD434 22.........................................................BD435 BD436 32.........................................................BD437 BD438 45de 15 a 25 watts ............................BD675 BD676 45(D)..........................................................TIP31 TIP32 40.........................................................BD677 BD678 60(D)..........................................................TIP41 TIP42 40

(D) DarlingtonLos valores dados son por canal.Para potencias mayores siempre es aconsejable usar los originales.

Mediciones que Requieren Precisión

El potenciómetro es un instru-mento para la medida defuerzas electromotrices des-

conocidas o de una diferenciade potencial comparada en untodo o en parte con una diferen-cia de potencial conocida, pro-ducida por el flujo de una co-rriente conocida en una red cir-cuital de características conoci-das.

Básicamente están constitui-dos por divisores resistivos de ten-

sión y una tensión estable y cono-cida con precisión, la que estádada por una pila patrón.

Veamos un circuito simple, fig.1, se logra la compensacióncuando un galvanómetro conec-tado en el circuito del elemento Eno da desviación alguna.

Entonces la f.e.m. del ele-mento compensado es igual ala tensión U entre los puntos A yB. Si R es la resistencia existenteentre dichos puntos, e I la inten-

sidad de la corriente, se sigue IR= E (en volt).

Ahora bien, esta ecuaciónpuede aprovecharse de diver-sos modos, por ejemplo, par-tiendo de E y R, se podría deter-minar la intensidad I, es decir:podría aprovecharse la cone-xión para contrastar un amperí-metro, o bien, midiendo I y R de-terminar E.

Sin embargo, en la medida defuerzas electromotrices se proce-de generalmente así: se conec-tan sucesivamente el elemento aestudiar E y el normal de f.e.m. E,y se compensan.

Entonces se obtienen dosecuaciones:

Ex = Ix . Rx y En = In . Rn

de las cuales se deduce:

Ex Ix . Rx—— = ————En In . Rn

En la práctica se deja I o Rconstante durante las dos com-pensaciones y entonces se tiene:

Fig. 1

Ex Rx— = ————En Rn

también:

Ex Ix— = ————En In

En el primer supuesto está fun-dado el método de compensa-ción de Dubois-Reymond y en elsegundo, el de Poggendorf.

Finalmente, ambos métodospueden emplearse sucesivamen-te en una misma medida, comose hace con los aparatos de com-pensación.

M TODO DE COMPENSACI N

DE DUBOIS-REYMOND

Los dos elementos, E y E, va-riando la resistencia colocada en-tre los puntos de derivación y de-jando constante la intensidad I dela corriente, deben compensarseuno después del otro.

Al variar la resistencia R no de-be introducirse variación algunaen la resistencia total del circuitoA E B A, fig. 2. El modo más cómo-do para conseguir eso es efectuarla medición con un puente de hi-lo, suponiendo que el punto decorredera sea el punto de deriva-ción.

Desplazando el contacto varíala resistencia R, sin variar la resis-tencia total. Según lo dicho, seconectará un elemento constan-te E, normalmente un acumula-dor, a los extremos del hilo calibra-

do, y se conecta el elemento amedir E o el normal E entre uno delos extremos del hilo y el contactode corredera C.

En el circuito de compensa-ción se conecta, además, un gal-vanómetro GD y una resistenciade protección RA; desplazando elcontacto C, los dos elementos secompensan.

El cambio de E por E puedeconseguirse por medio de un con-mutador c. La corriente I, que pa-sa por el hilo en las dos posicionesdel contacto, correspondientes alas dos compensaciones, debeser la misma, porque las lecturasse hacen solamente cuando porel galvanómetro no pasa corrien-te.

Según lo dicho anteriormente,las dos fuerzas electromotrices E yE son proporcionales a las resisten-cias r y R, comprendidas entre lospuntos de derivación A y C o C,respectivamente; por tanto:

Ex Rx— = ————En Rn

Si el contacto C se encuentradespués de la primera compensa-ción en la división 1, y después dela segunda, en la 1, las resistenciasR y R, comprendidas entre lospuntos de derivación, serán pro-porcionales a las longitudes del hi-lo 1 y 1, es decir:

Rx 1x— = ————Rn 1n

y, por consiguiente, se tendrátambién,

Ex Ix— = ———En In

o sea:

IxEx = —— . En

In

En este método, ni la resisten-cia interna del acumulador E, ni 1de las conexiones tienen influen-cia alguna, ya que intervienen enlas fórmulas.

Supongamos que tenemosuna pila patrón de 1,01874V, y enlas medidas se ha encontradoque 1 = 84 cm y que 1 = 62 cm.Aplicando la última fórmula tene-mos:

84Ex = — . 1,01874 = 1,38023V

62

Capítulo 10

153

Fig. 2

Fig. 3

M TODO DE COMPENSACI N

DE POGGENDORF

En este método se deja inva-riable la resistencia R entre lospuntos de derivación y la com-pensación se efectúa variando laintensidad de la corriente.

Para ello se conecta entre di-chos puntos una resistencia cuyovalor simplifique los cálculos, porej. de 1.000 ohm y en el circuitodel acumulador una caja de resis-tencias de precisión (vea la figura3 de la página anterior). Al com-pensar el elemento normal En, laresistencia que se encuentra en elcircuito principal será:

E1 EnIn = ——— = ———

Rn + R R

Al compensar E se ha obteni-do una resistencia r; conservandola misma resistencia r de antes, setendrá:

E1 EnIx = ——— = ———

Rx + R R

Dividiendo ambas ecuacionesobtenemos:

1x Rn + R Ex— = ———— = ———In Rx + R En

de donde deducimos:Rn + R

Ex = ———— . En (volt)Rx + R

Los resultados obtenidos poreste procedimiento no son inde-pendientes de la resistencia delacumulador E ni de las conexio-nes, porque ellas se encuentranincluidas en Rn y R. Sin embargo,cuanto mayor sea el valor de R,tanto mayores habrá que hacerque sean los valores de Rn y R. Siéstos son lo bastante grandes, encomparación con los de aquellas

resistencias, pue-de despreciarsesu influencia.

Estos métodostambién puedenutilizarse en la me-dida de corrientecontinua y de re-sistencias. En elcaso de corrientelo que se hace esmedir la caída de

tensión sobre una resistencia debajo valor y de valor conocidocon exactitud. Fig. 4.

Las medidas de resistencia seefectúan por comparación detensiones, medidas con el poten-ciómetro. Fig. 5. La resistencia amedir se conecta en serie conuna resistencia normal R, del mis-mo orden de magnitud y se envíapor ambas una corriente de inten-sidad I adecuada.

Medimos con el potencióme-tro, la caída de tensión sobre ca-da una y obtenemos:

U = IR y U = IR

Dividiendo ordenadamente,deducimos:

Ux Rx—— = ———Un Rn

o sea

UxRx = ——— . Rn

Un

Como elemento indicador deequilibrio es necesario usar instru-mentos de bobina móvil de muyalta sensibilidad; para ello se utili-zan imanes muy potentes y bobi-nas móviles, suspendidas por me-dio de cinta tensa, para eliminarla fricción de los pivotes. Además,en muchos casos se obtiene unaumento muy grande de la sensi-bilidad, si se reemplaza la agujapor un pequeño espejo, sobre elcual se proyecta un haz de luz, elque se refleja sobre una escalatranslúcida. Esto es equivalente auna aguja de más de un metro delongitud.

Si bien no es probable que nosencontremos con estos tipos deinstrumentos de medición, y apesar de ser métodos desarrolla-dos hace muchos años, estosaparatos aún se encuentran enuso en los laboratorios de gran-des empresas y, si bien hoy es po-sible conseguir voltímetros digita-les de seis cifras o siete, debemostener en cuenta que no existeotra posibilidad que el potenció-metro y la pila patrón para su ca-libración.


154

Fig. 5

Fig. 4

DISPOSITIVOS DE MEMORIA

A los elementos que permitenretener información para su pos-terior uso o reproducción, se lesllama “dispositivos de memoria”.En este sentido, cualquier medioque permita registrar informa-ción, como una hoja de papel,una tarjeta perforada, una cintamagnética, un disco compacto oun circuito electrónico son, porese hecho, dispositivos de memo-ria.

En la tecnología electrónica,los dispositivos de memoria sepueden clasificar en dos grupos:

1) Los que se utilizan para gra-bar y reproducir informaci n deuso final.

2) Los que se emplean paragrabar y reproducir informaci nde uso intermedio.

En el primer grupo encontra-mos al disco compacto de audiodigital, al CD-ROM, a los video-cassettes en sus diversas modali-dades, al disco láser de video,etc. En el segundo grupo se inclu-yen a las memorias electrónicasen circuito integrado, a los discosduros de computadora, etc.

Y aunque ésta no es una clasi-ficación muy técnica, la emplea-mos para distinguir entre el tipode información de usuario pro-piamente dicha, de la informa-ción que se utiliza para apoyar laoperación de sistemas electróni-cos que procesan datos para undeterminado fin. Por ejemplo, esdistinta la información musicalque se graba en un CD, de la in-formación correspondiente al sis-tema operativo que se almacenaen los circuitos de memoria RAMde una computadora, aunqueen ambos casos se trate de datosen forma de bits.

Desde esta perspectiva, po-dríamos comparar a los dispositi-vos que se emplean para grabary reproducir información de usointermedio, con aquellas porcio-nes del cerebro humano que al-macenan los recuerdos u otros

datos que le permiten a este ór-gano vital tomar decisiones.

APLICACIONES DE LOS CIRCUITOS

DIGITALES DE MEMORIA

En la electrónica moderna, loscircuitos de memoria cada veztienen mayor presencia. Se losaplica en computadoras, televi-sores, videograbadoras, repro-ductores de CD, videojuegos, eincluso en lavadoras automáti-cas, calculadoras de bolsillo y re-lojes de cuarzo. Su función con-siste en almacenar instrucciones,operaciones, resultados de ope-raciones aritméticas y lógicas,etc., ya sea de manera temporalo definitiva, para luego reutilizaresta información en la ejecuciónde alguna instrucción subsecuen-te. Fundamentalmente, la aplica-ción de circuitos de memoria tie-ne que ver con sistemas electró-nicos donde se procesan datos,se toman decisiones lógicas, selleva un control de determinadoseventos, se guarda cierto estadode las cosas como referencia fu-tura, etc. Es decir, se emplean enregistros de control y de almace-namiento que apoyan el funcio-namiento de circuitos y subsiste-mas específicos en computado-ras, audio, video, sistemas decontrol, etc. (figura 1).

NOTA HIST RICA

El surgimiento de los dispositi-vos de memoria está íntimamen-

te ligado al desarrollo de los siste-mas de cómputo, aunque el pri-mer elemento de memoria cono-cido tenía más bien una funciónde control; nos referimos a las tar-jetas de madera perforadas, uninvento del francés J. Marie Jac-quard que permitía controlar elpatrón de tejido de los telaresmecánicos, y el cual data de1805.

A finales del siglo XIX, el nor-teamericano Hermann Hollerithaprovechó el principio de tarjetasperforadas para manejar las ci-fras del censo de Estados Unidosde 1890, tarea que pudo llevar acabo en tan sólo dos años y me-dio, cuando antes tomaba ochoo más años. Con el paso del tiem-po, Hollerith participó en la crea-ción de la Computing TabulatingRecording Company, empresa queen 1957 dio origen a la Internatio-nal Business Machines Corporation,mejor conocida por sus siglas:IBM.

A principios del siglo XX se de-sarrollaron las primeras calcula-doras eléctricas, cuya operaciónse basaba en la apertura y cierrede un gran número de relevado-res, cada uno de los cuales fun-cionando como unidad de me-moria de un dato elemental. Yaen los años 40’s, con la apariciónde la ENIAC, la primera computa-dora completamente electróni-ca, surgieron las primeras memo-rias construidas con válvulas devacío (bulbos). Pero como la in-formación almacenada se per-día irremediablemente en cuantose apagaba la máquina, los da-

Capítulo 10

155

Dispositivos Electrónicos de MemoriaFig. 1

tos se almacenaban en una cintaperforada de papel como unmedio de memoria permanente.

Es importante mencionar quelos dispositivos de memoria tuvie-ron un impulso en su desarrollo,precisamente en los años 40’s,cuando se sentó el modelo teóri-co en el que se basarían los dise-ños de las computadoras. Enefecto, en 1944 John Von Neu-mann propuso la idea de introdu-cir en la memoria de trabajo de lamáquina tanto el programa aejecutar como los datos a proce-sar. Desarrollos posteriores permi-tieron diseñar memorias máscompactas , como la de anillos

magnéticos, basada en una redde conductores eléctricos en for-ma de matriz, con sendos anillosde material ferromagnético encada unión. Sin embargo, fuecon el advenimiento de los tran-sistores que se pudo diseñar unanueva generación de memoriaselectrónicas, significativamentemás pequeñas, con una mayorvelocidad de respuesta y unaoperación general mucho másconfiable.

A fines de los años 50’s, con eldesarrollo de la tecnología planarpor parte de la compañía Fair-child, fabricante de semiconduc-tores, surgieron los primeros circui-tos integrados, en los cuales seempaquet una gran cantidad

de componentes en una solapastilla de silicio con un encapsu-lado sencillo.

Las capacidades actuales delos circuitos de memoria son real-mente sorprendentes; por ejem-plo, se han anunciado chips ca-paces de almacenar hasta 16 mi-

llones de bytes, lo que significaque un módulo de 32MB de RAMse podría construir con tan sólodos de estos integrados; y todoparece indicar que los desarrollosen este campo seguirán por tiem-po indefinido.

T CNICAS DE FABRICACI N

DE LAS MEMORIAS DIGITALES

Las técnicas de fabricaciónde las memorias digitales, no di-fieren sensiblemente de las quese utilizan en cualquier otro circui-to integrado, incluidos los moder-nos microprocesadores. En efec-to, se utiliza tecnología MOS gra-bando millones de minúsculostransistores en grandes obleas desilicio, utilizando para ello méto-dos de fotograbado muy similaresa los de la litografía (figura 2). Es-to ha permitido la fabricación dememorias de capacidad cre-ciente sin que por ello su costo seincremente (al contrario, tiende adisminuir considerablemente);por lo tanto, en la actualidad po-demos hablar fácilmente de siste-mas de cómputo que po-seen varios millones de by-tes de memoria instaladasin que eso implique unprecio excesivo.

C M O TRABAJA UNA

MEMORIA DIGITAL

Una memoria digital esun dispositivo que almace-na estados lógicos, es de-cir, 1’s y 0’s. Para ello, re-quiere de un sistema de en-

trada de datos, un sistema de di-reccionamiento de los datos ha-cia localidades de memoria es-pecíficas y un método para recu-perar o dar lectura a la informa-ción ya grabada. Para llevar acabo estas funciones, es necesa-ria la presencia de tres buses in-dependientes, pero que interac-túen estrechamente entre sí: elbus de datos, el de direcciones yel de control. Vea en la figura 3una explicación gráfica de paraqué sirve cada uno de ellos.

Por ejemplo para guardar undato específico en una memoria,la información correspondientese coloca en el bus de datos,mientras que en el de direccionesse identifica la casilla específicadonde será almacenada dichainformación; por su parte, en elbus de control se indica qué se vaa hacer con ese dato (guardarlo,dejarlo pasar, etc.) Una vez alma-cenada la información, ésta per-manece en dicha localidad dememoria tanto tiempo como estéenergizado el sistema, y si en unmomento dado se desea leer losdatos, simplemente en el bus decontrol se envía una orden delectura, en el de direcciones laubicación de la casilla de interés,y la memoria coloca su informa-ción en el bus de datos. Este pro-ceso puede repetirse millones deveces por segundo.

MEMORIAS DE LA FAMILIA ROM

Las primeras memorias semi-conductoras que se utilizaron fue-ron del tipo ROM (Read Only Me-mory o memoria de s lo lectura).Como su nombre lo indica, estos


156

Fig. 2

Fig. 3

Capítulo 10

157

dispositivos se diseñaron para al-macenar datos que sólo puedenser leídos por el usuario, pero nomodificados, lo cual resulta degran utilidad en aparatos quesiempre trabajan con las mismasrutinas o principios; de esta ma-nera, el programa requerido pa-ra la operación de los circuitos in-volucrados, se graba en unaROM para que el microprocesa-dor lo ejecute sin variaciones.

A su vez, dentro de la familiade memorias ROM se encuen-tran varias categorías. ROM,PROM, EEPROM y UV-EPROM.

Memorias ROMEstrictamente hablando, és-

tas fueron las ROM originales. Sucaracterística principal es que lainformación queda grabada pormedios físicos en la pastilla de sili-cio (por lo general, en forma deun diodo conectado a un par delíneas cruzadas).

En la figura 4 se muestra laconfiguración básica de esteelemento de memoria; observeque se trata de un arreglo resis-tencia-diodo en el que se alma-cena un dato, consistente de

una tensión alta o baja(bit), dependiendo de siexiste o no un diodo entreambas líneas.

Memorias PROMEn este tipo de memo-

rias se utiliza una configu-ración similar a la anterior(resistencias y diodos),con la diferencia de quetodos los diodos tienenasociado un fusible, elcual puede ser fundidomediante pulsos eléctri-cos en las celdas conve-nientes, para definir elarreglo de unos y ceroscorrespondientes a la in-formación que va a ser al-macenada. Ver figura 5.

Por esta capacidadde programaci n , a ta-les elementos se les cono-ce con el nombre dePROM (ProgrammableRead Only Memory o me-moria de s lo lectura pro-gramable). Y no obstanteque ofrecen un cierto

grado de flexibilidad, una vezque estas memorias son progra-madas su información ya es per-manente, quedando como unaROM convencional, lo cual esuna desventaja cuando llega acometerse algún error en el pro-grama o llega a requerirse deter-minado cambio funcional, pues-to que el circuito ya no puedereutilizarse.

Memorias EEPROMEl siguiente paso en el desarro-

llo de las memorias digitales, fueun elemento capaz de ser pro-gramado por el usuario, pero conla posibilidad de modificacionesposteriores en la información al-macenada. A dicho elemento sele llamó EEPROM, por las siglasde Electrically Eraseable PROM, oPROM borrable eléctricamente.Como su nombre lo indica, este ti-po de memorias están constitui-das por celdas cuya informacióndigital puede ser grabada o bo-rrada por el usuario mediante unpulso de tensión de característi-cas adecuadas, lo cual es unagran ventaja en actividades di-versas donde se requiere hacer

cambios en los datos o en los pro-gramas de trabajo.

Memorias UV-EPROMEl desarrollo más reciente en

el terreno de las memorias digita-les de la familia ROM, es un circui-to capaz de ser programado yposteriormente borrado con ex-trema facilidad, pero no median-te un pulso eléctrico (lo cual enocasiones llega a destruir algunasceldas, dejando inutilizado porcompleto al chip), sino medianteuna radiación intensa de luz ultra-violeta, de ahí precisamente elnombre de UV-EPROM (Ultra-Vio-let Erasable PROM o PROM borra-ble por ultravioleta).

Este tipo de memorias son lasmás empleadas actualmente enaplicaciones donde se requiereun dispositivo de sólo lectura, pe-ro lo suficientemente flexible co-mo para poder ser modificado elprograma o los datos contenidos.Usted las puede identificar poruna ventana en la parte supe-rior, justamente por donde se ex-pone al chip a las emisiones ultra-violeta cuando va a ser borrada.

MEMORIAS DE LA FAMILIA RAM

Las memorias ROM satisfacenuna buena parte de las necesi-dades de tipo informático y elec-trónico, pero no todas, especial-mente aquéllas en las que se re-quiere almacenar datos o unprograma de manera temporal.Precisamente, las memorias quecubren esta necesidad son lasRAM (Random Access Memory omemoria de acceso aleatorio), delas cuales existen diversas cate-gorías, a saber: SRAM, DRAM,VRAM y NOVRAM.

En una memoria RAM es posi-ble escribir, leer, modificar y bo-rrar información cuantas vecesse requiera, sin necesidad de re-currir a técnicas especiales y entiempo real , o sea, sin tener que

retirar el circuito para volverlo aprogramar, como sucede con lasROM. La única desventaja deri-vada de su propia flexibilidad, esque sólo puede servir de alma-cén de datos binarios si se en-cuentra energizada (con su ten-

Fig. 4

Fig. 5

sión de alimentación convenien-temente aplicado), de tal mane-ra que si se produce un fallo deenergía la información se pierdeirremediablemente, lo que no pa-sa con las ROM.

Memorias SRAMSRAM corresponde a las siglas

de Static RAM o RAM est tica. Es-te es un tipo de memoria que al-macena la información suminis-trada durante todo el tiempo deoperación del sistema, sin necesi-dad de confirmación o refresca-miento de ella. Este tipo de me-morias se utiliza en muy diversasaplicaciones, sobre todo aquellasen las que la falta de energía o larapidez de respuesta sean facto-res críticos (las memorias tipoSRAM son significativamente másrápidas que las DRAM).

Memorias DRAMDRAM corresponde a las siglas

de Dinamic RAM o RAM din mica.Es un tipo de memoria que com-parte muchas características conla SRAM, aunque en este caso síse requieren pulsos de refrescopara confirmar constantementela información almacenada ensus celdas.

La característica principal deestas memorias es, además de sunecesidad de pulsos de refres-co , su baja necesidad de transis-tores para construirlas; sólo comoreferencia, para almacenar unsolo bit con una memoria tipoSRAM es necesario utilizar seistransistores, mientras que paraguardar el mismo bit en una me-moria tipo DRAM sólo se necesitaun transistor; por tal razón, este ti-po de memoria RAM es la másempleada en aplicaciones don-de se requieran cantidades signi-ficativas de memoria.

Memorias VRAMVRAM corresponde a las siglas

de Video RAM o RAM de video. Esun tipo de memoria que trabajade manera idéntica a las memo-rias DRAM, con la diferencia deque en lugar de utilizar un solo buspara la escritura y lectura de da-tos (a fin de ahorrar costos de en-capsulado) disponen de un busexclusivo para los datos de entra-

da y otro para los de salida, per-mitiendo así que una porción dela memoria realice la función delectura al tiempo que otra lleva acabo la función de escritura.

Este tipo de memorias se utili-zan especialmente en computa-doras y otros sistemas donde esnecesario el manejo de video di-gitalizado, ya que en dichas fun-ciones se requiere una alta velo-cidad en la transmisión de datos;y como es muy costosa la fabri-cación de memorias convencio-nales capaces de trabajar a talesvelocidades, los diseñadores pre-fieren aprovechar el recurso dedoble bus.

Memorias NOVRAMNOVRAM corresponde a las si-

glas de No-Volatile RAM o RAM novol til. Su principal característicaes que combinan el comporta-miento dinámico de una RAMcon la rigidez eléctrica de unaROM; esto es, ofrecen la funciónde escritura con la posibilidad deretener la información almace-nada una vez que es suspendidoel suministro de energía eléctrica,con la opción posterior de modifi-car los datos una y otra vez. Estetipo de memorias se utilizan enmuchos aparatos electrónicos deconsumo, tal es el caso de algu-nas marcas y modelos de televiso-res, que a pesar de permanecerapagados y desconectados porun tiempo prolongado, al conec-tarlos y encenderlos nuevamenterecuerdan el canal en que esta-

ban sintonizados y el volumen fi-nal al que se apagó el aparato.Esto se logra guardando toda es-ta información precisamente enuna memoria NOVRAM.

MEMORIAS EN EQUIPOS

DE AUDIO Y VIDEO

Todos los equipos modernosde audio y video incluyen siste-mas digitales, ya sea para el con-trol de funciones, la activación debloques de circuitos o para el mo-vimiento de mecanismos com-plejos, etc. A su vez, como basede los microcontroladores, estánlos circuitos de memoria, quepueden estar interconstruidos en

el propio microcontrolador o alo-jados de manera externa.

En audio y video, el uso dememorias tanto del tipo ROM co-mo del tipo RAM es intensivo. Lasprimeras almacenan informaciónque nunca varía, mientras que enlas del segundo tipo se almace-nan datos que, por su naturaleza,deben variar; por ejemplo, c m oes que un radio digital recuerda laltima estaci n en que estaba sinto-

nizada al momento de apagar el apa-rato?

Esto se logra precisamente porel uso de memorias RAM que gra-ban los datos de la estación sinto-nizada, para lo cual una bateríao condensador de respaldo lamantiene alimentada mientras elequipo esté apagado. Por lo tan-to, cuando nos enfrentemos a unradio, un televisor o cualquier otroaparato que cada vez que esapagado olvida la informaciónprevia, lo más probable es que setrate de algún problema en el dis-positivo de respaldo a la alimen-tación de la memoria RAM.

Pero existen casos especialesque deben mencionarse, debidoa que se han convertido en unproblema para muchos técnicosen electrónica.

Quien se dedica a esta activi-dad, seguramente ya está fami-liarizado con la nueva genera-ción de televisores, videograba-doras y equipos modulares, en losque se les han eliminado porcompleto los tradicionales ajustespor potenciómetros, reemplazán-dolos por ajustes digitales realiza-dos ya sea con el control remotoo con el teclado del panel fron-tal.

Pues bien, todos estos ajustessuelen almacenarse en una me-moria del tipo EEPROM, en la quese graba un nuevo valor que ca-da vez que se modifica un ajuste,información que permanece aunsi se apaga el equipo o es desco-nectado de la línea de alimenta-ción. Sin embargo, en el caso delos televisores, como se manejanaltas tensiones, este tipo de me-morias con frecuencia resultandañadas, perdiendo su informa-ción o modificando algún pará-metro fuera de sus límites de ope-ración normal.


158

MEMORIAS EN COMPUTADORAS PC

Por su función en una compu-tadora PC, los tipos de memoriaque podemos encontrar son:

RAMSiempre que se habla genéri-

camente de la memoria RAM deun sistema, se está hablando es-pecíficamente de aquella me-moria que será utilizada comomedio de almacenamiento tem-poral principal para el micropro-cesador. Es decir, el lugar dondelas aplicaciones y los archivos detrabajo se cargan desde discoduro y quedan a disposición delCPU para su utilización inmediata.A este tipo de memoria tambiénse le llama DRAM o RAM dinámi-ca, debido a que para mantenersu información por períodos pro-longados de tiempo, es necesarioaplicar unos pulsos de refrescoperiódicamente, ya que de locontrario los bits se desvanece-rían.

CachSe llama así a un pequeño blo-

que de memoria de rápido acce-so, que sirve como puente entreuna memoria RAM lenta y un mi-croprocesador rápido. Esta me-moria es muy costosa, y de forma

típica un sistema tiene tan sóloentre 256 y 512kB de caché. A es-te tipo de memoria también se ledenomina SRAM, siglas de StaticRAM o RAM estática; y su diferen-cia principal con la RAM comúnes que esta memoria no necesitade pulsos de refresco periódicospara mantener su información.

ROMMemoria de sólo lectura, don-

de se almacenan las rutinas bási-cas de entrada y salida (el BIOS),además de las pruebas y códigosPOST. La característica principalde este tipo de memoria es quepueden mantener por tiempo in-definido una información, inclusodespués de que se ha retirado laalimentación al sistema; lo cual lahace idónea para guardar infor-mación que por su naturaleza noprecise cambios.

Memoria FlashEste es un nuevo desarrollo

que ha permitido la producciónde una memoria que para finesprácticos se comporta como unaRAM y una ROM al mismo tiempo;esto es, puede variarse la infor-mación que contiene, pero escapaz de mantenerla inclusocuando se ha retirado la alimen-tación al sistema.

CMOS-RAMSe trata de un tipo de memo-

ria RAM construida con una tec-nología especial, típica por su ba-jísimo consumo de potencia. Estebloque se añadió a la plataformaPC a partir del estándar AT, don-de se introdujo un reloj de tiemporeal, además de la utilería de Se-tup o configuración, la cual tam-bién debe mantenerse al cortarla alimentación. Esta memoria semantiene con energía de formapermanente gracias a una pe-queña batería recargable o auna pila de litio, que le envíaenergía mientras la computadoraestá apagada.

Memoria de videoDesde la aparición del están-

dar VGA, fue necesario incorpo-rar a la tarjeta encargada deldespliegue una cierta cantidadde RAM, para facilitar el manejode los gráficos en el monitor, altiempo que se descarga a la me-moria principal del trabajo demanejar los datos de video. Estamemoria se encuentra adosadaen la tarjeta respectiva, y de for-ma típica encontramos desde256kB hasta las modernas tarjetascon 2,4MB o más de RAM de vi-deo.

Capítulo 10

159

Fig. 2

Scorpion 2: Microtransmisor de FM de Gran Alcance

son muy conocidos los circuitostransmisores de FM de reduci-do tama o, utilizados como

elementos de vigilancia (esp a), loscuales deben tener un alcance con-siderable y estabilidad en frecuen-cia aceptable. Sin embargo, estosdispositivos suelen emplear circui-tos integrados que a veces no sonf ciles de conseguir. Presentamosun transmisor que combina las ca-racter sticas del Scorpion , publi-cado en la revista Saber Electr nicaN… 1, con las del Tx de FM de SaberElectr nica N… 102, lo que da comoresultado un aparato confiable y debastante buena estabilidad, con unalcance promedio de 70 metros.

En la revista Saber Electrónica

Nº 1 se publicó el microtransmisorScorpion , un circuito que pue-

de armarse dentro de una caja

de fósforos y que tiene un alcan-ce de unos 50 metros. Luego, enSaber Nº 102 dimos el circuito de

Fig. 1

un transmisor quepuede ser empleadoen conferencias, co-mo micrófono sin ca-bles con etapa mez-cladora.

En este tomo brin-damos el esquemáti-co de un micrófonode FM que puedatransmitir a distanciadiferentes fuentes deseñal, como si fueranvarios micrófonos di-reccionales, cerca-nos a nuestro micro-transmisor, que apun-tan a diferentes án-gulos con el objetode cubrir los 360ß deuna habitaci n .

El circuito es muy sencillo ypuede incluir más fuentes de se-ñal. Sólo basta con ampliar el es-quema de la figura 1, con elagregado de tantos conectores,potenciómetros y resistencias co-mo sean necesarias (siempre res-petando el esquema propuesto).

La bobina L1 consiste en 4 es-piras de alambre esmaltado de0,5 mm de diámetro, bobinadassobre una forma de 1 cm sin nú-cleo.

El trimer Cv puede tener ca-pacidades máximas comprendi-das entre 30 y 80pF (trimer co-mún).

El potenciómetro conectadoen el colector de Q1 permite ajus-tar el nivel de modulación, enfunción de las fuentes de señal.Dicho componente debe ajustar-se para que no existan distorsio-nes e interferencias que puedanperjudicar la calidad de la trans-misión.

Por otra parte, el potencióme-tro conectado entre colector deQ1 y la etapa mezcladora, permi-te regular el nivel de realimenta-ción con el objeto de asegurar

una oscilación estable para la fre-cuencia con que se ajuste eltransmisor.

Cabe aclarar que este circuitofue probado en toda la bandade FM comercial, para obtener elmejor desempeño en frecuenciascercanas a los 85MHz. Para fre-cuencias del orden de los100MHz, la mejor estabilidad seconsiguió cuando la bobina L1tenía 3 vueltas y media bobina-das sobre una forma de cartónde 1 cm de diámetro (en realidadsin forma) con una longitud totalde 7 mm.

Si la transmisión es ruidosa ,conviene retocar el valor de C7,se colocará, en su lugar, otrocomponente de 22nF.

El funcionamiento del circuitoes sencillo; las diferentes fuentesde señal se aplican a la base deltransistor Q1 con un nivel quepuede ajustarse por medio decada potenciómetro de entrada.

Q1 cumple la función de am-plificar y ecualizar las señales en-trantes para ser aplicadas al tran-sistor BF494B que cumple la fun-ción de generar la portadora queserá modulada en FM por la infor-

mación. Dicho transis-tor cumple las funcio-nes combinadas demodulador y amplifi-cador de RF.

Si posee dificulta-des en conseguir unaoscilación estable,puede bajar el valorde C8 e, incluso, reti-rarlo del circuito.

Construido el apa-rato, se debe colocaruna antena formadapor un cable de unos10 cm de largo y sedebe proceder al ajus-te, se variará la posi-ción de Cv hasta cap-tar la señal en un sinto-

nizador, en la frecuencia.

LISTA DE MATERIALES

Q1 - BC548C - Transistor NPN.Q2 - BF494B - Transistor NPN de RF.P2 - Pot. logar tmicos de 100k‰R2 - 100k‰R5 - 1M5R6 - 1k‰R7 - 33k‰ R8 - 18k‰R9 47‰R10 - Pot. de 2M2P5 Pot.de 10k‰L1 - Ver textoC1 - 220nFC2 - 10 F x 12VC3 - 10 F x 12VC4 - 4,7nF - Poli ster.C5 - 4,7nF NPOC6 - 100nF - Cer micoC7 - 10nF - Poli sterC8 - 1nF - Poli ster (opcional)Cv - Trimer com n de 80pF

VariosPlacas de circuito impreso, gabi-nete para montaje, estaño, ca-bles, etc. *******************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, pre-parada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejo y la colabo-ración de Leopoldo Parra Reynada.

Editorial Quark SRL - Herrera 761, (1295), Bs. As. - Argentina - Director: H. D. Vallejo

Fig. 2

Capítulo 10

161

TVTVAUDIOAUDIO

VIDEOVIDEOMICROPROCESADORESMICROPROCESADORES

SSAABBEERR


Reparaciónde Equipos

Electrónicos


INDICE DEL

CAPITULO 11

IDENTIFICACION DE COMPONENTESResistores.......................................................163Capacitores .................................................163Diodos ...........................................................163Transistores ....................................................164Circuitos Integrados ....................................165

COMO ENCARAR LA REPARACION DE EQUIPOS ELECTRONICOSCamino lógico.............................................167Conocer la operación de un circuito.....................................................168Conclusión....................................................170

EL LASER Y LOS CONCEPTOS DE LA LUZ

La luz en la época de las luces.................170Los planteamientos de Huygens ...............171Los planteamientos de Newton ................171Einstein y el efecto fotoeléctrico...............171Partículas elementales de la materia.......172Absorción y emisión ....................................172Fuentes convencionales de luz .................173Emisión inducida o estimulada..................173Estructura básica del láser .........................173Consideraciones Finales .............................174

MEDIDOR DE TRANSISTORESEl circuito ......................................................175





Los componentesmás comunes de losmontajes son los re-

sistores, capacitores ydiodos, que presentansólo dos terminales o"patitas" como tam-bién se las denomina.

Los resistores seidentifican fácilmentepor sus bandas de co-lores que indican el va-lor. Eso quiere decir quepodemos separar confacilidad los resistores deotros componentes delmontaje.

Los resistores no sonpolarizados, lo que signifi-ca que tanto da unir estecomponente con todaslas bandas para un ladocomo para el otro, comomuestra la figura 1. Lo mis-mo ocurre con los llama-dos capacitores de bajovalor.

Estos capacitores sonde cerámica, poliéster,poliestireno, aceite, etc.,que se identifican por lamarcación. La marcacióntiene el valor del compo-nente según códigos es-pecificados en la lista demateriales.

Estos capacitores tam-poco tienen polaridad, lo

que significa que da lo mismo unirel componente con el lado mar-cado para un lado o para el otro(figura 2).

En compensación, los diodos ylos capacitores electrolíticos soncomponentes polarizados.

Los capacitores electrolíticostienen una marca para la polari-dad que puede ser del polo posi-tivo (+) o del negativo (-) como semuestra en la figura 3.

La posición del com-ponente debe ser talque coincida con lapolaridad. Si hubiera undiagrama, para un ca-pacitor electrolítico eltrazo blanco representael polo positivo y el tra-zo negro el polo negati-vo.

Los diodos se pre-sentan con distintos ti-pos de cubiertas, algu-nos de los cuales exigen

la atención del armadorpara no hacer inversión oconexión equivocada.

El tipo más común es-tá dotado de una bandaque identifica el cátodoo K, que está siempremarcado en los diagra-mas o en las vistas depuentes y placas (figura4). Otros tipos, como elque muestra la figura 5tienen el símbolo marca-do en lugar de la banda.En este caso la flecha co-rresponde al ánodo (A) yla barra al cátodo (K). Enalgunos casos puede fal-tar la marcación de labanda o el símbolo. Paralos diodos de señal (dio-dos de pequeñas co-rrientes) podemos hacerla identificación mirandoel interior de la cubierta

de vidrio transparente. En estecaso, según muestra la figura 6tenemos un alambre fino llamado"bigote de gato" que corresponde

Capítulo 11

163

Capítulo 11

Identificación de Componentes Electrónicos

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 5

Fig. 4

Fig. 6

al ánodo y una pequeña "bolita"de material semiconductor quecorresponde al cátodo.

En la misma figura tenemosdiodos con bandas cuyos tipos seidentifican por los colores.

El mismo tipo de identificaciónvale para los diodos zéner, recor-demos que funcionan "al contra-rio", o sea que están polarizadosen el sentido opuesto. El ánodode los diodos zéner en una fuenteestá normalmente conectado a

tierra (negativo).Para los transistores y otros

componentes de tres patitas, lasconfusiones pueden ser peores.

Existen distintos tipos de transis-tores: el más común es el llamadotransistor "bipolar" que puede serNPN o PNP. Además de ésos, te-nemos los transistores unijunturas,los transistores de efecto de cam-po, etc.

Los terminales fundamentalesde los transistores son el emisor

(E), el colector (C) y la base (B).Eso significa que todos los transis-tores deben tener un mínimo detres terminales. Decimos un míni-mo porque existen algunos conun terminal más para la conexióna la carcaza, que sirve de blinda-je, como muestra la figura 7.

Existen muchos tipos de cu-biertas para los transistores segúnsugiere la misma figura. `Y comomuchos lectores ya deben haberpensado, el orden de colocaci n delos terminales de emisor, colector ybase no es siempre el mismo!

Para los de poca potencia,como los "BC" que tanto usamosen nuestros proyectos, el orden escolector, base, emisor, miradosdesde abajo, con la parte acha-tada hacia arriba. Y existen los"BF" en que el orden es distinto co-mo el BF494, BF454 y BF495, comose ven en la figura 8.

Entre éstos, tenemos el colec-tor, el emisor y la base en la pun-ta. ¡Hasta en los BC puede apare-cer este tipo de disposición! Y porese motivo y en caso de duda,cuando no tenemos un transistorconocido, debemos tener las ta-blas de identificación o los ma-nuales.

También existen los transistoresde potencia grande y mediana.

Para los BD más comunes, co-mo por ejemplo los 135, 136, 137,etc., la disposición de los termina-les está dada en la figura 9, juntocon los "TIP" (29, 30, 31, 32, 41, 42,etc.).

Recordamos que en estostransistores existe un contactoeléctrico entre la parte metálica(que debe quedar para abajo enla identificación de los terminales)y el colector. Por este motivo serecomienda en los montajes queusan disipadores, que éstos esténaislados. `El disipador en contactocon el transistor tambi n hacecontacto con su colector!

El aislamiento se efectúa conuna hoja de plástico o mica entreel transistor y el disipador. Puedecolocarse en ese punto un pocode pasta térmica para facilitar latransferencia de calor (figura 10).

También en este caso estánlos transistores con cubiertas me-tálicas del tipo TO-3, como el2N3055. Esos transistores tienen


164

Fig. 7

Fig. 9

Fig. 8

nada másque dos ter-minales (emi-sor y base)identificadospor E y B, elcolector es lapropia cu-bierta, comomuestra la fi-gura 11.

La cone-xión del co-lector seefectúa en-tonces en elmontaje delcomponenteen contactocon un ele-mento con-ductor (cha-sis) o con laayuda de unterminal ator-nillado en losorificios de fi-jación de loscomponen-tes.

A d e m á sde estos tran-sistores bipo-lares, vimosque tenemosotros. Hayuno que pue-de producircierta confu-sión a los prin-cipiantes: esel unijuntura(TUJ), como elmuy popular2N2646.

C o m omuestra la fi-

gura 12, este transistor posee dosbases (B1 y B2) y un emisor (E).

Las bases no son intercambia-bles, es decir, no podemos cam-biar una por otra, de modo que laposición del transistor es muy im-portante. Mirando el transistor porabajo, dejamos el pequeño resal-to a la izquierda. Tenemos enton-ces, en orden, B2, E y B1.

En la figura 13 tenemos untransistor de efecto de campoMPF102. Vea que los nombres da-dos a los terminales también sondiferentes de los de los transistorescomunes.

Finalmente tenemos los circui-tos integrados. Los tipos más sim-ples son los que muestra la figura14, que tienen cubiertas semejan-tes a las de los transistores, comolos reguladores de tensión de laserie 78XX y 79XX.

En realidad, esos componen-tes no tienen una estructura sim-ple. No son como un transistor,que posee nada más que un cris-tal con dos junturas. En verdad,los otros forman círculos comple-tos con muchos componentes,como ser resistores, diodos y tran-sistores, interconectados interna-mente para la función deseada,como en el caso de un reguladorde tensión.

Por eso no tiene sentido ha-blar de emisor, colector y baseen esos casos. Lo que poseen,en realida, es una entrada (E),una salida (S) y un terminal a tie-rra (T).

Saber si un componente deeste tipo es o no un transistor, sóloes posible mediante la identifica-ción. Evidentemente, un circuitointegrado de ese aspecto nopuede sustituirse por un transistor

Capítulo 11

165

Fig. 10

Fig. 12

Fig. 11

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

común. Pero los tipos

más populares decubiertas para inte-grados son los lla-mados DIL (Dual inLive o con dos filasparalelas de termi-nales) como se veen la figura 15.

Tenemos, enton-ces, las cubiertas de8 pines, 14 pines, 16pines y hasta conmás de 40 pines.

Es importante eneste tipo de cubier-tas, saber cómo senumeran los termi-nales.

El terminal 1 nor-malmente va juntoa la media luna o al-

rededor de un punto, comomuestra la figura 16.

Después se hace el conteo ensentido contrario a las agujas delreloj (antihorario), si se ve el inte-grado desde arriba.

De cualquier modo, siempreexiste una marca que permite sa-ber cuál es el pin 1 y desde ahí elprocedimiento es simple.

Existen también los integradoscon cubiertas diferentes, comomuestra la figura 17.

Algunos de estos integradospueden aparecer en montajesimportantes, pero el lector no tie-ne la obligación de memorizar ladisposición de los terminales detodos.

Para eso es que existen los fo-lletos informativos, los manuales yel artículo que describe el pro-yecto.


166

Fig. 16

Fig. 17

Cómo Encarar la Reparación de Equipos Electrónicos

El grado de compleji-dad de un circuitova aumentando a

medida que se usanmás componentes. Vea-mos un ejemplo biensimple de entender: elcircuito de iluminaciónrepresentado en la figu-ra 1, compuesto por lalámpara LA-1, el inte-rruptor CH-1, el cablea-do F y finalmente la en-trada de la red, R. En es-te circuito, los compo-nentes involucrados sonmínimos y cualquieranomalía puede ser analizadafácilmente.

Por ejemplo, si accionamos elinterruptor CH-1 para la posiciónCONECTAR y la lámpara no seenciende, d nde buscamos elproblema?

Obviamente, cualquier elec-tricista juzgará elemental estapregunta.

En primer lugar, es preciso ve-rificar si EXISTE la corriente de lared R, enseguida obedeciendo

una cuestión de probabilidad deincidencia de problemas, verifi-car si la lámpara no está quema-da. A continuación, constatar sila llave CH-1 está realmente ce-rrando el circuito a través de suscontactos y finalmente, agota-das todas las hipótesis anteriores,si el problema persiste, el electri-cista irá analizando el estado delas conexiones del cableado F.

En este ejemplo puede visua-lizar que es de extrema importan-

cia trazarnos un ca-mino lógico en la bús-queda del problema,para no perder tiem-po. Cualquiera quesea el circuito y sucomplejidad, siem-pre existen compo-nentes que presen-tan mayor probabili-dad de incidenciade problemas. Así, enel circuito de la figura1, podemos afirmarcon un buen margende aciertos que, sihay energía eléctrica

y la lámpara no se enciende alaccionar la llave de conexión,muy probablemente la lámparaestá quemada, pues las lámpa-ras poseen una vida limitada.

Obviamente que las demáshipótesis no pueden ser ignora-das y deben ser colocadas pororden decreciente de probabili-dades. Observe la figura 2. Ima-gínese si el electricista fuera abuscar, como primera opción, al-gún defecto en la instalación

Fig. 1

eléctrica (cableado), que en lamayoría de los casos corre pordentro de conductos cerradosy... ¡por fin! comprueba que lalámpara no se enciende simple-mente por ¡falta de energía eléc-trica!

Presentamos una situación ob-via que, creemos, nunca ocurriráen la práctica; pero a través deeste razonamiento, le mostramosque la búsqueda de un defectodebe obedecer a un camino ló-gico, evitando que el técnico va-ya a buscar la causa de un de-fecto en el componente más im-probable.

CAMINO L GICO

En el ejemplo que presenta-mos en la introducción, el trazadode un "camino l gico" para la in-vestigación no presentó proble-mas mayores, pues todos cono-cemos en primer lugar los com-ponentes de este circuito y en se-gundo, el funcionamiento delmismo. Conociendo los compo-nentes y el funcionamiento de uncircuito, el trazado de un caminológico de investigación es bas-tante fácil.

Digamos también que la com-plejidad de un circuito va cre-ciendo a medida que se utiliza unnúmero mayor de componentes.

Llegamos a la conclusión, en-tonces, de que si no realizamos lainvestigación en busca del de-fecto siguiendo un camino lógi-co, el tiempo que gastemos (inú-tilmente) será tanto mayor cuan-to mayor sea la complejidad delcircuito.

Innegablemente, los recepto-res de televisión están constitui-dos por un gran número de com-ponentes y, por lo tanto, puedenser clasificados como COMPLE-JOS. Repetimos nuevamente:

"complejos", no quieredecir difíciles de com-prender.

Quedó claro quepara llevar a cabonuestro trabajo debúsqueda de un de-fecto, debemos tra-zarnos inicialmente unplan de trabajo, osea, un camino lógicoy que, para que estatarea sea ejecutadade forma natural, esnecesario que conoz-camos primero loscomponentes del cir-cuito y, segundo, elfuncionamiento deéste.

Para trabajos en televisión, eltécnico debe poseer conoci-mientos sólidos sobre el funciona-miento de cada uno de los com-ponentes de un receptor, comopor ejemplo, los transistores, lasválvulas, diodos o capacitores,resistores, transformadores, el fly-back, el TRC (cinescopio), etc.

Además de conocer el funcio-namiento aislado de cada unode los componentes, el técnicoque se propone realizar el mante-nimiento de aparatos de TV tienecomo requisito básico, que cono-cer el FUNCIONAMIENTO GLOBALde un receptor. Muchos podránalegar la enorme diversificaciónde los circuitos comerciales exis-tentes, como justificación para nocomprenderlos. Vamos, entoncesa añadir que conocer el funcio-namiento global de un receptorno implica tener que asimilar elcircuito de todos los receptorescomerciales existentes. La opera-ción de un receptor de TV es bá-sicamente idéntica para todos losmodelos, siendo que el CIRCUITOutilizado es lo que puede sufrir va-riaciones de fabricante a fabri-cante.

Por lo tanto, para trazarnos unplan de trabajo, es suficiente queel técnico conozca el FUNCIONA-MIENTO y no el CIRCUITO del re-ceptor. Los circuitos utilizados pre-sentan variaciones muchas vecessignificativas, pero su efecto finaldentro del conjunto del receptorserá siempre el mismo.

Para trazar el camino de bús-

queda de un defecto, debemosconsiderar como elemento fun-damental el CAMINO POR DON-DE PASA LA SEÑAL.

Todos los circuitos electrónicospresentan un camino bien defini-do por donde fluye la señal y estasituación abarca también a losreceptores de TV. La teoría queestudió en su curso de televisión(cualquiera que haya sido) debeser aplicada durante su trabajode mantenimiento. Es a través deesta teoría que irá trazando suplan de trabajo, obedeciendo elflujo de la señal dentro del recep-tor.

Observe el ejemplo ilustradopor la figura 3 para dejar muy cla-ro este concepto de flujo de unaseñal. En este ejemplo, presenta-mos un CIRCUITO HIDRAULICO,que en su efecto de flujo o cami-no seguido presenta muchas se-mejanzas con los circuitos eléctri-cos. Las partes integrantes de es-te circuito hidráulico son:

- Pozo artesiano- Bomba hidr ulica- Tanque de agua (reserva)- Canilla (llave de control)

El elemento que va a recorrereste circuito es el AGUA, que esretirada del pozo (fuente) por labomba de agua y llevada hastala reserva (tanque), donde que-da acumulada hasta su posiblesalida (canilla).

Observe, entonces, que el ca-mino a ser recorrido por el agua

Capítulo 11

167

Fig. 2Fig. 3

está bien definido: del pozo (ori-gen) hasta la canilla (destino). Enuna analogía con un circuitoeléctrico de un receptor de TV,podemos decir que la señal cap-tada por la antena (origen) tieneun camino bien definido hasta sureproducción final por el cinesco-pio y altoparlante (destino).

Considerando el ejemplo dela figura 3, vamos a analizar có-mo haría una búsqueda de de-fecto, en el caso de que el aguano saliera por la canilla. Sería lógi-co que verificáramos inicialmentesi la bomba de agua está funcio-nando. Y si no hubiera agua en elpozo? O si alguna tuber a estuvieratapada? Por d nde comenzar? Eneste caso, debemos tambiénconsiderar el camino lógico e ini-ciar nuestro trabajo analizandolos componentes del circuito demayor probabilidad de inciden-cia de problemas y, naturalmen-te, por los elementos que presen-tan mayor facilidad de inspec-ción. Basados en este raciocinio,siga las siguientes consideracio-nes:

Para qu verificar las ca e-r as, si constatamos que no existeen el pozo ni una gota de agua.

Si constatamos que la canilaest atascada, de nada nos valdrobservar si hay agua en el tanque.

Si no existe agua en el tan-que (reserva), de nada valdr bus-car el problema en la canilla.

Si la bomba de agua no fun-ciona, de nada servir constatar sihay agua en el pozo.

Estas conclusiones son obviasporque conocemos bien el cami-no del agua en este circuito.

En los receptores de TV podre-mos también llegar a conclusio-nes obvias, si conocemos bien elcamino de la señal por el circuito.

Vamos a analizar ahora unejemplo de circuito eléctricoatravesado por una señal.

La figura 4 muestra, en blo-ques, la disposición de algunasetapas de un receptor de TV. Ob-serve que no nos estamos refirien-do a CIRCUITOS, sino etapas queson, por lo tanto, idénticas en to-dos los receptores. En este ejem-plo (real) la señal captada por laantena es seleccionada por el se-lector de canales y luego, entre-gada al amplificador de FI (fre-cuencia intermedia) que la am-pliará lo suficiente para accionarel detector de video, cuando seaentregada al amplificador de vi-deo para excitar el cinescopio.

En caso de que el selector decanales, que representa el primereslabón de este camino, no estéfuncionando, la señal captadapor la antena no tendrá secuen-cia y, en este caso no apareceráimagen alguna en el cinescopio.

Obviamente, en el caso decircuitos eléctricos la constata-ción de la señal no es tan simplecomo la constatación de la pre-sencia de agua en el circuito hi-dráulico. La presencia de una se-ñal eléctrica debe ser buscadamediante INSTRUMENTOS ade-cuados. Es muy importante tam-bién saber cuál señal es la quedebe ser encontrada en un pun-to determinado del circuito, paraque podamos comprobar su exis-tencia y utilicemos el instrumentoadecuado.

Las señales eléctricas puedenasumir diversas características.Así, por ejemplo, las señales conti-nuas (D.C.) o alternados de bajafrecuencia (A.C.) pueden ser veri-ficados en el multitéster, a medi-da que las señales de frecuenciason mayores, exigen otro tipo deinstrumentos.

Muchas veces podemos com-

probar la presencia de estas se-ñales no a través de instrumentosde medición, sino valiéndonos decircuitos auxiliares que son sensibi-lizados por estas señales. Porejemplo, los amplificadores deaudio pueden utilizarse comosensores para detectar la presen-cia de señales en esta gama defrecuencia.

CONOCER LA OPERACI N

DE UN CIRCUITO

Así como ya dijimos, el técnicoque se propone hacer el mante-nimiento de aparatos de televi-sión, no necesita buscar fórmulasmágicas ni recetas instantáneas,porque no existen, sino conocerbásicamente el funcionamientode un circuito. Sabemos que laprimera alternativa es muchomás fácil y desgraciadamentemuchos de nuestros técnicos bus-can realizar su trabajo a través deese sistema de "almacenamiento"de soluciones listas para cada sín-toma, que algunas veces hastapodrá funcionar. En la segundaalternativa el técnico actúa cons-cientemente y dentro de esteprocedimiento, su bagaje técni-co se va enriqueciendo. Habi-tuándose a utilizar su raciocinio, eltécnico estará construyendo sufuturo y mejorando su capacidadtécnica.

Para ilustrar mejor estos con-ceptos, vamos a analizar un cir-cuito práctico bien simple, peroque todavía genera dudas en al-gunos técnicos y estudiantes. Lafigura 5 representa una etapatransistorizada que podrá formarparte de cualquier circuito de unreceptor de TV.

En esta figura están represen-


168

Fig. 4

Fig. 5

T1

tados solamente el transistor T1 ysu resistor de carga de colectorR1, elementos básicos que servi-rán para los efectos de este aná-lisis. Vamos entonces a presupo-ner algunas situaciones irregula-res y analizar cuál sería la con-ducta correcta para su verifica-ción.

Los transistores operan comoAMPLIFICADORES DE CORRIEN-TE; esto es, la corriente inyecta-da en su base es la que controlala corriente del colector. De estehecho básico tomamos la rela-ción que determina la GANANCIADE CORRIENTE de un transistor: b= Ic/Ib, o sea la relación entre lacorriente de colector Ic por la co-rriente de base nos da la ganan-cia de corriente de este transistor.Cuando mayor sea esta "ganan-cia", tendremos una pequeña co-rriente de base que podrá con-trolar una corriente grande decolector.

La configuración en que seencuentra el transistor T1 de la fi-gura 5 se denomina EMISOR CO-MUN, pues el terminal emisor (tie-rra) es considerado elemento co-mún a la señal de entrada y a laseñal de salida, la señal de entra-da es aplicada entre la base y latierra (emisor) y la señal de salidaes recogida entre el colector ytierra (emisor). Ahora observe quela corriente que circula por el re-sistor de carga R1 es determina-da por el transistor T1; obviamen-te este control de corriente no esinfinito, pues posee límites queson impuestos por el propio circui-to. Vea: la máxima corriente que

podrá circular por R1 está de-terminada por el valor óhmicode este resistor, y esta situa-ción ocurrirá cuando el transis-tor TI esté saturado, o sea ensu condición de máxima co-rriente. Por otro lado, la míni-ma corriente que podrá circu-lar por R1 es obviamente unacorriente nula o igual a cero,esta situación ocurrirá cuandoel transistor TI esté cortado, osea, en su condición de míni-ma corriente. Así, percibimosque esta variación (rango) decorriente de colector está re-lacionada al valor del resistorde carga R1 y que posee lími-

tes bien definidos que son produ-cidos por el transistor R1 en el cor-te y en la saturación.

La corriente que circula por R1provoca sobre este transistor unacaída de tensión de acuerdo conla ley de Ohm: V = R/I, que deter-minará la tensión de salida "E".Observe, entonces, que este cir-cuito de salida puede ser consi-derado como un divisor de ten-sión formado por los terminalescolector-emisor de T1. Dentro deeste concepto, tenemos que estedivisor de tensión está constituidopor un elemento fijo: el resistor R1(pues su valor óhmico no se modi-fica) y por un elemento variable,los terminales colector-emisor deT1, que llamaremos Vce. Con es-to, observamos que el transistor T1se comporta como un resistor va-riable elemento activo, que pue-de asumir dos extremos de valo-res: cero ohm en la condición desaturado e infinito ohm en la con-dición de cortado.

Los transistores en la prácticano alcanzan estos límites; así, enla saturación presentan un valoróhmico bien pequeño, pero noigual a "0" y en el corte presentanun valor óhmico bastante alto,aunque no sea igual a "infinito".

Observe la figura 6 donde sus-tituimos los terminales colectoremisor de TI por un resistor equiva-lente en las situaciones de corte ysaturación.

En el corte (conducción decorriente mínima) el resistor equi-valente entre colector-emisor essuficientemente elevado, impi-diendo la circulación de corriente

sobre R1 (o una corriente despre-ciable). Por lo tanto, si medimoscon un voltímetro la tensión entreel emisor (tierra del circuito) y elcolector, encontraremos una ten-sión idéntica (o bastante próxi-ma) a la tensión entre la tierra y lafuente de alimentación (12V),pues no hay caída de tensiónapreciable sobre R1. Por lo tanto,en el corte, la tensión de salida "E"es igual a la de alimentación. Enla "saturaci n" (máxima conduc-ción de corriente) la situación esinversa, pues el resistor equivalen-te entre el colector-emisor es sufi-cientemente pequeño y prácti-camente pone a tierra el terminalde R1, o sea, en esta condición elresistor R1 queda prácticamenteconectado entre los dos polos dela fuente, así produce la máximacirculación de corriente.

Si medimos ahora con un voltí-metro la tensión entre el emisor(tierra del circuito) y el colector,encontraremos una tensión bienpequeña (típicamente 0,2V) indi-cando el estado de saturacióndel transistor.

En las situaciones intermedias,entre el corte y la saturación, na-turalmente que la tensión de sali-da se colocará entre estos dos lí-mites (0,2V y 12V). Decimos queésta es la región lineal o región detrabajo de los transistores de se-ñal.

Vea, por lo tanto, que aplican-do los conceptos aquí expuestos,con un simple multímetro es posi-ble evaluar si un transistor está ono operando correctamente. Va-mos a tomar un caso para anali-zarlo: en el circuito de la figura 7se encontró una tensión DC bienpequeña en el colector de T1...

Qu conclusiones sacar ?—Obviamente antes que na-

da, el técnico averiguará si la ten-sión de alimentación (12V) estápresente, pues sin ésta de ningu-na manera y bajo ninguna hipó-tesis, podremos tener tensión decolector.

—La siguiente sospecha recaesobre el estado del resistor R1 ydel transistor T1. En este circuitode bajo consumo, podemos afir-mar que es más probable un de-fecto en T1 que en RI (T1 - ele-

Capítulo 11

169

Fig. 6

INTRODUCCI N

El láser es, hoy por hoy, uno delos tantos grandes inventos que elhombre moderno ha puesto a suservicio. Sus aplicaciones son muyvariadas, y van desde el empleodel bisturí láser en la microcirugía,hasta su uso en el corte de plan-chas de acero, en las telecomuni-caciones, la holografía, la fusióntermonuclear, etc.

Entre estas aplicaciones, des-taca la que tiene en el mundo delsonido y del video, con los discoscompactos de audio digital, losCD-ROMs y el DVD, los cuales sebasan en un sistema de lectura

de la información por medio deun rayo emitido por un dispositivoláser. L s e r es una palabracompuesta por las siglas de LightAmplification by Stimulated Emissionof Radiation, que se puede tradu-cir al castellano como “Amplifica-ción de la Luz por Emisión Estimu-lada de Radiación”. En pocas pa-labras, el láser es una fuente deradiación o haz lumínico (en for-ma de rayo o haz) constituido portres partes fundamentales: un me-dio activo, un sistema de bombeoy una cavidad resonante. Su prin-cipio de operación, tal como sunombre lo indica, reside en un fe-nómeno de la física llamado

“emisión estimulada”. La primera proposición teóri-

ca de láser, ya en forma defini-tiva, fue hecha en 1960 cuandose perfeccionó la técnica delláser. Y este invento debe mu-cho a uno de los científicos pro-minentes del siglo XX: AlbertEinstein, cuya aportación prin-cipal fue justamente el descu-brimiento de la emisión estimu-lada.

Es importante dejar bien cla-ro que la luz concentrada queemiten los láseres –que son muy

variados- es en forma de rayo, locual posibilita que pueda ser diri-gido hacia un determinado obje-tivo, a diferencia de la luz emitidapor las llamadas fuentes conven-cionales, por ejemplo un foco,que se dispersa o difunde en dis-tintas direcciones (figura 1).

Antes de explicar con más de-talle qué es el láser, hablaremosde algunos antecedentes teóri-cos.

LA LUZ EN LA POCA DE LAS LUCES

La Europa que había salido deun largo período que moderna-mente hemos llamado “Edad Me-dia”, descubrió la luz y sus propie-dades, y puso sus esperanzas enla reflexión y en la observacióncomo método de acercamientoa la “realidad”. En esa época nohabía las barreras entre disciplinascomo las que ahora existen, detal manera que los artistas, los es-critores y los científicos podíancompartir sus intereses y pasiones.Lo mismo se interesaban por lasmatemáticas y los fósiles que porla mecánica y la botánica; por lametalurgia y la estadística. La Eu-

mento activo, R1 - elemento pasi-vo). Si la tensión de colector estábaja, podemos admitir dos condi-ciones; o TI está en corto (colec-tor-emisor) o está en saturación.

Si anulamos la corriente debase de T1, aplicando momentá-neamente un corto entre los ter-

minales ba-se-emisor, eltransistor T1será lleva-do a corte(si estuvieraen perfectoestado) y latensión delc o l e c t o rpresentaráun valoridéntico (opróximo) alde la fuen-

te. Note que esta prueba sólo po-drá realizarse cuando no se tratede circuitos con acoplamiento di-recto. La presencia del resistor debase RB aísla el "corto" que apli-camos a la base del transistor T1de la etapa de salida anterior(T2).

CONCLUSI N

Por el resumen expuesto y porlos ejemplos considerados, sepuede ver cuánto se simplificauna búsqueda de defectos cuan-do el técnico tiene buenos cono-cimientos del funcionamiento delcircuito.

Basándose en estos conoci-mientos, su actuación debe serracional y lógica, sacando con-clusiones importantes de una sim-ple lectura de tensión.

Otro consejo importante: de-bemos siempre basarnos en losvalores de tensión impresos enlos esquemas, pero nunca admi-tirlos como absolutos, ya que lastolerancias de los componentesy las variaciones normales de lafuente deben ser tomados encuenta.


170

Fig. 7

El Láser y los Conceptos de la Luz

Fig. 1

ropa que despertaba tenía unagran vocación de saber y de am-pliar sus conocimientos sobre lanaturaleza. En Holanda, a media-dos del siglo XVII uno de estos espí-ritus provocadores, Christiaan Huy-gens, se refería a la posibilidad deque existieran más tierras habita-das, y hablaba del enorme saltoque implicaría para el pensamien-to humano el que pudiésemos vis-lumbrar aunque fuera por un mo-mento otros mundos y otras civili-zaciones, contrastando semejan-zas y diferencias. En otro extremo,en Inglaterra, Isaac Newton se ga-naba el prestigio de la comunidadcientífica mundial al descubrir fe-nómenos tan conocidos (y pococomprendidos) como la grave-dad o la ley de la acción y lareacción, trabajo que no le impi-dió desarrollar un método infaliblepara la resolución de las ecuacio-nes de segundo grado que hastala fecha se sigue utilizando.

Era pues la época de los gran-des descubrimientos científicos, delos viajes, de los primeros descubri-mientos astronómicos serios; fuecuando el hombre por fin pudo re-flexionar con mayor lucidez sobremuchos dogmas (el modelo geo-céntrico, el poder de los reyes, elpapel de la Iglesia) que habíanmantenido estáticos a los pueblospor más de 10 siglos. Es por eso queal siglo XVII se le conoce como elde la Ilustración Europea. Precisa-mente en esos años de grandesavances científicos, Christiaan Huy-gens e Isaac Newton abordaron in-dependientemente el estudio deun fenómeno cotidiano, pero alcual nadie había podido dar unaexplicación coherente hasta esemomento: el de la luz.

LOS PLANTEOS DE HUYGENS

Huygens fue uno de los científi-cos que en su época analizaronlos fenómenos ópticos. Por enton-ces ya se conocían las propieda-des de las lentes, con las cuales sefabricaban telescopios y micros-copios. Pero a pesar de que los ar-tesanos podían fabricar lentes demuy alta precisión (para los están-dares de la época), prácticamen-te nadie trataba de explicarse por

qué los rayos de luz se “torcían” alatravesar estos elementos.

Huygens realizó diversos experi-mentos y observaciones, y llegó ala sorprendente conclusión deque la luz está formada por ondasdiminutas que se propagaban entodas direcciones. Esta naturalezade los rayos lumínicos explicaríansu comportamiento al atravesarun prisma (fenómeno descubiertopor Newton), y su desviación alatravesar medios de distinta densi-dad. Tan convincente y acertadafue la teoría de Huygens que per-maneció prácticamente sin cam-bios por más de dos siglos.

LOS PLANTEOS DE NEWTON

Por su parte, y con base en susobservaciones empíricas, Newtondescubrió que cuando se tieneuna fuente puntual de luz y se in-terpone un objeto entre ésta ycualquier otra superficie (porejemplo, el piso o una pared), lasombra del objeto tiene bordesperfectamente definidos y no di-fuminados, como se podría espe-rar si los rayos luminosos efectiva-mente fueran ondas como habíapropuesto Huygens.

Esto le llevó a pensar que la luzno estaba compuesta por ondas,sino por partículas tan pequeñasque no era posible verlas, peroque al chocar con los objetos, re-botar y llegar hasta nuestros ojos,nos permitían apreciar todo nues-tro campo visual. Por supuestoque una teoría corpuscular de laluz no explicaba fenómenos comola difracción de los rayos lumínicoscon las lentes (ni siquiera explica-ba el por qué de la descomposi-ción de la luz descubierta por elmismo Newton), así que por mu-chos años la teoría corpuscularfue abandonada por la comuni-dad científica, la cual se inclinó fa-vorablemente por la teoría ondu-latoria de Huygens. Habrían de

pasar más de dos siglos para quese recuperaran los planteamientosteóricos de Newton.

EINSTEIN Y EL EFECTO

FOTOEL CTRICO

A principios de este siglo, AlbertEinstein, científico alemán más co-nocido por la teoría de la relativi-dad, descubrió que cuando un ra-yo de luz golpea un cuerpo metá-lico, la conductividad de éste au-menta considerablemente. A estefenómeno se le llamó efecto fo-toel ctrico , y la explicación quele dio Einstein lo remitió nueva-mente a la naturaleza corpuscularde la luz propuesta por Newtondos siglos antes (figura 2).

Según el planteamiento deEinstein, la luz estaría compuestapor una gran cantidad de minús-culas partículas a los que llamófotones , los cuales, cuando gol-

peaban a los átomos de la placametálica del experimento, libera-ban electrones, incrementandoasí la conductividad del material.Sin embargo, la teoría de Einsteincontenía un elemento asombroso:planteaba que la luz efectiva-mente estaba compuesta por mi-núsculas partículas, pero que enciertas condiciones también esta-ba formada por ondas. En otraspalabras, Einstein le daba la razóntanto a Huygens como a Newton.

Esto podría parecer un desati-no; sin embargo, los más recientesexperimentos siguen comproban-do una y otra vez que la luz puedecomportarse en determinadascondiciones como ondas y enotras como partículas, y esta dua-lidad onda-part cula hace que losfenómenos ópticos sean tan inte-resantes (un detalle poco conoci-do es que el Premio Nobel que sele concedió a Einstein no fue porsu teoría de la relatividad, sino porsu descubrimiento del efecto fo-toeléctrico). Figura 3.

Capítulo 11

171

Fig. 2

PARTŒCULAS ELEMENTALES

DE LA MATERIA

Seguramente ya hemos des-pertado su curiosidad sobre los fe-nómenos luminosos, pero antes deavanzar en el tema, tenemos querevisar algunos conceptos básicosque nos permitirán un mejor en-tendimiento de las explicacionesposteriores. Comenzaremos conuna explicación breve sobre laspartículas elementales que com-ponen la materia.

Todo estudiante de electrónicasabe que la materia, en cualquie-ra de sus estados (sólido, líquido ogaseoso), se compone en un nivelmuy elemental de partículas de-nominadas átomos. El átomo es, asu vez, un sistema constituido por

un núcleo y por electrones que gi-ran en torno a él, de manera pare-cida a como giran los planetas enel sistema solar (figura 4).

El núcleo tiene carga positiva yestá formado por dos partículasmás elementales, llamadas protóny neutrón. En tanto, los electronesson gránulos de electricidad ne-gativa que, en conjunto, neutrali-zan la carga del núcleo; si ambasfuerzas se cancelan recíproca-mente en su totalidad, se diceque el átomo que las contiene esneutro.

Los electrones son considera-blemente más livianos que el pro-tón o el neutrón, por lo que pue-den desprenderse fácilmente dela fuerza que los une al núcleo, ycon ello dar origen a fenómenosde flujos de carga eléctrica, másconocida como electricidad.

Cuando un átomo pierde elec-trones se convierte en ion positivoporque se ha descompensado,predominando una carga de esaclase (positiva); el átomo en cues-tión queda así en disposición deatraer las partículas perdidas paramantenerse equilibrado. Por el

contrario, cuando ga-na electrones se con-vierte en ion negativo yqueda en disposiciónde expeler los electro-nes sobrantes que leproducen una cargade esa clase (negati-va). De hecho, pode-mos decir que todo fe-nómeno eléctrico pue-de explicarse en últimainstancia como el in-tento de un grupo deátomos por conservarun equilibrio eléctricoentre sus protones y suselectrones.

ABSORCI N Y EMISI N

El átomo es un sistema que,además, posee un determinadonivel de energía. Si dicho sistemaes sometido a una radiación —esdecir, a la acci n o golpeo de paque-tes o cuantos de energ a- se produ-ce entonces un aumento en el es-tado energético que posee; eneste caso, como los electrones sonlas partículas que poseen menosmasa, saltan fácilmente de unaórbita cercana al núcleo (de bajavelocidad) a otra más alejada (demayor velocidad); en ese momen-to podemos decir que el átomoha pasado a un estado de exci-taci n .

Y al contrario, cuando los elec-trones regresan a una órbita máscercana al núcleo es porque elátomo ha cedido una cierta can-tidad de energía en forma de fo-tones, con lo que decimos que elátomo nuevamente está en su es-tado base . Para entender mejoresta idea recurramos a la figura 5.

En la parte A de la figura, parti-mos de una situación inicial en laque tenemos un átomo que po-see cierta cantidad de energía;dicho átomo contiene un electrónque gira en una órbita intermediacualquiera; si el átomo emite unfotón, se producirá un salto delelectrón hacia una órbita más cer-cana al núcleo.

Ello sucede porque el fotónemitido representa una pequeñapérdida de energía del electrón, yesto, a su vez, significa que el nú-cleo lo puede atraer con más faci-lidad. (Recuerde que la energíadel núcleo atrae el electrón, perola velocidad de giro de éste lepermite cierta posibilidad escapa-toria; de ahí entonces que se de-sarrolle tanto una fuerza centrífu-ga como una centrípeta al interiordel átomo. Esta combinación defuerzas contrarias es lo que deter-mina la distancia a la que gira elelectrón en torno al núcleo.) A es-te fenómeno se le llama emi-s i n , y es en principio el respon-sable del fenómeno de la luz, yaque cada fotón emitido es, de he-cho, luz emitida.

En la parte B de la figura se pre-senta una situación inversa, en laque el átomo en lugar de ver dis-


172

Fig. 3

Fig. 5

Fig. 4

Capítulo 11

173

minuida su energía por la emisiónde luz (fotón), la ve aumentadapor la llegada de un paquete ocuanto de energía. Cuando estosucede, el fenómeno se conocecon el nombre de absorción, y aél se debe que disminuya la can-tidad inicial de luz; en este caso,el átomo en cuestión pasa de suestado base a un estado excita-do, en el que ha ganado energía,permitiendo que el electrón setraslade a una órbita más lejanadel núcleo.

FUENTES CONVENCIONALES DE LUZ

Con todo lo anterior, podemosdeducir fácilmente cómo funcio-nan las fuentes tradicionales deluz que todos conocemos, y porqué es necesaria una fuente deenergía para mantenerlas funcio-nando. Las fuentes convenciona-les o clásicas de luz son, sencilla-mente, una vela, una lámpara in-candescente, el sol etc. Produ-cen luz porque los átomos en suinterior han sido excitados másallá del límite estable, por lo quede forma espontánea sus electro-nes están brincando a órbitas debaja energía, liberando duranteeste proceso suficientes fotonespara producir una luz apreciable.

Por ejemplo, la luz incandes-cente tiene como fuente energé-tica la corriente eléctrica, que -como ya dijimos- no es más queuna enorme cantidad de electro-nes fluyendo de un punto a otro.En este flujo, estas partículas cho-can contra los electrones del ma-terial incandescente del foco,obligándolos a pasar a una órbitasuperior de alta energía. Comodicho estado no es muy estable,

los electrones tarde o tem-prano caen a su órbita nor-mal, liberando en el procesoun fotón. Ya estando en su ór-bita normal, existe la posibili-dad de que llegue nueva-mente un electrón viajero ychoque con él regresándoloa una órbita de alta energía,y el proceso se repite una yotra vez mientras haya flujoeléctrico a través del materialdel foco. Lo mismo podemosdecir de una vela, pero en

este caso la fuente de energía ex-terna es la combustión del mate-rial. Ahora bien, la luz que emanade estas fuentes se denomina luzincoherente porque surge comoun conjunto de ondas que se re-fuerzan o cancelan entre ellas, se-gún su dirección. Ver la figura 6.

Se dice que la incoherenciade este tipo de luz es espacialporque se trata de luz emitida alazar por átomos alejados entre sí,y llega a un punto por trayecto-rias ópticas diferentes.

La incoherencia también estemporal porque la luz emitida esde diferentes frecuencias, lo quela hace ser policromática. En su-ma, la luz que emana de las fuen-tes convencionales es incoheren-te espacial y temporalmente; encambio, la luz que surge del láser–según veremos más adelante- escoherente espacial y temporal-mente, lo cual le brinda caracte-rísticas cruciales que la diferen-cian completamente de la luz sur-gida de fuentes convencionales.En otras palabras: la luz del láseremana en forma de rayo y es deun solo color; la luz del otro tipode fuentes se propaga en formade radiaciones en diferentes di-recciones y es policromática.

EMISI N INDUCIDA O ESTIMULADA

En este caso tenemos un áto-mo en estado excitado que es

golpeado por un fotón; en conse-cuencia, el átomo puede emitirdos fotones, con lo que retorna alnivel energético correspondienteal estado base, saltando el elec-trón no a una órbita superior, sinoa una inferior (figura 7). A este fe-nómeno se le llama emisi n in-ducida o estimulada , y constituyeel principio de operación del lá-ser; fue descubierto por Einsteinen 1917.

En esencia, como puede de-ducir el lector, la emisión estimula-da consiste en provocar el retor-no de un átomo excitado a su es-tado base, golpeándole con unfotón incidente; ello produce laemisión de dos fotones con lasmismas características y direcciónde propagación, las cuales sondeterminadas por el fotón inci-dente. Según este fenómeno, laluz puede ser amplificada pormedio de la emisión estimuladade radiaciones.

ESTRUCTURA B SICA DEL L S E R

Consideremos ahora un siste-ma formado por un conjunto deátomos, algunos en su estado ba-se y otros en estado excitado. Sigolpeamos a este sistema con unfotón, se verificará en su interiortanto el fenómeno de emisión in-ducida como el de absorción defotones.

El primero producirá la expul-sión de paquetes de energía dealgunos átomos, en tanto que elsegundo tenderá a hacerlos de-saparecer. Es decir, por un lado seamplifica el efecto del fotón inci-dente, pero por otro tiende a nuli-ficarse; el resultado final depen-derá del número de átomos quese encuentran en estado excita-do y del número de ellos que sehallen en su estado base. Paraque se produzca al final una am-plificación del efecto, la cantidadde átomos en estado excitado

Fig. 6

Fig. 7

deber ser mayor al número deellos en su estado base. Ejemplifi-quemos esto con la figura 8.

Las líneas horizontales superio-res representan al estado excitadode los átomos que componen alsistema atómico en cuestión, y laslíneas inferiores representan al es-tado base. Al golpear a un átomoexcitado con un fotón emite, a suvez, dos fotones y decae su nivelde energía a su estado base; pos-teriormente, estos dos fotones re-sultantes golpean a otro átomoexcitado, produciéndose el mismofenómeno de amplificación. Estostres paquetes de energía se pro-yectan ahora contra un átomoque se encuentra en su estadobase, por lo que ahora se emitensolamente dos fotones y el últimoátomo golpeado absorbe ener-gía, quedando al final en estadoexcitado.

Y así sucesivamente, tendre-mos un proceso de emisión-absor-ción de fotones. Para que al finalprevalezca el efecto de amplifica-ción propio de la emisión induci-da, es necesario que el númerode átomos en estado excitadosea constantemente mayor al nú-mero de ellos en su estado base,lo cual requiere de un sistema debombeo que brinde selectiva-mente a los átomos la energía ne-cesaria. Así pues, el sistema debombeo es el encargado de pro-porcionar un elevado flujo deenergía (fotones) a un cierto con-junto de átomos –en el que ocu-

rren los procesos de ab-sorción y emisión induci-da-, el cual recibe elnombre de medio acti-vo . Este puede encon-trarse en cualquiera delos estados de la mate-ria: sólido, líquido o ga-seoso; sin embargo, apesar de que se ha lo-grado que persista el

efecto amplificador de la emisióninducida, al aplicarse al medioactivo un sistema de bombeo, de-bido a la duración de cada fotónen el citado medio activo es pe-queñísima –ya que los fotones via-jan a la velocidad de la luz-, elproceso de la emisión estimuladaes incapaz de extraer toda laenergía que el sistema de bom-beo deposita en el medio activo.

Para resolver este problemadebe hacerse uso de un elementodenominado cavidad resonante ,que consiste en un par de espejosparalelos colocados en los extre-mos del medio activo, tal comopodemos ver en la figura 9.

Cada fotón que se refleja en elespejo rebota y dirige nuevamen-te hacia el medio activo, permi-tiendo así una expansión mayorde la emisión de fotones.

Sin embargo, advierta que sólouno de los espejos refleja todos losfotones incidentes en él y que elotro deja escapar una pequeñacantidad de ellos. Este número pe-queño de fotones que escapan

de uno de los es-pejos de la cavi-dad resonante, eslo que viene aconstituir el rayo deluz láser. Dicho hazde energía así emi-tido posee las ca-racterísticas de co-herencia espacial

y temporal; en otras palabras, laluz que emite el láser surge a partirde un cierto punto y es monocro-mática, a diferencia de la luz inco-herente que emiten las fuentes deluz convencionales.

Ya sabemos entonces que elláser es una fuente de radiaciónintegrada por un medio activo, unsistema de bombeo y una cavi-dad resonante; conviene ahoraaclarar que la radiación se ubicaen la región visible, infrarroja o ul-travioleta del espectro electro-magnético, aunque ya se hablade un láser que puede operar alas longitudes de onda de los ra-yos X. Recordemos que, desde elpunto de vista de la física moder-na, la única diferencia que existeentre la luz visible, los rayos X, infra-rrojos y ultravioleta, las ondas deradio, de televisión, etc. estriba enlas distintas longitudes de onda deesas radiaciones. El espectro elec-tromagnético comprende unagran variedad de ondas electro-magnéticas, que van desde rayoscuya longitud de onda es de unacienbillonésima fracción de centí-metro —como los c smicos-, hastaondas de radio con longitudes infi-nitas. El hombre percibe sólo unadiminuta fracción de este espec-tro (figura 10).

CONSIDERACIONES FINALES

Para finalizar, insistimos en que


174

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

el láser es una fuente de luz produ-cida y sobre todo amplificada porla llamada emisión inducida o esti-mulada, la cual es diferente a laemisión espontánea en que se ba-san las fuentes de luz convencio-nales. Las propiedades más impor-tantes del haz del láser son:

a) Gran intensidad y posibilidadde ser concentrada en un objeto.

b) Gran coherencia espacial, loque permite que la luz emane pr c-ticamente de un punto bien defini-do.

c) Gran coherencia temporal, locual significa que la luz del l ser escasi monocrom tica, o sea, tiene unsolo color o longitud de onda.

d) Gran directividad, hecho quepermite que el haz del l ser tengauna divergencia inapreciable en su

anchura a lo largo de grandes dis-tancias.

Estas cuatro características,por supuesto, no las posee la luzemitida por fuentes convenciona-les; de ahí se deriva, entonces, lagran aplicación que tiene la luzdel láser en la medicina, en la fu-sión termonuclear, en las teleco-municaciones, en la industria, etc.

Capítulo 11

175

Probador de Transistores

El téster mide tensiones, el va-lor de una resistencia, unacorriente, etc. También pue-

de ser que midan transistores pe-ro, muchas veces, el resultado noes correcto. Si aplicamos a la Ba-se de un transistor una corrienteconocida y luego, medimos en elColector la corriente proporcio-nada, obtendremos la mediciónde la ganancia, de la siguienteforma:

I (mA) Colector = I (mA) Base = Ganancia

Como primera instancia, de-bemos conocer en forma exactala corriente en µA que circulanpor la Base. Para nuestro circuito,usaremos dos operacionales, unopara adquirir una tensión de refe-rencia de 1V y el otro como ge-nerador de corriente constante.De esta forma se obtendrá unacorriente constante y estable. Sitenemos una tensión de 1V, paralograr una corriente de 0,01mAdebemos conectar en serie conla Base del transistor una resisten-cia que se calcula como:

Ω = (V / mA) x 1.000

Por lo tanto, la resistencia R5será de 100.000Ω. Para compro-bar el valor de R5 (100.000Ω) de-bemos observar el esquemaelectrónico de la figura 1.

Tomando en cuenta este va-lor, la corriente del operacionalque transita en la unión Base-Emisor es igual a 0,01mA. De estamanera podemos determinar enforma exacta el valor de la ga-nancia, al ser estables la corrien-

te de base y la tensión Base-Emi-sor (Vbe). Haciendo uso de estecircuito con ambos operaciona-les, ni la pila, ni la Vbe, ni la tem-peratura podrán afectar nuestramedición, cosa que sería diferen-te si para medir nuestro transistorbajo prueba utilizáramos un tran-sistor con polarización fija.

Si cerramos el interruptor S1 enel circuito de la figura 1, se ali-mentará el circuito con una ten-sión de 9V. La tensión para el pri-mer operacional, se adquieremediante los extremos del diodozéner de precisión DZ1, de 3,3V.

El diodo zéner posee dos pre-set (R2-R3) en los extremos, y elpunto de unión conectado a laentrada no inversora del segundoamplificador operacional. De es-ta manera, la entrada tendráuna tensión de 4,5V, justamentela mitad de la tensión de alimen-

tación. Si desplazamos S2 haciala posición NPN y giramos el pre-set R2 de un extremo a otro, po-demos obtener una tensión varia-ble en la pata 3 no inversora delprimer operacional, que tendráun mínimo de 4,5V y un máximode 6V. Si desplazamos S2 a la po-sición PNP y la misma pata tieneuna tension variable, podremosobtener un máximo de 4,5V y unmiínimo de 3V.

De esta manera, en la patade salida de CI1A y en ambosterminales de test point(ver TP1),contaremos con una tensión po-sitiva en la posición NPN com-prendida entre 0 y 1,4VG, encambio, en la posición PNP con-taremos con tensión negativa,entre 0 y 1,4V.

Por lo tanto, ambos pre-set, R2y R3, se regulan para obtener unatensión de 1V positivo en TP1

Fig. 1

LISTA DE MATERIALES

CI1 - TLo82 - Operacional conentrada FET.DZ1 - Diodo z ner de 3,3V x 1WD1 a D4 - 1N4148 - Diodos de usogeneral.

S1 - Interruptor simpleS2 - Llave doble inversoraR1= 1k‰R2, R3 - Pre-set de 10k‰R4 - 1k‰R5 - 100k‰C1 - 100 F x 16V - Electrol tico

C2 - 0,1 F - Cer micoC3, C4 - 10 F x 16V - Electrol ticoVarios:Gabinete para montaje, z calospara el integrado, esta o, z ccalospara los transistores a probar, etc.

cuando S2 se encuen-tra en NPN, y una ten-sión de 1V negativocuando se encuentraen PNP.

Con esta tensión,podrá circular en labase del transistorpuesto a prueba (pormedio de R5 de100.000 Ω), una co-rriente de 0,01mA.

Ahora, veremos có-mo invertir la polaridaden ambos terminalesEmisor y Colector.

La polaridad nega-tiva deberá conectar-se al Emisor de todoslos transistores de NPNy la positiva sobre elColector, mientras queen los PNP la polaridad debe serinversa a la recién establecida.

La inversión de polaridad en eltransistor puesto a prueba se reali-zará mediante el primer operacio-nal.

Cuando una tensión positivallega a la Base del transistor me-diante la R5, ésta tambien ingresaa la pata inversora (6) de CIB1, te-niendo un nivel lógico "0" (tensióna nivel masa) en la pata de salida7. En cambio, cuando una tensiónnegativa ingresa a la base deltransistor en la patita de salida 7,hallaremos un nivel lógico "1" (va-lor máximo de tensión positiva).

La llave inversora cumplirá lafunción de invertir la polaridad enColector del transistor.

Al colocar la llave en posiciónNPN, el cursor del S2A tendrá ten-sión positiva de la pila de alimen-tación y la traslada a los cuatrodiodos D1 a D4, que se encuen-tran conectados en puente.

De esta manera, del diodo D2pasará la tensión positiva hacia elinstrumento a colocar en nuestromedidor, y atravesando D3 alcan-

zará el Colector del transistor. Alinvertir la llave, el cursor tendráahora una tensión negativa, lacual se aplica a los cuatro diodos.

Pasará de esta forma, del dio-do D1 al instrumento, una tensiónnegativa que alcanzará el Colec-tor del transistor por medio deldiodo D4.

En el caso que accionemos losinterruptores, invertiremos la pola-ridad de la alimentación en losterminales E-B-C de un transistor,de hecho podremos medir cual-quier transistor PNP o NPN.

Si conectamos el téster a losterminales de salida que se en-cuentran sobre el puente de dio-dos, obtendremos la gananciadel transistor.

El t ster podemos utilizarlo pa-ra mediciones en corriente CC.

Recomendamos para la medi-ción, comenzar de la gananciamáxima, o sea desde 5mA, y sideseamos obtener una mayorprecisión, se pasa a 1mA o a 0,5mA, es decir, 500µA, en el casoque el transistor tenga una ga-nancia menor a 50. Debemos

desplazar el interruptorS2 hacia la posiciónNPN, luego ubicaremosel téster en los terminalesTP1, con el positivo ha-cia la salida de ICA.

El téster debe estarpreparado para medir afondo escala 3V o latensión más próxima se-gún su multímetro. En es-te momento existe ten-sión en el circuito, por lotanto se debe girar R2para obtener 1V. Finali-zado este proceso, apa-garemos el probador, seubica S2 en PNP y se in-vierten las pinzas del tés-ter en los terminales TP1,quedando el negativohacia la salida de IC1A.

Nuevamente encendemos elaparato y giramos R3 hasta quealcance 1V. Debemos tener encuenta, también que, compro-bando la corriente de Base, po-demos realizar el ajuste de ambospre-sets, precisaremos de dostransistores de silicio de baja po-tencia, uno de tipo PNP y el otrode tipo NPN.

Cuando tenemos los transisto-res, se conecta el téster ajustadoen medición CC, entre la salida Bdel probador y la base del transis-tor puesto en prueba. Teniendo encuenta, además, un fondo escalade 30-50µA. Si conectamos untransistor NPN, giraremos R2 hastaalcanzar los 10µA y montando untransistor PNP, giramos R3 hastallegar a la misma corriente del pri-mero. Si ponemos en práctica es-tas mediciones, no será necesarioque el colector esté conectado alconector C, de hecho se podrásacar el téster del rectificador yusarlo para esta medición. Tengaen cuenta que si los transistores enprueba están en corto, se podríadañar el téster. ******************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24, preparada porel Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboración de docentes y es-critores destacados en el ámbito de la electrónica internacional. Los temasde este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejo, Felipe Orozco yLeopoldo Parra Reynada.


Fig. 2

Capítulo 11

177

TV - AUDIOVIDEO

MICROPROCESADORES

SSAABBEERR



INDICE DELCAPITULO 12

TELEVISIÓNCómo transmitir imágenes ........................179El Receptor de TV.......................................182La antena de TV.........................................183Antenas externas........................................184Antenas para varios canales....................185

a) Antena Yagui......................................185b) Antena cónica ...................................186c) Antena logarítmica periódica..........186

TV por satélite .............................................186El cable de bajada....................................187El sintonizador de canales.........................187La etapa amplificadora

de FI de video.............................................188Neutralización y ajustes .............................189El control automático de ganancia (CAG) ..................................189Los circuitos de sincronismo......................190El sincronismo vertical ................................190El sincronismo horizontal ............................191Los circuitos de sincronismo......................191

GENERADOR DE BARRASCircuito del generador ..............................192





C M O TRANSMITIR IM GENES

Los micrófonos pueden captarondas sonoras y convertirlas en se-ñales eléctricas, las cuales modulanlas ondas de radio y pueden sertransmitidas, así, a la distancia. Pararecuperar los sonidos, basta amplifi-car las corrientes eléctricas y apli-carlas en parlantes que se encar-gan de su reproducción.

Se puede hacer lo mismo con lasim genes?

Naturalmente el lector sabe quesí, pues todos poseen aparatos deTV en su casa. Pero es necesariocomprender bien el mecanismo...

Una imagen es mucho más com-pleja que un sonido, lo que exigemás que un simple transductor, tipomicrófono, conectado a un transmi-sor.

La información correspondienteal sonido tiene solamente una di-mensión: la onda incide de modoconstante sobre el micrófono, quevaría con el tiempo. Una imagen no.La misma tiene dos dimensiones (enverdad tiene tres, ¡pero todavía notenemos televisión tridimensional!) yesto plantea un serio problema parasu captación.

Si tuviéramos una imagen corres-pondiente a una X, como muestra lafigura 1, para transmitirla, nuestraprimera preocupación sería reducirsus dimensiones, o sea: convertirlaen una imagen de solamente unadimensión, o también, en una formadiferente. Este recurso que usamoses también empleado cuando de-seamos copiar un dibujo muy com-plicado. En lugar de tomar el dibujocomo un todo, lo dividimos en sec-tores, como muestra la figura 2.

Después, "barremos" la figura,copiando cada sector, o cada cua-dradito separadamente, lo que esmucho más fácil. Juntando los cua-draditos, tenemos la recomposicióndel diseño.

Del mismo modo, en televisión,para transmitir la imagen, lo que sehace, en primer lugar, es la descom-posición en líneas que poseen claros

y oscuros, y es esta información laque es llevada a su televisor, dondese la recompone. Si puede examinarde cerca un televisor en blanco ynegro, verá que la imagen está for-mada por 625 líneas paralelas hori-zontales, que presentan claros y os-curos. Lo importante en este sistemaes que nuestra vista no percibe real-mente las líneas, pero sí la imagenen su totalidad, siempre que el nú-mero de líneas usado sea suficiente-mente grande.

Nuestra vista posee una carac-terística, que se llama capacidadde resolución, que nos impide distin-guir objetos separadamente, si hayentre ellos distancias muy peque-ñas. Dos puntos dibujados en unahoja se ven como uno solo (fundi-dos) si alejamos esta hoja de nuestravista hasta una cierta distancia.

Volviendo al problema de latransmisión de la imagen, todo loque necesitamos entonces es un sis-tema que "explore" la imagen en lí-neas horizontales, que transmita lasinformaciones de claros y oscuros yque permita su recomposición en unaparato distante. Para que tenga-mos una imagen de buena defini-ción, o sea, que sean visibles deta-lles pequeños, será necesario uncierto número de líneas, que en elcaso de la TV en Argentina es de625. Pero esto no es todo. Recuerdeque una imagen de TVnormalmente está enconstante movimien-to. Si la "exploración"de la imagen fueramuy lenta, cuando lle-gamos a su final, el ob-jeto que estamos en-focando ya cambióde posición. La solu-ción para obtener elmovimiento, o sea,para poder transmitirimágenes en movi-miento, es la mismaadoptada en el casodel cine y basada enla persistencia retinia-na.

Del mismo modo que nuestrosojos no pueden separar puntos muycercanos en una imagen, tambiénsufren una cierta "confusi n tempo-ral", o sea, no pueden distinguir dosfenómenos sucesivos muy próximos,tal como se muestra en la figura 3.

Si usted pasa su mano varias ve-ces, muy rápidamente delante deuna imagen, interrumpirá la visión ysu vista no conseguirá ver esta inte-rrupción y "compondr " la imagen.

Una lámpara que guiñe rápida-mente en una frecuencia mayorque 10Hz, o sea, 10 guiños por se-gundo, no podrá ser vista como unasucesión de destellos, sino como siestuviera encendida continuamen-te, pues nuestra vista no puede dis-tinguir guiños sucesivos a menos de0,1 segundo.

El cine aprovecha este hecho,del siguiente modo:

Capítulo 12

179

Capítulo 12

Curso Básico de Televisión

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Para que tengamos la sensaciónde movimiento en las imágenes pro-yectadas, basta hacerlo con granvelocidad. Una película cinemato-gráfica no es más que una sucesiónde fotografías (quietas) que son pro-yectadas rápidamente, de modoque percibimos las alteraciones deuna a la otra como movimiento, pe-ro no vemos el pasaje de una a otra.Vemos solamente que la escena seva modificando continuamente.

En el caso del cine, la proyec-ción se hace a razón de 24 cuadrospor segundo.

En la televisión, la transmisión sehace a razón de 50 cuadros por se-gundo. En suma, en cada "cuadro"se debe tener la exploración com-pleta de la imagen que se convierteen claros y oscuros, los cuales modu-lan el transmisor en forma de menoro mayor tensión, y ese cuadro es re-compuesto en la pantalla de su te-levisor.

La sucesión rápida de cuadrosno es percibida por nuestra vista ytenemos la sensación de una ima-

gen que se modifi-ca continuamen-te, o sea, pode-mos tener una re-producción de losmovimientos delobjeto enfocado(recordemos queel intervalo míni-mo en que pode-mos percibir fenó-menos sucesivoses de 0,1 segun-do, (tal como segrafica en la figu-ra 4).

LA C MARA DE

TELEVISI N

El punto departida de la ima-gen que llega a sutelevisor es la cá-mara de TV, puesella "capta" la es-cena y la transfor-ma en señaleseléctricas quepueden ser trans-mitidas por unequipo conven-cional.

Para entenderla televisión debemos partir de lacámara, pues es ella la que forma laimagen que llega a nuestro televisor.

Como vimos en el punto anterior,la imagen debe ser "barrida", dividi-da en líneas para que cada línea,que consiste en una sucesión declaros y oscuros, pueda ser transmiti-da. La recomposición de estas lí-neas en el televisor permite recom-poner la imagen original. El elemen-to básico de una cámara de TV esun tubo denominado "Vidic n" quetiene la estructura que aparece enla figura 5. (También existen otrosdenominados "Ortic n" y "Plumbi-c n", pero el más común es el "Vidi-c n".)

En la parte frontal del tubo existeuna lente común de vidrio, cuya fi-nalidad es enfocar la escena sobreuna superficie fotosensible (figura 6).Esta superficie presenta una propie-dad denominada fotoconductivi-dad, que consiste en la disminuciónde la resistencia por la liberación decargas en presencia de la luz.

Los materiales que se pueden

usar en la fabricación de esta super-ficie son el plomo, el telurio y el sele-nio. Por detrás de la superficie foto-sensible, el tubo de vidrio se prolon-ga y termina en un cañón electróni-co. La finalidad de este cañón elec-trónico es producir un haz de elec-trones que incidirá en la superficiefotosensible.

Un sistema externo formado porbobinas alrededor del cañón elec-trónico permite modificar su direc-ción. Así, aplicando una señal deforma determinada a las bobinas,podemos desplazar el haz de elec-trones de modo que el mismo "ba-rra" la placa fotosensible, exploran-do así la imagen proyectada por lalente. Ocurre entonces lo siguienteen este "barrido": cuando el haz deelectrones del cañón electrónicopasa por un punto claro de la ima-gen proyectada, la liberación decargas hace que la resistencia obte-nida sea disminuida y la señal tieneintensidad mayor en la salida. Cuan-do el haz explora un punto oscuro laresistencia es mayor. La resistenciavaría entre 2 y 20MΩ para los tubosde cámara de este tipo. Obtene-mos en la salida una corriente varia-ble, que corresponde justamente alos claros y oscuros de cada líneaexplorada por el haz. La señal de vi-deo, como se la llama, tiene enton-ces intensidades correspondientes acada línea transmitida.

Pero la cosa no es tan sencilla.Faltan resolver algunos problemasadicionales. Una vez transmitida la lí-nea, por ejemplo, se debe tambiénenviar una señal hacia el receptorpara que el haz de electrones o elbarrido vuelva al comienzo de lapantalla e inicie otra línea. Para quela imagen del televisor correspondaa la imagen captada por la cámaradebe haber sincronismo entre ellas.Así, entre cada línea debe existiruna señal de sincronismo que esmostrada en la misma figura 7.

Además la misma señal de TVdebe también transmitir el sonido. Ellector puede percibir fácilmente queuna sucesión de informaciones tangrande como corresponde a unaimagen completa más el sonido,precisa un canal de ancho muchomayor que los 5kHz de la AM, o inclu-so de la FM. De hecho, para TV elcanal usado tiene un ancho muchomayor, de 6MHz, lo que exige unabanda especial para su transmisión.

Curso de Televisión

180

Figura 4

Figura 5

Figura 6

LA TRANSMISI N DE TV

Las señales provenientes de lacámara de TV y también de los mi-crófonos colocados en el estudiodeben ser transmitidas por ondaselectromagnéticas (ondas de radio)hasta su casa, como sugiere la figu-ra 8. Sin embargo, cuando una ima-gen está descompuesta en líneas,del modo que vimos en la lecciónanterior, posee muchos más detallesque un sonido audible, como escaptado por un micrófono. Paratransmitir señales de una frecuenciahasta 5kHz, necesitamos una bandade frecuencias de por lo menos10kHz de ancho, lo que significa unalimitación para el número de esta-ciones de ondas medias y cortas,por ejemplo.

Para FM, como la banda de soni-dos transmitidos es mayor, la bandade frecuencias usadas es también

más ancha. Así,una banda deFM puede ocu-par un canal has-ta 10 veces másancho que uncanal de AM, pa-ra que las emisio-nes de sonido es-tereofónico conseñales de deco-dificación pue-dan ser realiza-das sin proble-mas de interfe-rencias.

En el caso deTV, la banda defrecuencia paracada canal de-be ser todavíamás ancha.

`Vea que debe-mos transmitir al mismo tiempo informa-ci n del sonido y de la imagen sin queuna interfiera sobre la otra!

El patrón de TV usado en nuestropaís prevé para la transmisión deimagen una banda del orden de los4,2MHz de ancho. Todo el canalocupa una banda de 6MHz, ya quehay que transmitir también el sonido.En la figura 9 tenemos la ubicaciónde la señal de sonido y de imagen(portadora de sonido y de imagen)para un canal de TV.

Así, existe una separación de250kHz entre el límite superior de labanda destinada al canal y la por-tadora de sonido. Del mismo modo,la señal de video se sitúa 1,25MHzpor encima del límite inferior del ca-nal. Mientras la señal de video esmodulada en amplitud, la señal desonido es modulada en frecuencia.

La banda de frecuencias quedeben ocupar los canales, básica-

mente, es de VHF(Very High Fre-cuency) situadaentre 54 y216MHz separa-da en dos grupossegún la siguien-te tabla:

a) Canales bajos:canal 2 - ocupando

de 54 a 60 MHzcanal 3 - ocupando

de 60 a 66 MHzcanal 4 - ocupando

de 66 a 72 MHz

canal 5 - ocupando de 76 a 82 MHzcanal 6 - ocupando de 82 a 88 MHz

Entre el canal 4 y el 5 quedan libles 4MHzusados en otras aplicaciones.

b) Canales altos:canal 7 - ocupando de 174 a 180 MHzcanal 8 - ocupando de 180 a 186 MHzcanal 9 - ocupando de 186 a 192 MHzcanal 10 - ocupando de 192 a 198 MHzcanal 11 - ocupando de 198 a 204 MHzcanal 12 - ocupando de 204 a 210 MHzcanal 13 - ocupando de 210 a 216 MHz

Mientras tanto, existe una segun-da banda de canales de TV, deno-minada de UHF (Ultra High Fre-cuency), usada principalmente enretransmisión de señales para locali-dades distantes, que va de 470MHza 890MHz y que comprende los ca-nales de 14 a 83.

Las señales de estas bandas,tanto UHF como VHF, tienen un com-portamiento diferente de las señalesde radio de ondas medianas y cor-tas. Mientras las señales de radio deondas medias y cortas pueden refle-jarse en las capas altas de la atmós-fera (ionósfera) y así alcanzar gran-des distancias, principalmente denoche, las señales de TV no lo ha-cen. (fig. 10). Con esto, el alcancede las transmisiones de TV no de-pende de la potencia de la esta-ción, como en el caso de la radiodi-fusión, sino que es más o menos fijo,se limita a la línea visual, o sea, has-ta "donde la vista puede alcanzar".

En verdad, el alcance es un po-co mayor que el horizonte visual,pues puede aumentárselo con laelevación de la altura de la antena,tanto de la estación transmisora co-mo de la estación receptora.

Es por este motivo que las trans-misoras colocan sus antenas en lu-gares bien altos; además: cuantomás lejos viva usted de una estaciónque desea captar, tanto más altadebe colocar su antena. (fig. 11). Enla figura 12 ilustramos lo que ocurrecuando una estación distante debeser captada por una antena baja.Las señales no llegan hasta la ante-na y no puede haber recepción.

En los transmisores de TV la po-tencia no es importante para el al-cance, pero es importante para evi-tar un problema: la obtención deimágenes poco nítidas.

Con potencias elevadas se ga-

Capítulo 12

181

Figura 7

Figura 8

Fig. 9

rantiza que dentro del alcance delas emisiones la señal llegue fuerte ycon esto pueda vencer obstáculose interferencias, tema del que ha-blaremos oportunamente.

EL RECEPTOR DE TV

El receptor de TV o televisor reci-be las señales enviadas por la esta-ción y reproduce la imagen originaly, evidentemente, también el soni-do. En la figura 13 tenemos la estruc-tura en bloques de un receptor, pa-ra que el lector tenga una idea pre-liminar de su complejidad. Para en-tender mejor cómo funciona el tele-

visor, partimos desu elemento bási-co que es justa-mente el tubo deimagen, cinesco-pio o tubo de ra-yos catódicos(TRC) como tam-bién se lo llama.Este tubo puedeser analizado co-mo el vidicom "alrevés", o sea, co-mo una cámarade TV "en sentidoinverso".

En la figura 14tenemos la repre-sentación básicade un tubo de TVen blanco y ne-gro, ya que toda-vía no hemos ha-blado nada deTV en colores.(Entendiendo pri-mero cómo fun-ciona uno, serámás fácil com-prender cómofunciona el otro).El tubo de ima-gen o cinescopiotiene en su parteposterior un "cue-llo" estrecho quese denomina "ca-

n electr nico".De hecho, su

función es dispa-rar electronescontra la superfi-cie plana recu-bierta de fósforo,para que la mis-

ma forme la imagen. Veamos cómofunciona este cañón electrónico.Tenemos un filamento de tungsteno,semejante al de las lámparas y vál-vulas, que al ser recorrido por unacorriente se calienta y también ca-lienta un electrodo deno-minado "cátodo". Este cá-todo está conectado auna fuente de tensión ne-gativa de modo que elmismo pueda disponer deuna gran cantidad deelectrones. De hecho, alser calentado, se formaalrededor de este electro-do una verdadera "nube"de electrones que se de-

nomina "carga espacial".La parte frontal del cinescopio

está recubierta por una capa dematerial fosforescente. Para que loselectrones puedan ser disparadospor el cátodo caliente que los libe-ra, éstos necesitan ser atraídos. Paraello existe también en la parte fron-tal del tubo una cobertura de mate-rial conductor que es sometida auna elevada tensión, del orden demiles de volt.

Los electrones que son liberadospor el cátodo son entonces atraídospara la parte frontal del tubo congran velocidad.

Para que estos electrones no sedispersen en este disparo, incidien-do en diversos puntos de la panta-lla, es preciso que sean enfocados.(figura 15).

Esto se consigue con ayuda deelectrodos adicionales y de electroi-manes colocados en el cuello deltubo. Con estos electrodos se consi-gue que los electrones se concen-tren y formen solamente un haz queincide en un punto único de la pan-talla. El punto en que los electronesinciden emite luz, aparece, por lotanto, luminoso.

Como ya vimos, la imagen des-compuesta por la cámara se "parte"en líneas que contienen informacio-nes de las zonas claras y oscurasque se están enfocando.

Para reproducir esta imagen de-bemos también barrer el tubo al for-mar líneas y variar la intensidad delpunto luminoso para obtener nue-vamente las zonas claras y oscuras.El haz de electrones debe entoncesser movido por la pantalla del cines-copio de manera de formar las lí-neas y también variar su intensidadde modo de reproducir los claros yoscuros. Para esto existen los llama-dos circuitos de deflexión.

Dos son los modos usados paradeflexionar los electrones en el tubode TV. Veamos cómo funcionan: El


182

Figura 10

Figura 11

Figura 12

Figura 13

Figura 14

primero es el método electrostático.Si dos placas están cargadas eléctri-camente, como muestra la figura16, un haz de electrones que paseentre ellas sufrirá un desvío. La des-viación será determinada por unarepulsión de la placa negativa y unaatracción de la placa positiva, pueslos electrones, como ya sabemos,poseen cargas eléctricas negativas.

Cuanto mayor sea la carga deestas placas, o sea, mayor la tensiónaplicada, mayor será la desviaciónque un haz de electrones sufrirá.

En los tubos de imagende televisión podemos en-contrar dos conjuntos deplacas, ubicadas vertical-mente de modo de haceruna deflexión del haz en elsentido vertical, y un con-junto ubicado horizontal-mente para hacer la defle-xión en el sentido horizon-tal, como muestra la figura17. El otro tipo de deflexiónque encontramos es lamagnética. Si un haz deelectrones entra en elcampo magnético de unimán, habrá una deflexión,como muestra la figura 18.

Bobinas colocadas al-rededor del cuello del tu-bo son usadas para hacerla deflexión de los electro-nes. Esta deflexión se haceen el sentido de lograr laconvergencia de los elec-trones en un punto único,con las menores dimensio-nes posibles, y con lo quese obtiene idealmente unfoco perfecto.

Vea el lector que, paraque los electrones puedanmoverse libremente en elinterior del tubo, no debehaber ningún obstáculo. Eltubo tiene en su interior unvacío, lo que significa quela presión interna es nula yla presión externa es la at-mosférica. Por este motivo,los tubos están sujetos auna "implosi n" en casode un golpe violento.

LA ANTENA DE TV

En primer lugar, paraque un receptor procese

las señales que corresponden a lasimágenes, es preciso que estas se-ñales lleguen hasta el televisor conintensidad suficiente, sin problemas.

El responsable por la captaciónde las señales de TV y, por lo tanto,por más de la mitad de la calidadde la imagen en su aparato, es el sis-tema de antenas. Las antenas detelevisión difieren de las antenas deradio, y también de las de FM, pordiversos motivos.

El primer motivo es porque lasfrecuencias usadas por los canales

de TV comprenden una banda mu-cho más amplia, como vimos en lalección anterior.

El segundo es porque las longitu-des de onda más cortas y, por lotanto, las frecuencias más elevadas,son más sensibles a la presencia deobstáculos, u otros problemas físicos.

El tercero es porque la imagen,por su número de detalles, es mu-cho más sensible que el sonido, acualquier problema que puedaocurrir con las señales que las trans-portan. Una antena no es más queun conjunto de conductores quepuede interceptar las señales de al-ta frecuencia que se propagan enla forma de ondas electromagnéti-cas. Un conductor colocado en elcamino de una onda, al ser inter-ceptado, se ve sometido a un pro-ceso de inducción, aparecerá asíuna tensión correspondiente a la se-ñal en puntos determinados.

Para que el elemento funcionecomo un sistema eficiente de cap-tación de señales, su formato y susdimensiones deben tener relacióndeterminada con la frecuencia y,por lo tanto, con la longitud de on-da de estas señales.

En el caso de las antenas de te-levisión, las varillas usadas comoconductores para interceptar las se-ñales tienen longitudes calculadassegún las frecuencias de los cana-les. La relación entre las dimensionesde estas varillas y las frecuencias delas señales depende del tipo de an-tena, existiendo diversas posibilida-des.

El tipo más común de antena esel dipolo de media onda (figura 19),en que tenemos dos varillas que tie-nen, en la longitud total, el equiva-lente a la mitad de la longitud de laonda de la señal que debe ser cap-tada. Recordamos a los lectoresque la longitud de onda de una se-ñal se obtiene al dividir la velocidadde propagación de esta onda porsu frecuencia (figura 20).

Como para las señales de radioy TV la velocidad es de aproximada-mente 300.000 kilómetros por segun-do, o sea 300.000.000 metros por se-gundo, que corresponde a V, tene-mos entonces la fórmula:

λ = V/fλ = longitud de onda en metrosf = frecuenciaλ = 300.000.000/f

Capítulo 12

183

Fig.15

Fig.16

Fig.17

Fig.18

Para el canal 11, por ejemplo, enque podemos dar como frecuenciacentral 200MHz, o sea 200.000.000Hz,la longitud de onda será:

λ = 300.000.000/200.000.000λ = 1,5m

El dipolo de media onda paraeste canal, debe tener la mitad deesta longitud, o sea 75 cm. Vea quepara el canal 2, en que podemoscentralizar la frecuencia alrededorde 60MHz, para efectos de cálculo,la longitud de onda será:

λ 300.000.000/60.000.000λ = 5 metros

El dipolo de media onda debetener, para este canal, aproximada-mente 2,5 m. El lector puede percibirque en la práctica, será muy difícilobtener una única antena que pue-da captar todos los canales con lamisma eficiencia, en vista de la dife-rencia de longitudes de onda.

En verdad, cuando la antena es-tá dimensionada para determinadafrecuencia, en esta frecuencia surendimiento es máximo, lo que signi-fica que también se pueden captarlas otras frecuencias, aunque conmenor rendimiento. Lo que se haceentonces es usar una antena consimples varillas para el medio de labanda de TV, de modo que en éstase obtenga el máximo rendimiento,pero que también se capten los ex-tremos. Es lo que ocurre con las an-tenas internas del tipo telesc pico .

Vea que, para obte-ner la mejor imagen eneste caso, no es precisosolamente cambiar lasposiciones de las varillascon abrirlas o cerrarlas,sino que debe también,al alterar su longitud:“acortar o estirar” las va-rillas, según el canal.

Existen, sin embargo,antenas con muchosmás elementos que estasdos varillas, las que pue-den captar mucho mejorlas señales y una buenabanda de frecuencias.

ANTENAS EXTERNAS

Para mejorar el desempeño deuna antena y con esto captar mejorlas señales de TV, se pueden agre-gar elementos adicionales, comovarillas que ejercen funciones dife-rentes de las que presenta el simpledipolo. Está claro que, tales antenas,por el número mayor de varillas ypor su disposición estudiada, debenocupar un espacio mayor que lasde tipo telescópico, no pudiendoser internas.

Estas son las antenas externas,colocadas en los techos de las resi-dencias y locales o en torres, en queel número de varillas va de 4 ó 6 has-ta más de 30. Además de las varillasque forman la antena en sí, existenotras que pueden tener dos funcio-nes específicas.

El primer tipo de disposición for-ma el reflector , según muestra lafigura 21.

La función de estos elementos esreflejar la señal que consigue pasarpor la antena de modo que la mis-ma vuelva, sumada a la que ya fuecaptada, y obtendrá así mayor in-tensidad en la salida.

Vea quelas varillasdel dipolo,así como elreflector, tie-nen una ca-racterísticade direccio-nalidad, osea, que lasmismas de-ben seror ientadas

de determinado modo en relacióna la dirección de donde vienen lasseñales, para que se pueda produ-cir su captación (figura 22). La colo-cación del reflector hace que la se-ñal sólo pueda ser captada por elfrente de la antena, ya que la mis-ma debe quedar “por detrás” en re-lación a la dirección de donde vie-ne la señal.

El elemento que funciona comoreflector no es más que un par devarillas como las del dipolo, pero sinninguna conexión.

El efecto de reflexión de las se-ñales se obtiene tanto por las di-mensiones de las varillas como porsu separación. Para que las varillasfuncionen como reflector las mismasdeben tener la misma longitud delas varillas del dipolo y estar separa-das por una distancia del orden del15% de la longitud de la onda (figu-ra 23). Un par de varillas de longitudmayor que el dipolo también funcio-nará como reflector.

El otro tipo de elemento quepuede usarse para ayudar en larecepción es el director .

Su función es dirigir la señalhacia el dipolo de modo de con-centrarlo y de esta manera obtenermayor intensidad. Vea que tanto lapresencia del director como del re-flector aumentan la directividad dela antena, que pasa a negar másacentuadamente las señales queno vengan de la dirección hacia lacual está orientada.

En TV esto es bueno, porque po-demos hacer que las señales interfe-rentes que pueden perjudicar laimagen y que vengan de lado ,sean rechazadas y con esto no lle-guen hasta el televisor.

Mientras tanto, existe tambienuna pequeña desventaja a consi-derar: y si las estaciones que quere-mos captar est n en direcciones dife-rentes?


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Figura 19

Figura 20

Figura 21

No podemos orientar la antenapara dos lugares al mismo tiempo, loque significa que debemos usar dosantenas o más, según el número deestaciones, si queremos captar to-das igualmente bien.

Para que las varillas funcionencomo directores, las mismas debenser más cortas que el dipolo. Su es-paciamiento también influye en es-ta función. Vea el lector que estasantenas son cortadas solamentepara una determinada frecuencia,o sea, para un canal.

Sabemos que, en la mayoría delas localidades, existen varios cana-les.

C mo hacer entonces para teneruna nica antena capaz de captar todoscon buen rendimiento. Las antenasque encontramos en el comercio,actualmente, en su mayoría presen-tan características que les permitencaptar bien todos los canales y conbuena direccionalidad.

ANTENAS PARA VARIOS CANALES

La ganancia de una antena endeterminada frecuencia dependede las dimensiones y de la posiciónde sus elementos. Una antena, en lo

relacionado a loselementos, sólo tienemáxima gananciaen una frecuencia,en la que capta me-jor solamente un ca-nal. Sin embargo, sa-bemos que en la ma-yoría de las localida-des existen diversoscanales, y que seríamuy caro tener queinstalar una antenapara cada uno.

Existen así ante-nas que pueden reci-bir razonablementebien diversos canalesy que, por lo tanto, seprestan para resolverlos problemas queocurren en estas si-tuaciones.

Estas antenas reú-nen varios elemen-tos, y se las denomi-na "antenas multica-nales" (figura 24).

Algunas de estasantenas, sin embar-

go, también tienen característicasde respuesta tales que reciben me-jor solamente una banda estrechade frecuencias, por lo que será con-veniente separar los canales altosde los canales bajos.

Así, denominamos canales bajosa los que van del 2 al 6 y canales al-tos a los que van del 7 al 13.

Puede ser entonces que en con-diciones de recepción difícil seapreciso usar antenas separadas pa-ra los dos grupos de canales. Anali-zaremos las características de algu-nas antenas más comunes de usopráctico.

a) Antena YaguiLa base de esta

antena es un dipo-lo doblado que esel elemento activode la antena y quepuede ser de di-mensiones que lepermitan tantocaptar los canalesbajos como captarlos canales altos, obien canales espe-cíficos. Su estructu-ra se muestra en lafigura 25.

Por tratarse del dipolo se colocaun elemento reflector con largo deaproximadamente 5% más que eldipolo y separación correspondien-te para 1/4 del largo de onda parael cual la antena es proyectada.

En la parte delantera se colocanlos elementos directores. Estos ele-mentos pueden variar de número yllegar a más de 10.

La presencia de los directoresaumenta la direccionalidad y tam-bién la ganancia en determinadadirección, o sea, la sensibilidad de laantena.

Mientras tanto, estos directorestambién son responsables por alte-ración en la impedancia de la ante-na que debe ser compensada porun proyecto cuidadoso que tengaen cuenta su separación.

Así, a veces, aunque una antenatenga menos elementos que otrade otro fabricante, puede tener ma-yor ganancia en vista de que es re-sultado de un proyecto más cuida-doso que tenga en cuenta estosfactores.

Vea el lector que todas las ante-nas deben poseer una impedanciade acuerdo con el cable usado enel acoplamiento al televisor y su en-trada, normalmente de 300Ω (aun-que hoy se fabrican de 75Ω). Si laantena presenta impedancia dife-rente no consigue transferir la señalcaptada para la línea y el rendi-miento del sistema se ve afectadocon una mala recepción.

Este tipo de antena por su ban-da estrecha de frecuencias sólo de-be ser usada en lugares de recep-ción relativamente fácil de modoque podemos usar una para los ca-nales bajos y otra para los altos, obien para un canal específico.

Capítulo 12

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Figura 22

Figura 23

Figura 24

b) Antena c nicaPor el formato de esta antena, se

la suele llamar también "pata de ga-llina". Es una antena para "toda labanda", o sea, para captar todos loscanales. Está claro que, cuando seamplía la banda de recepción deuna antena se reduce su rendimien-to general, a no ser que esto seacompensado por un proyecto quelleva mayor número de elementosen disposición especial.

Como podemos observar por lafigura 26, tenemos en la parte de-lantera de la antena 3 juegos de va-rillas que forman el elemento activoo dipolo, siendo cada par de varillascortado para una banda de fre-cuencias. En la parte posterior tene-mos un segundo conjunto de trespares de varillas que funcionan co-mo reflector. Estas varillas son direc-tamente fijadas en el soporte de laantena y no necesitan una aisla-

ción. Cuando las es-taciones están relati-vamente cercanas,no habiendo necesi-dad de gananciaelevada, esta ante-na proporciona unacobertura total de labanda del 2 al 13.

c) Antena logar t-mica peri dica

Esta antena, porsu forma, suele recibirtambién el nombrede "espina de pez"(figura 27).

De hecho, seusan conjuntos devarillas interconecta-das de modo cruza-do, cada cual conun largo determina-do y separación tam-bién en función de lafrecuencia de cadacanal que debe serrecibido.

Se trata de unaantena multicanalpudiendo tener ele-mentos en númerovariable, conforme laganancia.

El funcionamientode esta antena pue-de ser explicado fá-cilmente. Cuandoqueremos recibir un

determinado canal, solamente lavarilla cuyo largo le correspondepasa a responder a sus señales co-mo elemento activo. Las varillas quequedan en su parte delantera tie-nen largo menor y, por lo tanto, fun-cionan como directores, mientrasque el par inmediatamente poste-rior por tener largo mayor funcionacomo un reflector.

TV POR SAT LITE

Alrededor de la Tierra existe unacapa en la alta atmósfera cargadade electricidad que es responsablepor la reflexión de las ondas de ra-dio de deteminadas frecuencias.

Estas frecuencias que se reflejanen esta capa denominada ionósfe-ra pueden, por reflexiones sucesivastambién en la superficie de la Tierra,alcanzar grandes distancias. Es por

este motivo que, durante la noche,cuando las capas en cuestión mani-fiestan más intensamente sus pro-piedades, el lector consigue en suradio de ondas cortas oír estacionesde otros países, y hasta incluso deotros continentes distantes millaresde kilómetros.

Ahora bien, por encima de los30MHz las ondas de radio, salvo encondiciones muy especiales y nofrecuentes, no consiguen reflejarseen la ionósfera o alcanzar puntosque estén más allá de la línea delhorizonte visible.

Como, sabemos el canal másbajo de TV está en 54MHz lo que de-muestra que, desgraciadamente,las ondas de TV no pueden ir más le-jos de lo que permite el alcance vi-sual. Por supuesto que si elevamos laantena receptora por encima delhorizonte conseguimos ir cada vezmás lejos, pero existe un límite de al-tura al que sólo podemos llegar conuna torre, un edificio o incluso siaprovechamos una montaña. Losaviones, que usan sistemas de co-municaciones en la banda de VHF(alrededor 120MHz) y que, por lotanto, están cercanos a las bandasde TV, no tienen el mismo problema,pues pueden subir a alturas que noson alcanzadas por una torre. Paraque el lector tenga una idea, unavión que esté en una altura de9.000 metros puede comunicarsecon una torre a una distancia dehasta más de 400 kilómetros.

C mo hacer entonces para recibirlas se ales de televisi n de lugares dis-tantes?

El lector sabe que se hacen sinproblemas transmisiones de otroscontinentes. C mo?

La solución empleada actual-mente consiste en colocar en órbitaalrededor de la Tierra un satélite quepueda funcionar como un "reflec-tor" para las señales de determina-das frecuencias que transportan lasimágenes de TV. Evidentemente, es-tas frecuencias no son las mismasusadas en el televisor, sino muchomás altas, por lo que no podemosrecibir las señales directamente, porlo menos en estos casos.

Así, cuando queremos transmitirun programa de Europa, por ejem-plo, la señal es enviada de una esta-ción terrestre hacia el satélite, que laenvía de vuelta en dirección denuestro país donde es captada por


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Figura 25

Figura 26

Figura 27

antenas especiales. (La frecuenciaque se recibe no es la misma que setransmite: existe una transposiciónpor motivos diversos).

Aquí, las señales captadas sonllevadas por vías normales hasta lasemisoras donde son irradiadas en lafrecuencia que su televisor puedecaptar. Esto significa que podemos"ver" los programas del exterior sólocuando la conexión con el satélite ylas estaciones de tierra está hecha yno cuando queremos.

Una característica importanteque debe ser observada en el saté-lite es que el mismo no debe cam-biar de posición en el espacio en re-lación a nosotros. Esto se consiguecon su colocación en órbita a unadistancia de 36.000 kilómetros de laTierra (figura 28).

Esta órbita se denomina geoes-tacionaria, y en ella el período derevolución del satélite alrededor dela Tierra corresponde al período derotación de la Tierra, lo que significaque ambos giran sincronizados. Elsatélite se mantiene entonces sobreun mismo punto de la Tierra.

EL CABLE DE BAJADA

Para llevar la señal captada porla antena de TV hasta el aparato te-levisor no se puede usar cualquiercable. La antena presenta una ca-racterística eléctrica denominadaimpedancia y lo mismo ocurre conel televisor, y estas característicasdeben ser adaptadas por el cable.La antena de TV tiene una impe-dancia de 300Ω, ocurre lo mismocon la entrada del televisor, lo quesignifica que esto debe ser previsto

al elegir el cablecon que se van ainterconectar losdos (hoy ya seemplea una en-trada universalde 75Ω). Si el ca-ble no fueraapropiado y nouniera correcta-mente estos doselementos, la se-ñal no pasaría demodo conve-niente de uno ha-cia el otro y oca-sionaría diversosproblemas, como

la pérdida de rendimiento, o inclusola producción de "fantasmas".

Estos "fantasmas" son imágenesdobles o múltiples que ocurrencuando la señal refleja en el mismocable, debido a la falta de adapta-ción de la impedancia.

El tipo de cable más usado en laconexión de la antena del aparatoreceptor es el coaxil de 75Ω y la cin-ta de 300Ω, o cable paralelo de300Ω, que está formado por dosconductores de cobre separados auna distancia fija por una cinta dematerial aislante.

Los cables de este tipo puedenusarse para conectar la antena altelevisor directamente, pero no endistancias muy grandes.

Una precaución importantecuando se utiliza este tipo de con-ductor es hacer que el mismo que-de bien lejos de cables eléctricos, ysi estuvieran inevitablemente cruza-dos, que lo haga en ángulo recto.Del mismo modo, nunca se debeusar el mismo caño en que descien-de un cable de toma o interruptorpara pasar también este cable. Lacalidad del cable de antena tam-bién puede causar problemas. Uncable paralelo de 300Ω de malacalidad, expuesto al sol y a la lluvia,se raja y las rajaduras acumulan hu-medad que altera sus característi-cas y, por lo tanto, perjudica la re-cepción.

Hoy el cable más usado es elcoaxil de 75Ω. La impedancia deeste cable es de 75Ω, lo que signifi-ca que el mismo no se adapta di-rectamente con el televisor. El cablede 75Ω presenta muchas ventajasen relación al de 300Ω, principal-mente cuando la distancia del tele-

visor a la antena es grande. Así, es-te cable no es sensible a la capta-ción de interferencias, pues es com-pletamente blindado, lo que signifi-ca que hasta puede ser pasado porel mismo conducto de un cable detoma o interruptor sin que ocurranproblemas.

EL SELECTOR DE CANALES

En su techo, la antena capta lasseñales de todas las frecuencias,correspondientes a todos los cana-les que operan en su localidad, y es-tas señales son todas llevadas al te-levisor por el cable de bajada. Loprimero que se debe hacer paraobtener el sonido y la imagen de undeterminado canal es separarlo delos demás. Esto es realizado por laprimera etapa del televisor, que es-tudiaremos en esta lección, y que esel selector de canales. Además dehacer esta separación, el selectorde canales también tiene otras fun-ciones igualmente importantes. Unade ellas es ampliar esta señal, demodo que la misma pueda excitarmejor las etapas siguientes del apa-rato y así proporcionar mejor sonidoe imagen.

La otra finalidad es alterar la fre-cuencia de esta señal: llevarla a unvalor fijo, del mismo modo como se ha-ce en las radios superheterodinas, y fa-cilitar as la operaci n de las etapas si-guientes.

Podemos entonces representarun selector de canales para las fre-cuencias de VHF, correspondientesa los canales del 2 al 13 del modo in-dicado en la figura 29. El primer blo-que corresponde a la etapa mez-cladora, donde encontramos el os-cilador local. La finalidad de estaetapa es producir con la señal reci-bida un batido que resulta en la fre-cuencia 45,75MHz que correspondea la FI de video, o sea, la frecuenciaintermedia de imagen que debe sertrabajada por las etapas siguientesdel televisor. Como la señal de TVtiene un ancho de banda de 6MHz,este batido también resulta en unafrecuencia de FI de sonido en41,75MHz, pues la diferencia entre45,75 y 41,25 tiene como resultado4,5MHz que es justamente la separa-ción entre la señal de audio y la se-ñal de imagen dentro de cada ca-nal. En la figura 30 mostramos que,

Capítulo 12

187

Figura 28

generando una única señal en el os-cilador local, por ejemplo de113MHz cuando deseamos recibir elcanal 4, obtenemos al mismo tiem-po un "batido" en 45,75 y otro en41,25MHz que caen encima de laportadora de sonido y de imagen,para las frecuencias intermedias delos circuitos siguientes.

Vea que, en la salida del selec-tor, en verdad existe una conexiónúnica, estando presente la señal deFI en toda la banda de sonido eimagen, siendo que la separación fi-nal de la señal de sonido se hacemás adelante con la producción deuna señal separada de 4,5MHz de laseñal de video (imagen). Antes deeste primer bloque analizado tene-mos un amplificador de RF que ayu-da a obtener mayor intensidad paralas señales captadas.

En los selectores comunes la po-sición corresponde al canal 1, queno existe en realidad, y es dejadapara que se haga la recepción delas señales de UHF. Se puede haceresto con el empleo de un conversorexterno o, en otros casos, a travésde un selector adicional para estabanda, existente en el propio televi-sor. El selector, por su banda de fre-cuencias de operación, consiste enla etapa más crítica del televisor. Dehecho, este sector del aparato deTV debe operar en la banda de fre-cuencias que va de los 54MHz hasta216MHz, y si se usa la banda de UHF,hasta alrededor de 800MHz.En la figura 31 tenemos un circuito tí-pico de un sintonizador con varicap,que muestra solamente su acción.Según la tensión que sea aplicadaen la entrada, el mismo se compor-ta como un capacitor de valor dife-rente y determina así la frecuenciade la señal que está siendo recibida.

Esto nos lleva aun circuito típi-co de selectorpor botones (oal tacto), en elque para cadacanal tenemosun botón decompresión yun pequeño

potenciómetro de sintonía fi-na. En el circuito completo mos-trado en la figura 32, tene-mos diversos botones decompresión que colocan en

el circuito potenciómetros de sinto-nía fina, los cuales, junto con los resis-tores forman divi-sores de tensiónpara los varicapsque determinan laamplificación deRF, la frecuenciadel oscilador local,etc.Cada uno de lospequeños poten-ciómetros es en-tonces ajustadopara llevar los vari-caps a operar demodo de recibir elcanal deseado. Lagran ventaja deeste sistema es laexistencia de unúnico contacto aser operado, paracada canal, y conuna tensión conti-nua y baja corrien-te, lo que elimina elproblema de des-gaste y las inestabi-lidades debidas ala suciedad. Unapequeña sucie-dad que provoqueel aumento de laresistencia puedeser fácilmentecompensada porel ajuste del poten-ciómetro de sinto-nía fina. En la ac-tualidad se utilizansintonizadores mi-c roprocesados ,cuyo estudio noabordaremos de-bido a su compleji-dad.

LA ETAPA AMPLIFICADORA

DE FI DE VIDEO

En la salida del selector tenemosuna señal de frecuencia fija que co-rresponde a la frecuencia interme-dia o FI, exactamente como en losreceptores superheterodinos de ra-dio. Cualquiera sea la frecuencia dela señal captada, la misma es lleva-da a un valor fijo en el selector, puesasí resulta más fácil su amplificaciónposterior. Si el circuito para amplifi-car la señal tuviera que ser sintoniza-do en cada frecuencia que quere-mos recibir, el mismo se volvería ex-tremadamente crítico, pues deberíahaber un ajuste individual para ca-


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Figura 29

Figura 30

Figura 32

Figura 31

Capítulo 12

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da canal en cada etapa. Trabajan-do en frecuencia fija, tenemos unajuste único. Los circuitos amplifica-dores de FI deben amplificar al mis-mo tiempo señales con una separa-ción de 4,5MHz, que correspondenal sonido y a la imagen.

Normalmente se utilizan tres eta-pas amplificadoras que pueden te-ner por base transistores o CIs y queproporcionan una ganancia del or-den de 8.000 veces en su final. Unaseñal de aproximadamente 500µVobtenida en el selector puede en-tonces llegar a los 3 volt de ampli-tud, lo que será suficiente para exci-tar las etapas que vendrán poste-riormente. El valor de la señal de FIde imagen es de 45,75MHz y de la

señal portadorade sonido es de41,25MHz, estan-do también pre-sente una señalde 42,17MHz enel caso de los te-levisores en colo-res que corres-ponde a la sub-portadora de co-

lor.En los televisores antiguos

existía un circuito amplifica-dor separado para la FI de so-nido (figura 33). En los apara-tos modernos, el sonido esamplificado junto con la"imagen" en un sistema deno-minado "interportadoras". Enla figura 34 tenemos un circui-to típico de etapa amplifica-dora de FI usada en TV.

Como en el caso de los re-ceptores de radio, encontra-mos en estas etapas circuitossintonizados, o sea, circuitosLC que dejan pasar solamen-te las señales de una determi-nada frecuencia. En estepunto el lector puede mani-festar una duda: si dijimos quelos amplificadores de FI de lostelevisores dejan pasar unabanda bien ancha de fre-cuencias, del ancho de 4,5MHz correspondiente al ca-nal, c mo se puede usar un cir-cuito sintonizado en una frecuen-cia nica?

Realmente, si se usara so-lamente una bobina y un ca-pacitor en paralelo en el cir-cuito resonante, como mues-

tra la figura 35, la misma presentaríaun alto "Q", o sea, factor de calidadcon una respuesta muy aguda endeterminada frecuencia. Solamen-te las señales de esta frecuenciapasarían, y las de las frecuenciascercanas serían rechazadas.

En las etapas de FI de los televi-sores, debido a la necesidad de de-jar pasar una banda más ancha defrecuencias, lo que se hace es bajarel "Q" del circuito con la conexiónde un resistor en paralelo (fig. 36).Con el valor indicado, del orden de6k, el "Q" del circuito baja a un fac-tor de 80, lo que significa que labanda exacta de pasaje de la se-ñal de frecuencia intermedia desonido y de imagen puede pasar

sin problemas y así ser amplificada.Este proceso de bajar el "Q" de uncircuito en la etapa de FI de TV re-cibe el nombre de "amortigua-ci n".

NEUTRALIZACI N Y AJUSTES

Los circuitos amplificadores sin-tonizados que presenten una ga-nancia muy alta están sujetos a unproblema: pueden oscilar. De he-cho, si la señal obtenida en su sali-da fuera aplicada de vuelta a laentrada, por cualquier motivo, lamisma puede ser responsable deuna realimentación que lleva al cir-cuito a la oscilación, como muestrala figura 37.

Los transistores, tanto NPN comoPNP, presentan una capacidad re-lativamente alta entre la base y elcolector, y esto puede ser suficien-te para provocar la realimentaciónde señal en cada etapa, y de allípuede aparecer la oscilación. Pa-ra evitar este problema, eliminandola realimentación, se utiliza un pro-ceso denominado neutralización,que consiste en tomar parte de laseñal de salida y aplicarla de vuel-ta a la entrada, pero con faseopuesta a la que sería necesariapara la realimentación de modode cancelarla.

En la figura 38 tenemos un cir-cuito de neutralización típico, enque se usa un capacitor de peque-ño valor para retirar parte de la se-ñal del secundario de un transfor-mador de FI y reaplicarlo en la ba-se del transistor de la etapa ante-rior. Existen otros tipos de circuitosde neutralización pero siempre sebasan en el mismo principio: tomarparte de la señal amplificada yreaplicarla de vuelta en la etapa.

EL CONTROL AUTOM TICO DE

GANANCIA (CAG)

El contraste de una imagen de-pende de la intensidad de la señalobtenida en la salida de los circui-tos de video.

Las variaciones en la intensidadde la señal recibida por el televisorpueden influir en la reproducciónde la imagen, del mismo modo quelas variaciones en la intensidad dela señal influyen en el volumen de la

Figura 33

Figura 34

Figura 35

Figura 36

reproducción de una señal de ra-dio. Para evitar este problema, delmismo modo que los receptores deradio, los televisores son dotados deun circuito denominado CAG o con-trol automático de ganancia (fig.39), cuya finalidad es mantenerconstante la intensidad de la señalobtenida en la salida de los circui-tos, sin que la afecten las variacio-nes que puedan ocurrir en las seña-les recibidas. El CAG aumenta la ga-nancia de las etapas de FI y RFcuando la señal recibida es débil, yreduce la ganancia cuando la se-ñal es fuerte. En la figura 40 mostra-mos los lugares donde se hace laconexión del CAG, en las etapas deRF y de FI de un televisor.

Veamos entonces c mo funciona unCAG t pico:

En la figura 41 tenemos el circui-

to del CAG representado demanera simplificada. En éste,lo que tenemos básicamentees un rectificador que tomapor base la señal obtenida enla salida de los circuitos ampli-ficadores. De este circuito rec-tificador la señal pasa por uncircuito de filtro del tipo RC, osea que lleva un resistor y uncapacitor cuya constante detiempo es del orden de 200msaproximadamente. Esta cons-tante de tiempo está dada enfunción de las variaciones nor-males que pueden tener lasseñales bajo las condicionesde algunos tipos de interferen-cias que veremos más ade-lante. Del filtro, la señal pasapor dos resistores que formanuna red divisora y de desaco-plamiento, de donde su apli-cación se hace en las etapasde RF (en el sintonizador) y deFI. En las etapas amplificado-ras la función de la señal esactuar de manera continuaen la polarización del compo-nente activo.

En la figura 42 tenemos uncircuito típico de etapa de FItransistorizada de un televisoren que actúa el CAG. Se tratade un circuito denominadode CAG directo, porque laganancia del transistor quedadisminuida cuando la polari-zación de base aumenta. Enun transistor PNP, el aumentode la tensión positiva de base

hace que la ganancia disminuya.Existe también el denominado CAGinverso en que la acción de polari-zación en la base es la opuesta, osea, se disminuye la ganancia conla reducción de la tensión de base.

LOS CIRCUITOS DE SINCRONISMO

Una imagen de TV se obtienecuadro por cuadro, cuandouna cámara de TV explorandola imagen, la separa en líneas,las cuales después de transmi-tidas deben ser recompuestas.Para que tengamos una ima-gen correcta en el receptor esnecesario que la recomposi-ción de la imagen se haga almismo ritmo en que la mismaes producida. Si el receptor

comienza a reproducir la centésimalínea cuando la primera está siendobarrida, el resultado es que la ima-gen se dobla o corre. Este defectoes fácil de percibir, por un simple de-sajuste, cuando la imagen se tuerceo empieza a correrse, del modo quese muestra en la figura 43. Existen,entonces, en los televisores los deno-minados circuitos de sincronismo cu-ya finalidad es "trabar" la imagen,para evitar así que salga del ritmonecesario para su reproducción porsuperposición de cuadros.

Son dos los circuitos de sincronis-mo que encontramos en los televiso-res comunes: el circuito de sincronis-mo vertical, que evita que la imagense corra hacia arriba y hacia abajo,y el circuito de sincronismo horizon-tal, que evita que la imagen se tuer-za hacia los lados.

EL SINCRONISMO VERTICAL

La función del sincronismo verti-cal es trabar la imagen y evitar quela misma corra hacia arriba o haciaabajo. Como vimos, existe un ciertotiempo necesario para que todas laslíneas que forman un cuadro seanexploradas. Al final de la explora-ción, cuando comienza el cuadro si-guiente, el televisor debe estar pre-parado para que el barrido comien-ce exactamente en la esquina supe-rior de la pantalla. Si esto no ocurre,si el receptor está con el barrido enotro punto, cuando llega el comien-zo del cuadro, el resultado será unaimagen cortada. Además, como elpunto en que comienza este barrido"fuera de comp s" cambia constan-temente, aparece en la pantallauna banda negra, que divide la ima-gen y corre tanto hacia arriba comohacia abajo, como muestra la figura44.

Cuanto más rápido sea el movi-miento de esta banda, que causa lasensación de una imagen cortada,


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Figura 37

Figura 38

Figura 39

Figura 40

Figura 41

más lejos la frecuencia del sincronis-mo está de 50Hz, que es la frecuen-cia que permite "trabar" la imagen.Existe entonces un oscilador en elpropio televisor que debe producirlos impulsos que al final de cada

cuadro hacen que el barridovuelva rápidamente al co-mienzo del cuadro siguiente.

La imagen se traba sola-mente cuando la misma se vahacia arriba, esto porque lafrecuencia del sincronismo enverdad no es exactamente50Hz , sino un poco menos. Es-te "poco menos" es apenas su-ficiente para que el aparatoesté listo para recibir el cuadrosiguiente, una fracción de se-gundo antes de que llegue lainformación del transmisor.

EL SINCRONISMO HORIZONTAL

Del mismo modo que ca-da cuadro debe llegar al tele-visor en tiempo correcto,cuando el mismo esté prepa-rado para su reproducción,las líneas de cada cuadro de-ben también ser reproducidasen el tiempo correcto. Paraeste fin existe un sincronismohorizontal cuya frecuencia esdeterminada por el tiempoque cada línea demora enser barrida. Esta frecuencia es

de 15.625Hz, y un desvío deeste valor provoca el movi-miento lateral de la imagen,como muestra la figura 45.

Cuanto más rápido seael desplazamiento de laimagen en este sentido hori-zontal, más alejado de lafrecuencia indicada está elsincronismo. Vea el lectorque en la señal de la esta-ción transmisora tenemos lospulsos que hacen la sincroni-zación de la imagen, demodo que en los televisoresno precisamos tener circui-tos que generen solos las fre-cuencias indicadas. La pre-sencia de estos pulsos es im-portante, pues no hay dudade que sería muy difícil quelos televisores consiguieran,sin ninguna ayuda, trabajarexactamente en sincronis-mo con las estaciones. La

frecuencia podría ser ajustada conmucho cuidado para que fuera lamisma, pero hacer que el comienzode cada ciclo en el televisor coinci-diese con el comienzo del mismo ci-clo en el transmisor, sería un proble-

ma demasiado grande. Por este mo-tivo los circuitos de sincronismo de lostelevisores son "conmutados", o season osciladores que son controladospor una señal externa, la señal quees obtenida de la estación. Sin em-bargo, como saben los lectores, estaconmutación no es total, lo quequiere decir que eventualmente loscircuitos pueden "escaparse" y lasimágenes se corren hacia arriba,abajo o a los lados.

LOS CIRCUITOS DE SINCRONISMO

En la señal de video tenemospresentes tanto los pulsos de sincro-nismo vertical como horizontal. Con-forme podemos ver por la figura 46,estos pulsos tienen duración diferen-te. El pulso de sincronismo verticaltiene una duración 5 veces mayorque el pulso de sincronismo horizon-tal. Por otro lado, como vimos por susfrecuencias, tenemos muchos máspulsos horizontales que verticales.Después de la obtención de la señalde video en un televisor, encontra-mos entonces el circuito que es res-ponsable por la separación de lospulsos del sincronismo. Este circuitoes denominado separador de sincro-nismo y puede estar formado por di-versos componentes básicos, talescomo válvulas triodo, válvulas pen-todo, transistores o incluso diodos. Elprincipio de funcionamiento es elmismo. En el próximo capítulo, antesde comenzar a explicar como serealizan reparaciones en receptoresde radio, culminaremos con estecurso de televisi n , estudiando los

circuitos de sincronismo y deflexiónde la imagen.

EL GENERADOR DE BARRAS

Uno de los instrumentos más em-pleados por el técnico reparador,para el ajuste y la reparación derecptores, es el generador de barras.A continuación, hablaremos breve-mente de este instrumento. En la fi-gura 47 mostramos el circuito de ungenerador sencillo con su circuitoimpreso. La señal de video transmiti-da por las emisoras de TV es com-pleja. Sin embargo, para la mayorparte de las pruebas y ajustes sepuede inyectar al receptor una se-ñal simple, como la provista por es-te circuito. Se trata de una señal de

Capítulo 12

191

Figura 42

Figura 43

Figura 44

Figura 45

barras con sincronismo. El primerode los tres temporizadores, generaimpulsos de sincronismo de 4,7µs. Es

un multivibrador astable conun período de 64µs. El flancocreciente del pulso de sincro-nismo dispara un segundotemporizador. Su ancho depulso determina la posiciónde la barra, generada por eltercer temporizador.

La señal de video com-puesta se obtiene en el con-

junto R4 -R5 -R6. La red de resisten-cias va seguida por un “buffer”, queasegura una impedancia de salida

de 75Ω. Las señales de sincronismoy la de barra ocupan el 35% y el 65%de la señal compuesta, respectiva-mente. La calibración se realiza co-nectando el dispositivo a un monitoro, a través de un modulador, a unreceptor de TV normal. Los trimpotsmultivuelta P1, P2 y P3 se ajustan enla posición central de su recorrido.

Tiene que girar P1 para obteneruna imagen estable. Si el pulso desincronismo es demasiado ancho,será visible en el lado izquierdo de laimagen. La barra puede hacersemás estrecha con el empleo de P2,después de lo cual es posible queP1 precise un pequeño reajuste.

Si posee un osciloscopio, P2 pue-de ajustarse inicialmente para obte-ner pulsos de 4,7µs en la salida (pa-ta 3) de IC1. Entonces, el períodototal se establece en 64µs con elempleo de P1.

La barra se centra con P3 ypuesto que su ancho es fijo, con es-ta operación se completa la cali-bración. *****************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboraciónde docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica in-ternacional. Los temas de este capítulo fueron escritos por HoracioVallejo.


Figura 46

Figura 47

LISTA DE MATERIALES

CI 1 - NE555 - Integrado temporizador.CI 2 - NE556 - Doble temporizadorQ1 - BC548 - Transistor NPNP1 - Trimpot multivueltas de 100kΩP2 - Trimpot multivuelta de 25kΩP3 - Trimpot multivuelta de 10kΩR1, R2, R3, R6 - 12kΩR4 - 100kΩR5 - 68kΩR7 - 1kΩR8 - 75Ω al 1% (o dos resistores en para-lelo de 150Ω).C1 - 0,0022µF - CerámicoC2 - 120pF - CerámicoC3 - 0,001µF - CerámicoC4, C7, C8 - 0,015µF - CerámicoC5 - 56pF - CerámicoC6 - 0,0033µF - CerámicoC9 - 100µF x 25 V en paralelo con C10(optativo).C10 - 0,1µF - Cerámico

VariosCaja para montaje, placa de circuitoimpreso, cables, fichas, estaño, etc.

Capítulo 12

193

TVAUDIO


SSAABBEERR


Primeras Reparaciones enEquipos ElectrónicosPrimeras Reparaciones enEquipos Electrónicos

Construcción de un

Inyectorde SeñalesDigital

Construcción de un


Construcción de un


Reparación deReceptores de Radio yEquipos con Circuitos Integrados

Reparación deReceptores de Radio yEquipos con Circuitos Integrados

Reparación d eReceptores de Radio yEquipos con Circuitos Integrados


INDICE DELCAPITULO 13CURSO DE TELEVISIÓN (CONT.)El sincronismo .......................................................195El oscilador vertical..............................................195El oscilador horizontal..........................................196La deflexión horizontal ........................................197La deflexión vertical ............................................198

REPARACIONES EN RECEPTORES DE RADIOPequeñas reparaciones .....................................198

1. Problemas de alimentación ......................1982. El defecto “motor de lancha” ...................1983. Fallas y ruidos en el control

de volumen ..........................................................1994. Interrupciones en las placas.......................1995. Cambios de componentes ........................2006. Problemas del parlante...............................2007. Problemas de ajuste ....................................2008. Los componentes.........................................2019. Análisis con el inyector de señales ............20210. Conclusiones...............................................204

REPARACION DE EQUIPOS CON CIRCUITOS INTEGRADOSCómo proceder...................................................204

Búsqueda de fallas..............................................205Cómo usar el inyector ........................................206

FIBRAS OPTICASGeneralidades .....................................................206Enlace óptico con fibra......................................206Ventajas de las fibras ópticas ............................206Física de la luz ......................................................207Construcción de las fibras ópticas....................207Tipos de fibras ......................................................208Atenuación de la fibra .......................................208Componentes activos ........................................208Diodos emisores de luz........................................208Diodo de inyección láser ...................................208

Inyector de Señales DigitalEl circuito...............................................................208





EL SINCRONISMO

Como los pulsos obtenidos en laseñal de video tienen una amplitudmayor que la de la señal correspon-diente a la imagen, podemos pola-rizar los transistores de modo quecorten la señal de video propia-mente dicha, pero dejan los pulsosde sincronismo.

En la figura 48 damos comoejemplo el caso de un circuito conválvula triodo polarizada.

Vea entonces que en este circui-to obtenemos tanto los pulsos desincronismo vertical como horizon-tal, eliminando la señal de informa-ción de la imagen correspondiente.

Por supuesto que la informaciónde la imagen es eliminada en estaetapa, pero no del televisor.

La señal de video obtenida en laetapa anterior también es enviadahacia una serie de etapas paralelasque trabajan con la información dela imagen, no preocupándose éstascon el sincronismo. Como ya expli-camos, ocurre una separación.

Pero todavía no llegamos a lomás importante. Separamos de laseñal de video los pulsos de sincro-nismo vertical y horizontal, pero losdos todavía están juntos.

Se necesita ahora hacer una se-gunda separación, como muestranlas figuras 49 y 50.

Esta separación se hace toman-do por base la diferencia de dura-ción de estos dos pulsos.

Se usan dos circuitos RC conconstantes de tiempo diferentes co-mo muestra la figura 51.

El pulso de sincronismo horizontaltiene una duración de 4,7µs, mien-tras que el ancho total de los pulsosverticales comprende varios hori-zontales y está alrededor de 160µs.

Las constantes de tiempo de loscircuitos son entonces de 0,75µs pa-ra el horizontal, lo que significa queno hay tiempo para que el verticalproduzca salida, del mismo modoque la constante de tiempo del ver-tical es de 20µs, lo que es muy gran-

de para que el ho-rizontal produzcasalida.

Tenemos enton-ces la separaciónde los dos pulsosque pueden serusados para exci-tar las etapas si-guientes del televi-sor.

EL OSCILADOR

VERTICAL

La imagen enun TRC es reprodu-cida por el movi-miento de un hazde electrones quebarre la pantalla yproduce así un cier-to número de lí-neas, a una tasa derepetición que dael número de cua-dros.

Vimos que estastasas nos llevan ados frecuencias im-portantes que sonla del sincronismohorizontal de15.625Hz y del sin-cronismo verticalque es de 50Hz.

Antes de anali-zar en sus porme-nores el funciona-miento del oscila-dor vertical, debe-mos hacer un pe-queño estudio dela forma de ondaque encontrare-mos en los dos osci-ladores (vertical yhorizontal).

Vea que la exploración de laimagen y su reproducción debenhacerse de un modo bien definido,con un movimiento y velocidad

constantes. Para que esto ocurra, laseñal de los osciladores debe teneruna forma de onda que correspon-da a un movimiento constante.

Si analizamos un TRC, como yahicimos en las lecciones anteriores,

Capítulo 12 (Cont.)

195

Figura 48

Figura 49

Figura 50

Figura 51

Continuación del Capítulo 12

Curso Básico de Televisión (Continuación)

vemos que el movimiento del hazde electrones, por ejemplo, en elsentido horizontal se obtiene me-diante la aplicación de una tensióny un par de electrodos paralelos enposición vertical. Así, es la eleva-ción de la tensión y su caída a ce-ro que hacen que el haz de elec-trones se mueva en el sentido hori-zontal. Como deseamos un movi-miento constante, la forma de on-

da usada es la lla-mada diente de sie-rra. Veamos por qué:

En la forma deonda diente de sie-rra, como muestra lafigura 52, la tensi nsube linealmentehasta alcanzar uncierto m ximo dadopor las caracter sti-cas del circuito.

En el punto má-ximo, la tensión caerápidamente al va-lor inicial para quese inicie un nuevociclo.

La subida debeser más lenta que lacaída, y en térmi-nos de barrido delhaz de electronesque forma la ima-gen podemos te-ner la siguienteequiparación: enla subida lenta, elhaz de electronesse desplaza a velo-cidad constante ybarre, por ejemplo,una línea. Al final,la caída hasta elvalor mínimo co-rresponde al llama-do retraso, cuandose produce unanueva línea (Ver fi-gura 53).

Para el oscila-dor vertical vale elmismo raciocinio.

Siendo de fre-cuencia muchomenor, hace quecada línea produ-cida caiga un po-co por debajo dela anterior, sin quehaya superposi-

ción, hasta completar la pantalla,cuando ocurre entonces el retrasoy se inicia un nuevo cuadro.

En la práctica, en los televisorescomunes, el circuito usado común-mente para producir una señaldiente de sierra es el oscilador debloqueo.

En la figura 54 tenemos un cir-cuito típico de oscilador de blo-queo con una válvula.

En este circuito se usa un trans-formador que es responsable por larealimentación que mantiene lasoscilaciones. Como este transfor-mador proporciona la realimenta-ción a partir de la señal retirada delcátodo de la válvula, se lo denomi-na normalmente oscilador por rea-limentación de cátodo.

En los televisores que utilizabanválvulas, este circuito era usadocon un recurso adicional que era laentrada de la señal de sincronismo,como explicamos en la lección an-terior.

En la figura 55 tenemos un ejem-plo de oscilador de bloqueo quepuede operar tanto en la frecuen-cia de 50Hz (vertical) como15.625Hz (horizontal) todo depen-diendo de los componentes utiliza-dos. El potenciómetro (o trimpot) yel capacitor conectado en parale-lo con su cursor determinan la fre-cuencia básica de su operación, lacual es sincronizada a través de untercer bobinado en el transforma-dor. El ajuste de frecuencia del osci-lador, como ya destacamos, se ha-ce de modo que la señal de sincro-nismo pueda entrar en acción altrabar el funcionamiento.

EL OSCILADOR HORIZONTAL

La frecuencia del oscilador hori-zontal es de 15.625Hz, por lo que esla responsable por los movimientosrápidos del haz de electrones en lareproducción de cada línea de laimagen.

También en este caso, la formade onda debe ser diente de sierra,indicada en la figura 56.

El tipo de oscilador más usadoes también el de bloqueo, pero enel caso del oscilador vertical tam-bién existen otras configuracionesque debemos estudiar. Un tipo decircuito que se puede usar tambiénpara producir una señal diente desierra es el multivibrador, comomuestra el circuito de la figura 57.

Este circuito hace uso de dosválvulas triodo o bien un doble trio-do, pero también se puede conse-guir a base de transistores.

Lo que tenemos entonces, esun multivibrador acoplado por cá-todo, y que posee una entrada desincronismo.

Curso de TV

196

Figura 52

Figura 53

Figura 54

Figura 55

El ajuste de frecuencia se hacepor medio de un trimpot de 100kΩ.

LA DEFLEXI N HORIZONTAL

Para que la deflexión horizontalpueda obtenerse es necesaria unapotencia relativamente alta de laseñal; se usa para esto un amplifi-cador de características especia-les. Este amplificador, como mues-tra la figura 58, es conectado a unconjunto de bobinas en el tubo derayos catódicos, las cuales crean elcampo magnético responsable dela deflexión.

En este caso, el lector debe verque la deflexión es del tipo magné-tico y no electroestático.

El circuito de deflexión horizon-tal tiene también otra finalidad.Siendo inductivo, se puede aprove-

char su funcio-namiento parala producciónde la alta ten-sión necesariapara la acele-ración del hazde rayos cató-dicos, que esdel orden de14.000 volt.

Para enten-der mejor elfuncionamien-to de esta im-portante eta-pa, podemospartir de un dia-grama simplifi-cado como elque se muestraen la figura 59.

La señal deloscilador hori-

zontal de 15.625Hz, que viene de laetapa anterior, es amplificada porun circuito de potencia que pro-porciona una corriente de pico si-tuada entre 1 y 3A según el apara-to.

Esta señal es aplicada a un autotransformador conocido como "fly-back".

En un par de salidas de estetransformador tenemos la conexióndel diodo amortiguador y de lasbobinas de deflexión.

La finalidad del diodo amorti-guador es evitar que el circuito en-tre en oscilación a cada pulso apli-cado por la etapa amplificadora alas bobinas, lo que podría afectarel barrido del haz de electrones.

Vea que el diodo amortiguadory las bobinas de deflexión son co-nectadas a una salida con menornúmero de espiras en relación a la

entrada de señal, lo que quiere de-cir que el transformador en este ca-so funciona como reductor de ten-sión. Se obtiene así una elevaciónde la intensidad de la corriente. Elmismo transformador tiene tambiénuna salida de alta tensión, que sirvepara alimentar el ánodo del tubode rayos catódicos o cinescopio.

Esta salida pasa por un rectifica-dor del cual se obtienen tensionestípicamente situadas entre 14.000 y30.000 volt, según el tamaño del ci-nescopio y el tipo de televisor (colo-res o blanco y negro).

En los circuitos transistorizados seemplean semiconductores capa-ces de operar con altas corrientes yaltas tensiones como el BU205,BUY69, BU208, etc.

En la etapa rectificadora de losaparatos transistorizados (e inclusoen los valvulares) tenemos diodossemiconductores (hoy forman par-te del fly-back).

En vista de la elevada tensiónde operación de esta etapa, nor-malmente la misma queda selladaen una caja blindada en el televi-sor, para evitar no sólo un contactoaccidental sino hasta incluso la for-mación de arcos.

En los circuitos transistorizados,en vista de la potencia exigida pa-ra la deflexión, encontramos tensio-nes bastante altas, si bien menores.En el transformador excitador deuna etapa de salida horizontal co-mo ésta, que usa transistores, es co-mún una tensión del orden de150V.

Para la exploración correcta delhaz de electrones, produciendouna línea perfecta, la forma de on-da de la señal de barrido debe serdiente de sierra.

En televisores modernos, en lu-

Capítulo 12 (C0nt.)

197

Figura 56

Fig. 59

Figura 57

Figura 58

Comenzaremos haciendo re-ferencia a búsqueda de fa-llas y reparación de defec-

tos en radios de AM, pero lo dichose aplica incluso, a los equipos decomunicaciones actuales.

Hay pequeños defectos que seproducen en las radios a pilas queel lector podrá reparar fácilmente,incluso sin demasiada práctica y sinnecesidad de instrumentos espe-ciales para su localización. La repa-ración de estos pequeños defectospuede significar el aumento de su“prestigio entre sus amigos o fami-liares”, cuando falle uno de estospopulares "transistores" lo irán a bus-car por ser el "electrónico" de la fa-milia. Por otro lado, saber cómo ha-cer estas reparaciones puede signi-ficar incluso algunos ingresos extrasque lo ayudarán a mantener estepasatiempo actualmente un pococostoso que es la electrónica. El di-nero ganado con estas pequeñasreparaciones podrá ayudar a lacompra de componentes.

PEQUE AS REPARACIONES

1. Problemas de alimentaci nCuando se colocan pilas nue-

vas en la radio, y si después de co-nectada no "suena" para nada,deberá sospechar primero delcontacto del soporte de pilas. Fro-te ligeramente las pilas contra elsoporte, y si se oye algo (ruido),puede ser que ya esté detectadoel problema. Retire las pilas del so-porte y verifique cómo están loscontactos del mismo. Si estuvieranoxidados o corroídos por pilas queperdieron líquido, la re-paración consiste en ras-par los contactos simple-mente con una cortaplu-mas o una hoja afilada.

Vea si el alambre deconexión no está tam-bién afectado por la co-rrosión. Si lo estuviera, se-rá conveniente cambiartodo el soporte (figura 1).

En este caso, desuel-

de los alambres de la placa de cir-cuito impreso, y al volver a soldarlos nuevos, observe bien la polari-dad de la conexión.

2. El defecto motor de lancha .Cuando las pilas de la radio se

debilitan, la misma comienza aemitir un sonido semejante al de unmotor de lancha. Este problema sedebe a la realimentación que ocu-rre en el circuito por el aumento dela resistencia interna de las pilasdebilitadas.

En algunos casos, incluso cuan-do las pilas todavía tienen bastan-

gar de transistores en la etapa depotencia, se pueden encontrarSCRs (diodos controlados de silicio).

La Deflexi n Vertical

En principio, el funcionamientode una etapa de deflexión verticales el mismo que el de la salida hori-zontal, con la diferencia que se ne-cesita una potencia menor y unafrecuencia más baja, 50Hz, tam-

bién en la for-ma de ondadiente de sie-rra. Pero, inclu-so así, se pue-den encontrartensiones depico del ordende 800V en lasválvulas usa-das para estafinalidad.

Un circuitotípico de deflexión vertical es elque aparece en la figura 60, utilizabásicamente un transistor.

El oscilador vertical tiene la se-ñal de forma de onda trapezoidalque excita al transistor amplificadorde salida vertical.

Esta señal, después de la ampli-ficación, es llevada a un transfor-mador de adaptación de impe-dancia, el transformador de salidavertical. Este transformador tienepor finalidad adaptar la alta impe-

dancia de salida del transistor conla baja impedancia de las bobinasde deflexión vertical que deben seralimentadas. Estas bobinas exigenuna señal de alta corriente y bajatensión.

Muchas veces se emplean con-figuraciones de baja impedanciade salida de estos elementos paraeliminar la necesidad de usar eltransformador de salida.

Un elemento importante de estecircuito es el termistor, un dispositivocuya resistencia depende de latemperatura, montado en el con-junto de bobinas deflectoras. En frío,cuando la bobina tiene menor resis-tencia, el termistor tiene una resis-tencia mayor. Cuando el conjuntose calienta, la bobina aumenta deresistencia, al mismo tiempo que eltermistor disminuye. En total, la resis-tencia del circuito se mantieneconstante; garantiza así que la altu-ra de la trama se mantenga cons-tante.

Primeras Reparaciones en Equipos Electrónicos

198

Figura 60

Figura 1

Capítulo 13

Reparaciones en Receptores de Radio

te "energía" para funcionar por cier-to tiempo, la presencia de este rui-do incómodo impide el uso de laradio, lo que en los tiempos que co-rren y con el precio de las pilas se-cas no es conveniente.

Una manera de reducir ese de-fecto y conseguir que la radio fun-cione más tiempo, incluso con laspilas un poco gastadas, es conec-tar en paralelo con la fuente de ali-mentación un capacitor de 100µF x12V, como muestra la figura 2. Estecapacitor queda entre el positivo ynegativo de la fuente, o sea des-pués del interruptor general (conju-gado al control de volumen), comomuestra la figura 3. Busque un pun-to adecuado sobre la placa parala colocación de este componen-te, aislando con "espagueti" sus ter-minales para que no toquen los de-más componentes, y suéldelo.

Vea que en muchos casos el es-pacio disponible en la caja de laradio no permite agregar este com-ponente.

3. Fallas y ruidosen el control de volumenUn problema muy co-

mún en las radios de transis-tores es el desgaste del po-tenciómetro de control devolumen. Cuando aumen-tamos el volumen, el sonidofalla, desaparece, o bienaparece un ruido desagra-dable semejante al que seproduce al raspar el parlan-te (figura 4).

Este mismo problemapuede también manifestar-se en variaciones imprevis-tas del volumen de la radio,que puede sonar alto, lue-go bajo, y con cualquier sa-cudida del aparato se pue-de alterar su comporta-

miento.La solución a este problema es

la limpieza del potenciómetro devolumen y mejor todavía su sustitu-ción. Para la limpieza, basta dejarcaer algunas gotas de alcohol,bencina u otro solvente en el lugarindicado en la figura 5, para los po-tenciómetros de los dos ti-pos, y mover su eje, girandoadelante y atrás algunasveces hasta que se hayaeliminado una eventualacumulación de suciedad.

Después espere un po-co hasta que el solvente sehaya evaporado y conecteel aparato. En la mayoríade los casos, este procedi-miento tendrá como resul-tado una eliminación delproblema o reducción a unnivel aceptable.

Si el recurso de la limpie-za no da los resultados es-perados, entonces tendráque cambiar el componen-

te. Para ello, desuelde con todocuidado los terminales (del poten-ciómetro y del interruptor) y sueldeel componente nuevo que debetener las mismas especificaciones.Los valores usados comúnmenteson de 4k7 ó 10kΩ (figura 6).

Use un destornillador tipo estre-lla (Philips) pequeño para fijar la pe-rilla del nuevo potenciómetro firme-mente.

4. Interrupciones en las placas de de circuitos impresosUna caída puede ocasionar la

rotura de la placa de circuito im-preso o también la interrupción delas pistas de cobre. Hasta inclusouna pérdida de las pilas puedeocasionar la interrupción de los file-tes de cobre, que impedirán el fun-cionamiento de la radio. Una ins-pección visual puede revelar fácil-mente al "técnico" una eventual in-terrupción, como muestra la figura7. En este caso, la reparación con-siste en "reparar" el punto interrum-pido de la manera que se indica enla figura 8.

Si la interrupción fuera peque-

Capítulo 13

199

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

ña, un poco de soldadura resolveráfacilmente el problema, pero si hu-biera peligro de que la misma seabra nuevamente, o para una re-paración más perfecta, use un re-fuerzo que consistirá en un pedaci-to de cable desnudo soldado en lapista de cobre, como muestra lamisma figura.

Limpie bien el lugar donde harála soldadura, principalmente si la in-terrupción fue provocada por pér-didas de las pilas para que no exis-tan malos contactos. Si la placatambién estuviera rota el lector po-drá pegarla con algún tipo de ad-hesivo fuerte.

5. Cambios de componentesUn componente partido o que

visualmente parezca estar en malestado puede ser cambiado por

otro del mismo valor, usan-do una técnica adecua-da que es la siguiente (enel caso de resistores): cór-telo al medio, separandosus terminales, luego apli-que el calor del soldador,tirando de cada mitadcon la pinza (alicate) depunta (figura 9).

Para el caso de los ca-pacitores, aplique rápida-mente calor en los dos ter-minales al mismo tiempo,tirando del componentepara sacarlo. Al colocar elnuevo componente limpielos orificios y al mismotiempo caliente el lugarpara que los terminalespuedan entrar fácilmente.Si puede use desoldadorpara este fin, como mues-tra la figura 10.

En el cambio de dio-dos, transistores, y otroscomponentes polarizados,observe siempre la polari-dad y posición en la colo-cación. Use siempre el tipooriginal y nunca sustitutos.Vea que el cambio decomponentes sólo debehacerlo si tiene la seguri-dad absoluta de que es-tán en mal estado, lo queno siempre se puede de-terminar visualmente.

6. Problemas del parlanteSonido gangoso, falta de soni-

do, distorsiones fuertes, son algunosde los síntomas de que el parlantetiene problema. Una inspección vi-sual puede ayudar a verificar el es-tado de un parlante. Un problemacomún que perjudica la calidad desonido de una radio es la rotura delcono en la articulación próxima alborde, como muestra la figura 11.

En este caso, la solu-ción más sencilla es la utili-zación de un poco de co-la plástica, si bien esto nopermitirá eliminar el pro-blema por completo. El so-nido mejorará sólo un po-co. La mejor solución es elcambio por otro parlantede las mismas característi-cas. La ausencia de soni-

do significa la existencia de inte-rrupción en la bobina o en el trans-formador de salida. Si el lector tieneun parlante adicional será fácilcomprobarlo.

Conéctelo en paralelo con losterminales del parlante de la radio.Si la recepción fuera clara, estáconfirmado que el problema es delparlante. Si la reproducción tam-bién fuera deficiente entonces te-nemos un problema de circuitomás difícil de localizar.

En el cambio del parlante el lec-tor debe observar algunos puntosimportantes. El primero se refiere altamaño del nuevo parlante quedebe ser del mismo que el original,pues de lo contrario tendrá proble-mas para colocarlo en la caja. Elsegundo se refiere a la impedanciamarcada en ohm (Ω) en el propioparlante retirado y que debe ser lamisma en el nuevo. Si Ud. es un prin-cipiante en esta disciplina, lo mejorque puede hacer es retirar con cui-dado el parlante averiado y llevar-lo al negocio de venta de compo-nentes de electrónica para verificarsi el mismo tiene las mismas carac-terísticas que el que va a colocar.En este punto cabe aclarar que pa-ra la mayoría de radios comer-ciales, puede ir cualquier parlante,sólo debe respetar el tamaño paraque quepa en el gabinete.

7. Problemas de ajustesEn ciertos casos, la falta de sen-

sibilidad de una radio que "capta"con dificultad incluso las estacioneslocales puede estar en el ajuste, al-terado inadvertidamente por eldueño del aparato que intentabamejorar su desempeño. Si bien elajuste ideal debe hacerse con ayu-da de aparatos especiales, se pue-de hacer a oído un ajuste razona-blemente bueno, dentro de las po-sibilidades del lector. Para esto elprocedimiento es el siguiente:


200

Figura 8

Figura 9

Figura 11

Fig.10

a) ajuste de las bobinas de FI(frecuencia intermedia).

Estas bobinas son las que tienenpequeños tornillos de colores quecorresponden a un código de or-den (figura 12).

Primera FI - amarillaSegunda FI - blancaTercera FI - negraVea que la bobina con núcleo

rojo no es de FI, y síosciladora, por loque se calibrará pos-teriormente, comoya explicaremos.

El ajuste de estasbobinas se debe ha-cer con un destorni-llador adecuado dematerial no ferroso(lo mejor es un palitode madera) preferi-blemente, pues elmetal de un destor-

nillador puede perjudicar el proce-dimiento.

Comience la sintonización deuna estación cualquiera en el me-dio de la banda, preferentementedébil y colocando la radio en un3/4 de su volumen máximo. Des-pués, con la llavecita de madera oplástico vaya moviendo sucesiva-mente los núcleos (tornillos) de lasbobinas amarilla, blanca y negrahasta obtener el máximo del volu-men. Repita este ajuste una o dosveces hasta obtener el máximo.

b) Ajuste del trimmer y de la bo-bina osciladora.

Sintonice una estación en el ex-tremo superior de la banda, alrede-dor de 1.500kHz y procure ajustar losdos trimmers del variable para quesu volumen sea máximo. El lectorverá que uno de los trimmers "des-plaza" la estación mientras que el

otro influye en su in-tensidad.

El trimmer que"desplaza" seráusado si el lectornota que la fre-cuencia real de laestación (dicha porel locutor) no co-rresponde con elnúmero marcadoen el indicador desintonía en que us-ted la "encuentra"(figura 13).

Después sintoni-ce una estación enel extremo inferiorde la banda, alre-dedor de los600kHz y muevacon cuidado el nú-cleo de la bobinaroja para obtener

el máximo de volumen. En algunoscasos, este trimmer también podrádesplazar la estación.

Vea que después de este ajusteserá conveniente retocar los ajustesde las FI para obtener nuevamenteel mejor rendimiento.

B SQUEDA DE FALLAS

EN RECEPTORES DE AM

Actualmente, los tipos de radiosque existen en los comercios sonmuchos y las variaciones alrededorde los circuitos típicos son más nu-merosas todavía. Esto obliga al téc-nico a tener una capacidad deanálisis mayor que antiguamente,en el sentido de descubrir posiblesdefectos. Pero el principal problemaque encuentran los novatos es laidentificación de los componentesusados en radios pequeñas y cómo"sacar" su esquema cuando el mis-mo no está disponible en un ma-nual, en el propio gabinete de la ra-dio o de algún otro modo.

En verdad, los componentes usa-dos en todos los tipos de radios va-rían muy poco, lo que significa quedificilmente el lector hallará algunapieza realmente diferente de lasque está acostumbrado a usar ennuestros montajes. Lo que varía bas-tante es la disposición de los com-ponentes, o sea, las configuracioneshalladas. Por otra parte, tenga encuenta que la mayoría de los recep-tores comerciales portátiles econó-micos poseen un circuito integradoy pocos componentes asociados, loque modifica el método de bús-queda de fallas y reparación queexplicamos en este capítulo.

Sin embargo, los reparadores ex-perimentados saben que muchosminicomponentes y equipos de co-municaciones poseen, en la partede recepción de señales de radio,componentes discretos, razón por locual es perfectamente aplicable to-do lo que aquí explicamos.

8. Los componentesEn la figura 14 se ilustran la mayo-

ría de los componentes que puedeencontrar en una radio comercialtransistorizada y en la figura 15 tene-mos un diseño típico de una radiotransistorizada de ondas medias o

Capítulo 13

201

Figura 12

Figura 14

Fig.13

sea una radio AM que puede servirperfectamente para el aprendizajedel lector que desea iniciarse en lareparación. El diagrama de esta ra-dio aparece en la figura 16, con loque haremos un análisis conjunto.

Como pueden ver los lectores,en las etapas de audio hallaremosbásicamente transistores, capacito-res, resistores y diodos. Ya en las eta-pas de RF, además de estos compo-nentes, tenemos las bobinas de FI,osciladora y de antena.

Existen diversas configuraciones

para las etapas desalida de audio, al-gunas de las cualeshacen uso de trans-formadores.

La presencia dela conexión del par-lante y del controlde volumen permi-ten identificar lasetapas de audio dela radio y la presen-cia de los transfor-madores de FI per-mite identificar lasetapas de frecuen-cia intermedia.Además la presen-cia del capacitorvariable, la bobinade antena y la osci-ladora permitenidentificar la etapade entrada. Todoesto permite que lascosas resulten bas-tante más fáciles ala hora de una re-paración.

De este modo,aunque el lector nodisponga del es-

quema de la radio que quiere repa-rar, mediante estos "trucos" la identi-ficación de las etapas y de los com-ponentes y si es preciso, hasta la ela-boración del circuito, se solucionanen gran medida.

Para los casos de los transforma-dores de FI se debe tener siempre encuenta su orden de colocación da-do por los colores de los tornillos deajuste. Recordamos que la bobinaroja es la osciladora, y que en algu-nos casos las bobinas blanca y ama-rilla son intercambiables.

Tomando nuestra radio de AM, apartir de la propia placa del circuitoimpreso, podemos establecer el re-corrido de la señal como muestra lafigura 17 y con esto identificar loscomponentes. Este recorrido es muyimportante, pues al buscar un de-fecto con el inyector de señales, sepodrá determinar exactamente enqué componentes debemos hacersu aplicación.

9. An lisis con el inyector de se alesEl inyector de señales es el instru-

mento de prueba más eficiente enla reparación de pequeñas radios,juntamente con el multímetro. Conestos dos instrumentos podremos fá-cilmente determinar las etapas queno funcionan, o que lo hacen demodo deficiente, y partiendo de allí,llegar a los componentes que de-ben ser sustituidos.

En nuestro caso, usamos el inyec-tor de señales haciendo el análisisde dos circuitos independientes. Se-paramos los circuitos de RF de los cir-cuitos de audio, por el componenteque más fácilmente se identifica enuna radio, cualquiera sea su tipo: elpotenciómetro de control de volu-men. El procedimiento típico quedebe seguir el lector, cuando poseeuna radio que no funciona es el si-guiente:

a) Coloque las pilas en el soportey, con el multímetro, verifique en pri-mer lugar si existe tensión de alimen-tación en la placa cuando se co-necta el potenciómetro. (Este pro-cedimiento vale para las radios queno dan señal alguna cuando se lasconecta, pues el chasquido en elparlante ya indica la presencia dealimentación, con lo que se puede


202

Figura 15

Figura 16

Figura 17

suprimir esta prueba). Si no hay ten-sión, debemos sospechar primerode los contactos de las pilas. Vea sino están sucios, o si el alambre deconexión no está partido por den-tro. Use el multímetro para eso, co-mo muestra la figura 18.

Si el soporte de pilas y sus cablesestán en orden, vea si el interruptordel potenciómetro de volumen notiene algún defecto. Conecte elmultímetro antes y después de los

contactos del interruptor.Con el interruptor conec-tado tiene que haber lamisma tensión de los doslados (figura 19).

b) Constatada la ali-mentación de la radio, ytambién la falta de señal,el primer punto en queaplicaremos la señal delinyector es en el terminalcentral del potenciómetrode control de volumen, se-gún la conexión mostradaen la figura 20.

Si la reproducción dela señal fuera normal, osea, si el parlante "chilla"entonces el problema es-tá en las etapas anterio-res, de RF y FI, que debe-rán ser analizadas. Pero sino hubiera reproducciónalguna, podemos tener lacerteza que algo va malcon las etapas de audio.

Veamos cómo proce-der en el caso en que nohaya ninguna señal:

En primer lugar inyec-tamos la señal en la basede Q4, o sea, del primertransistor que encuentra laseñal en su recorrido a

partir de ahí. Si hubiera ahorareproducción, entonces el pro-blema habrá sido localizado:se debe cambiar el capacitorC9.

Si todavía no hubiera repro-ducción, pasamos el inyectoral colector de este transistor.

Si la señal aparece, enton-ces el problema está en estetransistor, que debe sustituirse.Si no aparece, entonces de-bemos verificar los transistoresde salida (Q5 y Q6), el capaci-tor de salida C10, y el propioparlante. Usamos el

multímetro para medir lastensiones. En los emisoresde los transistores, si estánbuenos, así como la co-nexión de los diodos, de-be haber una tensión dealrededor de 1,5V (figura21). Del mismo modo,una tensión de valor dife-rente a 3V en el parlante,indica que éste se en-cuentra abierto. Para el

caso que el defecto no esté en estaetapa, o sea, aparece la señalcuando la inyectamos en el poten-ciómetro, entonces el análisis es el si-guiente. Pasamos a aplicar la señaldel inyector a partir del extremo su-perior del potenciómetro de controlde volumen (terminal que va al dio-do detector) en dirección a las eta-pas de entrada de RF.

Si en este punto la señal ya estu-viera ausente, entonces el proble-ma estará en el potenciómetro, quedeberá ser sustituido, pues puedehallarse abierto (no dando pasaje ala señal).

Si la señal estuviera presente, en-tonces, en la figura 22 damos la su-cesión de puntos de aplicación.

Si la señal desaparece en uno delos puntos de una de las etapas deFI, entonces habremos localizado laregión del problema. Deberemosahora hacer un análisis con el multí-metro en el sentido de encontrar elcomponente o componentes ma-los. Medimos entonces las tensionesen los diversos puntos de la etapa.

Si la tensión fuera nula en el co-lector del transistor, deberemos veri-ficar si existe continuidad en la bobi-na de FI. Esto se hace desconectan-do la radio y con el multímetro en laescala más baja de ohm. La resis-tencia del bobinado de la bobinadebe ser muy baja, del orden comomáximo de algunos ohm. Si fuera in-finita entonces la bobina está abier-ta y debe ser cambiada. Si la bobi-na está buena, pero la tensión fuerabaja y el transistor calienta, es señalque el mismo se encuentra en cortoy se lo debe cambiar.

Si la tensión estuviera normal enel colector, pero no en la base, de-bemos verificar si la bobina en la ba-se del transistor no se encuentraabierta, procediendo del mismomodo que en el caso anterior con el

Capítulo 13

203

Figura 18

Figura 19

Figura 20

Figura 21

El hecho de que un circuito inte-grado puede contener dece-nas, centenares o millares de

componentes en el mismo encap-sulado, asusta a algunos técnicos.

Es común encontrar técnicosatacados por el pánico ante laeventual reparación de esos equi-pos pues ignoran cómo están co-nectados los componentes.

Si dejan de trabajar con esosaparatos, los técnicos que rozanla práctica electrónica (electricis-tas, por ejemplo) no sólo pierden laoportunidad de ganar más, sinoque quedan atrasados en el oficioy pierden clientela. No se puedediscutir que la tendencia de laelectrónica moderna es utilizar ca-da vez más circuitos integrados, so-bre todo especializados.

Recordemos que llamamos cir-cuitos "especializados" a aquéllosque ejercen una sola función espe-cífica, como un amplificador de vi-

deo, por ejemplo, un amplificadorde audio completo, un decodifi-cador de FM, etc.

En estos casos no hay "equiva-lentes" de los integrados y siempredebe usarse uno del tipo original.

Todos los componentes queconstituyen un integrado se fabri-can en un solo proceso delicadísi-mo sobre una pastilla de silicio. Loscomponentes se graban en esapastilla de tal manera que es impo-sible quitarlos, combinarlos o repa-rarlos. Eso también se debe al he-cho de que la pastilla se encierraen una envoltura hermética, comomuestra la figura 1.

El único acceso a un compo-nente que tenga un problema esmediante la rotura de la envolturay esto dañaría los demás compo-nentes. Es así que, a pesar de queel circuito integrado tiene las ven-tajas de la mayor flexibilidad, ma-yor número de componentes por

unidad de espacio, debe conside-rarse una desventaja la imposibili-dad de arreglarlo. Los integradosde la mayor parte de los aparatosson de costo accesible, normal-mente mucho menor que el de loscomponentes aislados, si se ad-quieren en forma independiente.

C M O PROCEDER

Tomemos como ejemplo un ra-diograbador integrado. Este equi-po puede llevar, por ejemplo, doscircuitos integrados; uno está dota-do de un amplificador completo(IC2) y el otro tiene las etapas deRF para AM y FM, FI para las dosbandas y, además de eso, los cir-cuitos detectores.

C mo analizar estos integradosen caso de falla de circuito?

El mejor procedimiento es queel técnico aísle esos componentes

multímetro. Conforme la etapa, loscapacitores C3 y C4 también de-ben ser probados, pues deben estarabiertos.

Si la señal estuviera presente has-ta en la primera etapa de FI, enton-ces el problema estará en la etapaosciladora/mezcladora, que tienepor base el transistor Q1.

Aplicando la señal en la base deQ1, si la misma es reproducida, en-tonces tendremos que verificar tan-to las conexiones como el estadode la bobina de antena (L1), de labobina osciladora (roja), y de la pri-

mera FI (amarilla) haciendo la prue-ba con el multímetro en la escala deohms. Si no hubiera reproduccióncuando aplicamos la señal en la ba-se de Q1, pero la misma ocurre nor-malmente cuando la aplicamos enel colector, entonces debemos sos-pechar del transistor.

10. ConclusionesEn principio parece muy simple

el procedimiento aplicado, peropueden ocurrir muchas cosas más,como por ejemplo el hecho del pro-

blema que no selocaliza en uncomponente en sí,sino en una inte-rrupción de la pla-ca de circuito im-preso, en un malcontacto de un re-sistor u otro com-ponente que difí-cilmente presenteproblemas. Todoesto debe tenerse

en cuenta en el análisis, si de entra-da no se encuentra nada.

También se debe tener en cuen-ta que la radio a veces no funcionasimplemente por estar mal su cali-bración, lo que debe verificarse an-tes que otra cosa, con la ayuda delinyector. Una señal anormalmentebaja en el primer análisis puede indi-car esto.

Todo depende de la prácticaque el lector va a ir adquiriendo conel tiempo, si tiene realmente volun-tad de volverse un eficiente técnicoreparador.


204

Figura 22

Reparaciones de Equipos con Circuitos Integrados

Capítulo 13

205

para poder certificar si existe algoanormal referente a esos integra-dos. Para esa finalidad, el técnicopuede trabajar inicialmente con elinyector o generador de señales.

Vemos, entonces, que en laetapa de audio de este radiogra-bador, la entrada de señal de IC2corresponde justamente al pin 1 (fi-gura 2).

Inyectando una señal en esepin, con el radiograbador en la po-sición de reproducción o de radio(AM/FM) debe producirse la repro-ducción en los parlantes o apare-cer amplificación en el jack EP.Vea que la salida de este integra-do corresponde justamente al pin6. La prueba de los componentesalrededor del integrado es el pri-mer paso para verificar si existe al-gún problema con ese componen-te. Si todos los capacitores y resisto-res estuvieran en orden, pasamosentonces al análisis de las tensio-nes en los pines de los integrados.

El técnico debe tener en el ta-ller los manuales de reparaciónadecuados. Esos manuales, comoel National, contienen las informa-ciones esenciales para la repara-ción, como por ejemplo, tablascon las tensiones que deben en-contrarse en los pines de cada in-tegrado. Para el caso C2 tenemos

la siguiente tabla:

Pin Tensión (V)1 4,62 4,23 9,24 9,35 9,06 4,77 4,78 4,7

Las condiciones en que esastensiones se obtienen, son impor-tantes. En este caso, esas tensionesse obtuvieron con la señal, volu-men y tonalidad en el mínimo yuna tensión de alimentación de120V. La llave de grabación se de-jó en la posición "reproducci n".

Vea entonces que una tensiónanormal medida en este compo-nente, con los elementos a su alre-dedor en buen estado, significaque hay que cambiar el integrado.Para confirmar esto, es interesanteretirar momentáneamente el com-ponente o componentes conecta-dos en el pin con la tensión anor-mal.

Si medimos en el pin 5 una ten-sión anormal y si este componentetiene los elementos que lo rodeanen buen estado, significa que hayque cambiar el integrado. Paraconfirmar esto es interesante retirarmomentáneamente el componen-te o componentes conectados enel pin con la tensión anormal. Si me-dimos en el pin 5 una tensión dema-siado baja, antes de cambiar el in-tegrado, es interesante verificar si eldefecto no se debe al capacitor

C72 que puede tener una fuga ex-cesiva o estar en corto. Si la coloca-ción de un capacitor nuevo, en elcaso de que el primitivo esté arrui-nado, mantuviera la tensión anor-mal, entonces realmente debecambiarse el integrado.

CONCLUSI N

Para la reparación de los equi-pos que usan circuitos integrados,el técnico necesita tener una cier-ta preparación. Debe disponer deinformaciones sobre la función delos integrados que están en el apa-rato. Para eso es importante dispo-ner de un diagrama completo delaparato y hasta de un manual demantenimiento.

También debe tener informa-ción sobre las tensiones normalesque se encuentran en el integradoy los recursos para medirlas.

Finalmente, debe estar en con-diciones de saber dónde poder in-yectar o, eventualmente, retirar se-ñales de un integrado para cono-cer si éste es realmente la causadel problema y no otras etapas delmismo aparato.

C M O USAR EL INYECTOR

Muchos diagramas indican elrecorrido de las señales de audiodeterminadas.

Ese recorrido corresponde jus-tamente al que debe repetirse enlas pruebas con el inyector de se-ñales. Si no existiera el conocimien-to del recorrido, el lector deberátener el raciocinio y el conocimien-to necesarios para analizar el dia-grama y saber exactamente dón-de están las entradas y salidas delas etapas de audio.

En la misma figura 2 tenemos lospuntos de inyección de señales deaudio para el equipo que hemoselegido como ejemplo.

En esta prueba, la toma negati-va del inyector debe estar conec-tada a la masa del aparato y en-tonces la punta de prueba se apo-ya en los puntos indicados en la fi-gura. La reproducción de la señaldebe ocurrir en todos los casos.Vea que en la prueba antes delcontrol de volumen, éste debe es-tar abierto para que se produzcala reproducción de la señal.

Figura 1

Figura 2

GENERALIDADES

En casi todos los sistemas de comu-nicaciones, se emplea una señalbásica que sirve de transporte a lainformación que se transmite; a estaseñal se le llama portadora y a lainformación transportada modula-dora . Y conforme mayor sea la fre-cuencia de la portadora, mayor se-rá su capacidad de transportar in-formación. En el caso de la luz, co-mo su frecuencia es muy alta, resul-ta muy superior como portadora deseñales comparada con cualquierseñal de microondas.

Desde el desarrollo del láser (cas-tellanización de LASER, Light Amplifi-cation by Stimulated Emission of Radia-tion), a principios de los años 60’s,han ocurrido múltiples eventos quehan transformado el concepto delas comunicaciones. Uno de ellos esla invención del diodo semiconduc-tor láser (ILD), que ha cubierto satis-factoriamente la necesidad de unafuente barata, eficiente y de largavida (típicamente 108 horas) de on-das luminosas coherentes para servircomo ondas portadoras de señalescodificadas; otro adelanto valiosoes el uso de fibras ultrafinas de bajaatenuación, conveniente para latransmisión de ondas luminosas alarga distancia. En definitiva, el dise-ño de microcircuitos ópticos paracomunicaciones es una perspectivapráctica.

En el terreno del audio y video, sehan diseñado dispositivos láser paradistintas necesidades. Dos de lasmás conocidas son el captor láserutilizado en los reproductores de CD,

y los enlaces entre equipos de audiopara la transmisión de las señales re-cuperadas del medio de almacena-miento; en este caso, se utiliza unLED convencional como fuente lu-minosa, un tramo de fibra óptica co-mo medio de transmisión y un foto-transistor como receptor, eliminandopor completo la posibilidad de inter-ferencia externa que se suscita conlos cables de cobre.

ENLACE PTICO CON FIBRA

El proceso de transmisión por fibraóptica lo podemos sintetizar de la si-guiente forma: una se al el ctrica setransforma en una se al luminosaque se acopla dentro de la propia fi-bra ptica; despu s la se al se recu-pera en el otro extremo, se amplificay se convierte nuevamente en unase al el ctrica.

Existen dos tipos de modulaciónque se pueden emplear en el envíode información por fibras ópticas: di-gital y analógica. En la modulaciónanalógica la intensidad de la porta-dora (rayo de luz) varía continua-mente, siguiendo las variaciones dela señal que se desea transmitir. Entanto, en la modulación digital la in-tensidad de la señal portadora sólotiene dos estados: encendido yapagado; esto es, la señal portado-ra se enciende y apaga de una for-ma extremadamente rápida, repre-sentado de esta manera a los bitsde información. La comunicacióndigital es la más utilizada, pues per-mite la comunicación a grandes dis-tancias con la misma potencia; aun-

que en el caso de la comunicaciónanalógica es mucho más fácil deimplementar.

Como se indica en la figura 1,una señal de entrada se emplea pa-ra modular una fuente de luz, porejemplo un LED (diodo emisor de luz)o un ILD (diodo de inyección láser).Si se usa señal digital, se requiere deun codificador en la entrada y deun decodificador a la salida; por elcontrario, si se usa señal analógica,el CODEC ya no es necesario.

La señal procesada, ya sea ana-lógica o digital, está lista para serenviada a la fuente de luz para sutransmisión. Para ello, dicha señalmodulada debe acoplarse en la fi-bra óptica; y esta es la etapa máscrítica del proceso, pues aquí sepuede generar la mayor parte delas pérdidas de señal.

Una vez que la luz se acopla en lafibra, ésta se atenúa en su viaje, yademás está sujeta a distorsión. Elgrado de distorsión es el límite quetiene esta tecnología para la veloci-dad de datos máxima que se pue-de transmitir por una fibra.

Al llegar al final de su trayecto, laluz se acopla en el elemento fotode-tector (por ejemplo, un fotodiodo),donde también existe la posibilidadde pérdida, aunque considerable-mente menos severo que en la fuen-te. La señal que se recibe es amplifi-cada, reprocesada o decodificadapara reconstruir la señal de entradaoriginal.

Ventajas de las fibras pticasEnseguida hablaremos de algunasde las ventajas de los sistemas de fi-bras ópticas respecto de su compe-tidor directo: el sistema de transmi-sión por cable.

Gran ancho de bandaLas fibras ópticas trabajan con fre-cuencias de portadora del orden de1013 a 1014Hz, mientras que un cablede cobre apenas alcanza un nivelde máximo de 107 - 108Hz.Tamaño y peso pequeñoUna sola fibra es capaz de reempla-


206

Fibras Opticas

Figura 1

zar a una gran cantidad de alam-bres de cobre individuales. Las fibraspueden ser tan delgadas como 70micrómetros (aproximadamente elgrueso de un cabello humano).

Menor atenuaciónTramo a tramo, la fibra óptica mues-tra menor atenuación que el cabletrenzado y que el cable coaxial;además, la atenuación en las fibrasópticas es independiente de la fre-cuencia de la señal.

SeguridadMuchos sistemas por cable requie-ren de precauciones especiales pa-ra evitar cortocircuitos entre cableso entre cable y tierra; la naturalezadieléctrica de la fibra hace imposi-ble la aparición de chispas que ocu-rren durante las comunicaciones.

Bajo costoEl costo de la fibra óptica continua-mente baja, mientras que el del ca-ble de cobre aumenta.

FŒSICA DE LA LUZ

Se ha demostrado que la luz (dehecho, energía electromagnética)viaja aproximadamente a 300,000km/s en el espacio vacío. Tambiénse ha demostrado que en materia-les densos la velocidad de la luz sereduce. La reducción de la veloci-dad de la luz y su paso desde el es-pacio vacío a un material densoproduce refracci n ; esto es, cuan-do la luz cambia de medio sucedeuna desviación de la trayectoria ori-ginal, hecho que fácilmente pode-mos comprobar si colocamos unacuchara dentro de un vaso conagua. Al mirar lateralmente, notare-mos que la imagen de la cucharaen la parte que queda dentro pare-ce desplazada de la que se en-cuentra afuera.

De hecho, la reducción de la ve-locidad de la luz es diferente paracada longitud de onda o frecuen-cia (es decir, para cada color en elcaso de la luz visible). Por lo tanto elángulo de desviación es diferentepara cada longitud de onda.

Cuando la luz blanca (compues-

ta por luz de varios colores) atravie-sa por un prisma, se suceden desvia-ciones graduales debido a las distin-tas frecuencias que la componen;esto produce lo que conocemos co-mo espectro, y cuando esto se pro-duce en escala atmosférica enton-ces se observa un arco-iris.

El ángulo real de desviación de laluz en una interfase (unión física en-tre dos medios de distinta densi-dad), es predecible y depende delíndice de refracción de la densidaddel material. El índice de refraccióncomúnmente se representa por elsímbolo n y se obtiene por la razónde la velocidad de la luz en el vacíoy la velocidad de la luz en el mate-rial:

n = (Velocidad de la luz en el va-c o) / (Velocidad de la luz dentro delmaterial)

Aunque n está en función de lalongitud de onda, la variación enmuchas aplicaciones es lo suficien-temente pequeña para ser ignora-da, y se da un solo valor para cual-quier frecuencia.

Expliquemos qué sucede cuandoun rayo de luz que atraviesa dosmateriales con índices de refracciónn1 y n2. Supongamos que el rayo deluz procedente del material que via-ja por n1 incide en el punto de inter-fase “P” y atraviesa hacia el mate-rial con índice n2 . La Ley de Estadosde Snell indica que:

n1 sen (A1) = n2 sen (A2)

Por lo tanto, para determinar elángulo de refracción A2 simplemen-te despejamos de la ecuación co-mo sigue:

A2 = arcsen [(n1 * senA1) / n2]

Si el material 1 es aire, entonces elíndice de refracción n1 es 1; y si n2es mayor de 1, A2 debe ser menorque A1. En el paso a través de la in-terfase la luz es refracta-da (cambia su ruta nor-mal) de su ángulo normal.

Si el material 1 no es ai-re pero tiene un índice derefracción menor que elmaterial 2, el rayo será re-fractado de su ruta nor-

mal. Un rayo que incide en la inter-fase presenta un ángulo de refrac-ción de 90⁄, siempre que n1 > n2.Usando la ley de Snell:

senA2 = (n1/n2)senA2ó con A2 = 90˚ sen A1 = (n2/n1) = senAc

El ángulo Ac se conoce comongulo cr tico , y define el ángulo

del rayo incidente con el cual nopasará a través de la interfase. Paraángulos mayores que Ac, el cien porciento de los rayos son reflejados y elángulo de incidencia es igual al án-gulo de reflexión. La característicade la luz incidente para un ángulomayor que el ángulo crítico es unconcepto fundamental a partir delcual se basa la operación de las fi-bras ópticas. Aplicando el conceptode reflexión total interna en la inter-fase n1 y n2, podemos ahora asegu-rar que la propagación por el cora-zón de la fibra y el contraste de la luzincidente asegura la propagaciónal final de la fibra. Cuando la luz seacopla dentro de la fibra, es refleja-da continuamente en de las pare-des de la misma, hasta su otro extre-mo figura 2.

CONSTRUCCI N DE LAS FIBRAS PTICAS

En la construcción típica de una fi-bra óptica, la parte central o cora-zón, es en realidad la ruta de propa-gación de la luz; aunque éste algu-nas veces es construido de plástico,es más común construirlo de vidrio.Envolviendo al corazón se encuen-tra la capa de la vestidura (usual-mente se emplea vidrio), aunque lavestidura de plástico para un cora-zón de vidrio no es poco común. Lacomposición del vidrio puede serajustada durante su fabricación pa-ra variar el índice de refracción. Porejemplo, en el vidrio con vestidura

Capítulo 13

207

Figura 2

El CD 4093 es un circuito integra-do que posee compuertasNAND CMOS del tio Schmitt.

Una de sus cualidades másatractivas es su acción de disparoen respuesta a una señal de entra-da. Otra característica importantees que provee histéresis (típicamen-te de 2V con un suministro de 10V).

Una de las ventajas principalesde este circuito es que el osciladorse autoinicia al aplicar la alimenta-ción. La frecuencia puede alcan-zar unos 1,5MHz para 15V de fuen-te, y decrece con tensiones másbajas. El valor mínimo recomenda-do para C es de 100pF; y el valor re-comendado para R es 4k7.

Si intenta reparar su equipo deaudio, debe conocer los efectos

sorprendentes quepuede lograr conun inyector de se-ñal. Este dispositivoes un generadorde onda cuadradadiseñado para ali-mentar una señal através de un circui-to para determinarla ubicación gene-ral del componen-te defectuoso delcircuito, y finalmen-te aislarlo. Estos dis-positivos tambiénson útiles para re-solver los proble-mas de RF de re-ceptores AM/FM.

de silicio el índice de refracción pa-ra el corazón es de 1.5; y para la ves-tidura es de 1.485. Para proteger lavestidura de la fibra se recubre conuna goma protectora o con una cu-bierta plástica. A este tipo de fibrase le llama fibra de ndice multimo-do . El índice se refiere al perfil del ín-dice de refracción a través de la fi-bra.

Tipos de FibrasHay tres variedades disponibles

actualmente.

· Coraz n de pl stico y vestidura.· Coraz n de vidrio con vestidura

pl stica, muchas veces llamadasPCS (siglas de plastic-clad silica ovestidura pl stica y silicio).

· Coraz n de vidrio y vestidura (ves-tidura de s lice y s lice).

Atenuaci n en la FibraLa atenuación de la luz a través dela fibra es debida a las impurezas

dentro del material, mismas que ac-túan selectivamente en cuanto a lalongitud de onda que afectan. De-bido a las impurezas los rayos de luzde una señal luminosa siguen rutasdiferentes dentro de la fibra, por lomismo no todos los rayos llegan almismo tiempo al final de la fibra, porlo que el efecto en las señales esalargar la duración de los pulsos.

Componentes activosYa sabemos que para transmitir la in-formación a través de la fibra, se uti-lizan emisiones de radiación lumino-sa; en el proceso general, es nece-sario convertir la señal de la fuenteen luz (en el transmisor) y la luz enuna señal eléctrica (en el receptor).Para ello se requieren varios compo-nentes que pueden realizar estasconversiones. A los que se llamacomponentes activos .

Diodos emisores de luzExisten varios criterios importantes

para el uso de LED’s en las fibras.

· Potencia de salida.· Longitud de onda.· Velocidad.· Patr n de emisi n.

Obviamente, es un tema quepuede ser ampliado pero dichoanális no es objeto de esta obra.

Diodo de inyecci n l serEl ILD o diodo de inyección láser, esun dispositivo semiconductor capazde generar un haz de luz moduladodigitalmente. Para entender el al-cance de este dispositivo, es nece-sario hacer un breve recordatoriode qué es y cómo se genera la luzláser, cuya traducción significa am-plificaci n de la luz por emisi n esti-mulada de radiaci n .

En el capítulo 11 de esta obra he-mos hablado en profundidad sobreeste tema, razón por la cual le suge-rimos que se remita a su estudio. **


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, pre-parada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejo y la colabo-ración de Oscar Montoya Figueroa.


Fig. 2

Fig. 1

Inyector de Señales Digital

Lista de materialesCI1 - CD4093 - Integrado CMOSR1 - 47k‰C1 - 0,02 F - Cer mico

C2 - 0,01 F - Cer micoC3 - 0,1 F - Cer micoS1 - Interruptor simple

Capítulo 13

209


210

LISTA DE MATERIALES

Q1 - BC548 - Transistor NPNQ2 - BC548 - Transistor NPNQ3 - 2N3055 - Transistor NPND1 - 1N5401 - Diodo de silicioD2 - 1N5401 - Diodo de silicioD3 - Diodo rápido de silicio de baja corriente (cual-quiera sirve)Dz - Diodo zéner de 15V x 1WR1 - 100kΩR2 - 2,2Ω x 2W (ver texto)R3 - 680ΩR4, R5 - 2,2kΩC1 - 200µF - ElectrolíticoC2 - .01µF - CerámicoC3 - 100µF - ElectrolíticoC4 - 100µF - ElectrolíticoP1 - Potenciómetro de 1MΩ log.P2 - Potenciómetro de 5kΩ lin. (ver texto).T1 - Transformador de 220V a 15V + 15V x 3A.S1 - Interruptor simple.L1 - Lámpara neón.L2 - Led rojo de 5mm.Varios: Placa de circuito impreso, caja para montaje, disipa-dor para Q3, conectores varios, cables, estaño, etc.

Capítulo 13

211


212

Capítulo 13

213

Inyector de SeñalesGenerador de Barras Probador de CristalesProbador de Fly-BacksMedidor de CapacitoresGenerador de FuncionesMedidor de InductanciasProbador de Potencia LáserFuente Regulada para el TallerProbador de Circuitos DigitalesProbador de Circuitos Integrados



PROYECTOS

COMPLETOS

SSAABBEERR


PROYECTOS

COMPLETOSPROYECTOS

COMPLETOS

INDICE DEL

CAPITULO 14

Inyector de Señales ...........................208 (cap. 13)

Fuente regulada Variable para el Taller...........211

Generador de Barras con Sincronismo ............213

Generador de Funciones Portátil ......................214

Probador de Fly-Backs .......................................215

Probador de Circuitos Digitales.........................216

Probador de Potencia Láser

para Lector Optico .............................................218

Probador de Cristales .........................................220

Medidor de Capacitores....................................221

Probador de Circuitos Integrados .....................222

Medidor de inductancias...................................223






FUENTE DE ALIMENTACI N REGULADA

VARIABLE PARA EL TALLER

Presentaremos el montaje de unafuente de alimentaci n regulada varia-ble de 1 amper, con un voltaje ajusta-ble de 0 a 12 volt, rango suficiente pa-ra la mayor a de aplicaciones en elservicio electr nico. Y, por supuestoeste montaje tambi n puede ser degran utilidad para el estudiante y el ex-perimentador.

La fuente de alimentación, unode los equipos de prueba más utili-zados en el taller o laboratorio, esun circuito capaz de transformar lacorriente alterna de línea en unacorriente directa con un valor ma-nejable por dispositivos electróni-cos. Como sabemos, las caracte-rísticas e importancia de la fuentede alimentación son la capacidadde regulación del circuito, el volta-je de salida máximo, la corrientemáxima proporcionada por el cir-cuito y el nivel de rizado que pre-senta en la salida.

Con el propósito de que ustedpueda armar su propia fuente devoltaje fijo para valores muy espe-cíficos y de que se ahorre una bue-na parte del circuiterío, en el pre-sente artículo haremos referenciaa una fuente de 1A, con un volta-je ajustable de 0 a 12 volt y regula-

da para cada valor elegido.El diagrama completo del cir-

cuito de la fuente se muestra en lafigura 1. La primera fase de un cir-cuito de fuente, consiste en ajustarel voltaje de línea de 220V de co-rriente alterna, a un voltaje menory mayor que el que proporcionarácomo salida final. Para el diseñopropuesto, deberá ser de 13 voltaproximadamente.

Se requiere entonces de untransformador de 220V a 13V, a 1A;de acuerdo con lo que cadaquien necesite, el transformadorpuede tener una corriente de me-nos volts y sin que sea preciso ha-cer cambios en el circuiterío poste-rior.

Observe que en el primario deltransformador T1 se ha colocadoen paralelo un foco piloto (F1), elcual tiene la función de indicar lapresencia de la corriente alternade línea en el circuito del transfor-mador. El interruptor S1 controla laalimentación principal del circuito,y el fusible A1 interrumpe el pasode la corriente de alimentación encaso de que se produzca algúncortocircuito que pudiera dañar atodo el aparato.

Si debido a la acción de T1 elvalor del voltaje de línea se redu-ce, habrá que convertir la señal decorriente alterna en corriente di-recta; para ello se utilizan diodos

en configuración de puente rectifi-cador. Este puente tiene la propie-dad de transformar una onda decorriente alterna en una señal decorriente directa pulsante de ondacompleta; es decir, los dos mediosciclos de la onda de corriente al-terna son aprovechados para for-mar la señal de corriente directa.En el circuito de la figura 1, la señalde corriente alterna para el arre-glo del puente rectificador, es en-tregada por el secundario de T1;en tanto, la salida del puente rec-tificador se conecta al capacitorelectrolítico C1.

C1 y C2 son los capacitores defiltro que convierten una señalcontinua pulsante en continuaconstante.

Debido a las variaciones queen la resistencia total del circuito yen el consumo de corriente provo-can las diferentes cargas conecta-das en la salida de la fuente de ali-mentación, se generan fluctuacio-nes de voltaje. Por eso es necesa-rio colocar un circuito compensa-dor que mantenga el voltaje desalida en un nivel constante, sin im-portar la magnitud de corrienteque consuma el circuito de salida.A este paso se le conoce con elnombre de “circuito regulador devoltaje”. Para el caso de la fuentemostrada en la figura 1, se ha ele-gido un regulador integrado; inter-

Capítulo 14

211

Figura 1

Capítulo 14

Instrumentos para el ServiceEn este capítulo se describen una serie de proyectos destinados a construirinstrumentos electrónicos indispensables para realizar tareas de manteni-miento y reparación de equipos electrónicos. Tenga en cuenta que en elcapítulo anterior se expuso el montaje de un Inyector de señales.

namente, este dispositivo contieneuna gran cantidad de circuitos dis-cretos que le permiten realizar sufunción de regulado.

El arreglo externo para el regu-lador, lo forman los diodos D5 y D6,el capacitor C3, el potenciómetroP1 y las resistencias R2, R3, R4 y R5.En tanto, el voltaje de salida delcircuito regulador, queda determi-nado por el valor de la resistenciaconectada al punto A que se ob-serva en el diagrama de dicha fi-gura.

Para dar una mayor versatili-dad a la fuente, se ha colocadotambién una serie de resistenciasde valor fijo y un potenciómetrocomo resistencia variable, los cua-les pueden ser elegidos como resis-tencia RA mediante la llave decambios Y1. Bajo estas circunstan-cias, si se elige a R2 como RA y R2= 330Ω, el voltaje de salida será deaproximadamente 2,9V; en lapráctica, esto lo podemos redon-dear a 3V. Según se indica a conti-nuación, se escogieron valores devoltaje de salida representativos:

R3 = 1kΩ para 6VR4 = 820Ω para 5V

R5 = 1,5kΩ para 9V

Y como el potencióme-tro P1 tiene un valor de re-sistencia máximo de 5kΩ,es posible ajustar la tensiónde salida a cualquier valorcomprendido entre 1,25 y12V.

Un segundo proceso defiltrado de la corriente di-recta pulsante, está a car-go del capacitor C4. A lasalida del circuito se ha co-locado un diodo LED D7 yuna resistencia R6, los cua-les sirven como monitoresque indican si hay o no ten-sión en la salida del circui-to. El LED monitor no en-cenderá cuando el secun-dario del transformador seabra o el regulador IC1 fa-lle.

El material utilizado seindica en la tabla 1. En la fi-gura 2 se muestra el ladode la soldadura y de los compo-nentes del circuito impreso de lafuente. Esta puede construirse fá-cilmente, con el uso de un marca-

dor indeleble o con calcomanías.E igualmente, se especifican algu-nas recomendaciones para en-samblar el circuito.

Instrumentos para el Service

212

Figura 2

GENERADOR DE BARRAS

CON SINCRONISMO

En varias oportunidades he-mos publicado generadores debarra de circuitos complejos conprestaciones especiales o muysencillos para efectuar pruebasr pidas aunque sin precisi n.

Con el circuito que describi-mos tenemos una soluci n inter-media. Se trata de una aplicaci nsugerida por National Semicon-ductor para el uso del temporiza-dor doble 556, que hemos adap-tado para el sistema PAL.

La señal de video transmiti-da por las emisoras de TV es com-pleja. Sin embargo, para la mayorparte de las pruebas y ajustes sepuede inyectar al receptor una se-ñal simple, como la provista poreste circuito.

Se trata de una señal de barrascon sincronismo. El primero de lostres temporizadores, genera impul-sos de sincronismo de 4,7µs. Es unmultivibrador astable con un perío-do de 64µs. El flanco creciente delpulso de sincronismo dispara un se-gundo temporizador. Su ancho depulso determina la posición de labarra, generada por el tercer tem-porizador.

La señal de video compuesta

se obtiene en el conjunto R4 -R5 -R6. La red de resistencias va segui-da por un buffer , que asegurauna impedancia de salida de 75Ω.

Las señales de sincronismo y lade barra ocupan el 35% y el 65%de la señal compuesta, respecti-vamente.

La calibración se realiza conec-tando el dispositivo a un monitor o,a través de un modulador, a un re-ceptor de TV normal. Los trimpotsmultivuelta P1, P2 y P3 se ajustanen la posición central de su recorri-do.

Tiene que girar P1 para obteneruna imagen estable. Si el pulso desincronismo es demasiado ancho,será visible en el lado izquierdo dela imagen. La barra puede hacer-se más estrecha con el empleo de

P2, después de lo cual es posibleque P1 precise un pequeño reajus-te. Si posee un osciloscopio, P2puede ajustarse inicialmente paraobtener pulsos de 4,7µs en la salida(pata 3) de IC1. Entonces, el perío-do total se establece en 64µs conel empleo de P1. La barra se cen-tra con P3 y puesto que su anchoes fijo, con esta operación se com-pleta la calibración. el circuito semuestra en la figura 3 y la placa decircuito impreso se brinda en lafigura 4.

Evidentemente, este circuitopuede ser empleado en televisoresNTSC, para lo cual deberán reali-zarse los ajustes conforme a estanorma, sin necesidad de tener quereemplazar componentes del cir-cuito.

Capítulo 14

213

Fig. 3

Fig. 4

Lista de MaterialesCI 1 - NE555 - Integrado temporizador.CI 2 - NE556 - Doble temporizadorQ1 - BC548 - Transistor NPNP1 - Trimpot multivueltas de 100k‰P2 - Trimpot multivuelta de 25k‰P3 - Trimpot multivuelta de 10k‰R1, R2, R3, R6 - 12k‰R4 - 100k‰R5 - 68k‰R7 - 1k‰R8//R9 - 75‰ al 1% (o dos resistores enparalelo de 150‰).C1 - 0,0022 F - Cer micoC2 - 120pF - Cer micoC3 - 0,001 F - Cer micoC4, C7, C8 - 0,015 F - Cer micoC5 - 56pF - Cer micoC6 - 0,0033 F - Cer micoC9 - 100 F x 25 V en paralelo con C10(optativo).C10 - 0,1 F - Cer mico

VariosCaja para montaje, placa de circuito impre-so, cables, fichas, esta o, etc.

GENERADOR DE FUNCIONES PORTATIL

El montaje que proponemos em-plea un circuito integrado PLL b sicodel tipo 566 con el cual se pueden ob-tener se ales de forma de onda trian-gular y cuadrada con frecuenciascomprendidas entre 1HZ y 2MHz, porlo que resulta un dispositivo suma-mente til para la puesta en marcha,b squeda de fallas y reparaci n deequipos electr nicos.

El oscilador que proponemosen este montaje (figura 5) empleaun circuito integrado CA566 comogenerador de funciones básico,que entrega señales de salida deformas de onda triangulares y cua-dradas con un rango de frecuen-cias comprendido entre 1Hz y2MHz. El CA566 es un osciladorcontrolado por tensión que sólonecesita de unas pocas resisten-cias y sólo tres capacitores paraproducir señales de precisión.

A los fines prácticos, podemosdecir que un PLL (Phase LoockLoop = Lazo Enganchado en Fase)es un circuito realimentado queposee un comparador de fase, unfiltro pasa bajos y un amplificadorde error colocado en la trayecto-ria de la señal, más un osciladorcontrolado por tensión (VCO) quese encuentra en el lazo de reali-mentación.

A la salida del detector se tieneuna señal de error junto con otrasseñales que son frenadas por el fil-tro, de tal modo que sólo se ampli-fica la señal de error, esto produceuna tensión de "error" correspon-diente que controla al VCO y mo-difica su frecuencia. Dicho de otramanera, la frecuencia del VCO semodifica en función de la tensiónde error.

Realizando una síntesis paraque comprenda la versatilidad deestos componentes, podemos de-cir que el PLL es un sistema quecompara dos fases (frecuencias),una de ellas provenien-te de un VCO y la otrade un comparador deerror que entrega unatensión cada vez quese corre la frecuenciadel VCO por alguna ra-zón.

En nuestro circuito,

no utilizamosal 566 comoPLL sino comoVCO; luego,para cubrir to-do el rangode frecuen-cias, las resis-tencias R3 yR4 deben po-seer valorescomprendidos entre 2k2 y 27kΩ.

La variación continua de fre-cuencia se consigue con el ajustede R4 con el que se logra un rangode 10 a 1 (por ejemplo, mínimo:1Hz, máximo: 10Hz).

La generación de señales debaja frecuencia se consigue conun capacitor de 50µF en C1 (se lo-gra un rango de variación de fre-cuencias de 1Hz a 10Hz).

Al respecto, debemos mencio-nar que dicho capacitor debe po-seer muy pocas fugas por lo cualse debe emplear un capacitor detantalio de buena caída, casocontrario, es posible que no seconsiga la oscilación del VCO.

Para cubrir todo el rango defrecuencias, se debe colocar unallave selectora que permita cam-biar el valor de C1.

Por ejemplo, para generar se-ñales de 2MHz, C1 debe tener unvalor de 100pF. De esta maneratendremos tantos capacitores co-mo rangos de variación.

La siguiente tabla da una co-rrespondencia entre el valor de C1y el rango de frecuencias quepueden generarse:

C1 Rango defrecuencias

50µF 1 a 10Hz4,7µF 10 a 100Hz0,47µF 0,1 a 1kHz47nF 1 a 10kHz4,7nF 10kHz a 100kHz1nF 50 a 250kHz100pF 200kHz a 2MHzLa señal de forma de onda

cuadrada se obtiene de la pata 3del integrado y la triangular de lapata 4.

En la figura 6 se da el circuitoimpreso sugerido para el montajedel oscilador. Tenga en cuentaque en él no se ha previsto la colo-cación de la llave selectora, lacual se hace en forma externa alrealizar la conexión por medio deun cable mallado con la malla co-nectada a masa.

Los usos de este circuito son inu-merables...

Por ejemplo, tal como se mues-tra en la figura 1 puede ser em-pleado como inyector de señales;agregando un transistor driver, esútil como generador de señales debanda ancha (de 1Hz a 1Mhz), pe-ro también puede utilizarse comogenerador de señal de FM, si seajusta la frecuencia a 1MHz, porejemplo, y se introduce por la pata5 una señal de AM externa de mo-dulación (información).


214

Figura 5

Figura 6

Lista de MaterialesCI-1 - CA566 - Circuito integrado PLLR1 - 1k‰R2 - 10k‰R3 - 2k2R4 - Potenci metro de 25k‰ linealC1 - Ver textoC2 - 1nF - Cer micoC3 - 0,1 F - Cer mico

Varios:Placa de circuito impreso, gabinete para monta-je, llave selectora para realizar los cambios derango de frecuencia, esta o, cables, etc.

PROBADOR DE FLY-BACK

El circuito de este probador esmuy barato, f cil de construir y utilizary de gran utilidad en el servicio a tele-visores modernos. Este montaje ha si-do probado y ha demostrado su efica-cia, por lo que si usted lo construye,tendr en su taller una herramientamuy valiosa.

Seguramente es de su conoci-miento, que este dispositivo manejauna tensi n muy elevada, por lo queconviene tener mucha precauci n ensu manejo para no sufrir una experien-cia muy desagradable; de hecho, serecomienda que las pruebas que aquse indican s lo sean llevadas a cabopor personal con experiencia en elservicio a televisores.

Ni el editor ni el autor aceptancualquier responsabilidad por el maluso de este circuito.

Fallas en los fly-backsTomando en cuenta que a este

transformador le corresponde ma-nejar voltajes muy elevados, laprobabilidad de fallas en este ele-mento es muy alta. Los tipos deaverías más comunes se comen-tan a continuación.

Primario abiertoEsta falla se detecta simple-

mente midiendo el voltaje en elcolector del transistor de salida ho-rizontal, en cuyo caso hay 0 volt,mientras que por la terminal 2 delfly-back aparece el voltaje prove-niente de la fuente conmutada(135V).

Cuando esto sucede no hay al-to voltaje y, por lo tanto, el filamen-to del cinescopio no enciende.

Secundario abiertoCuando algún secundario se

abre, la falla se presenta de acuer-do al bobinado abierto (no habráalimentación hacia la etapa verti-cal, no funcionará el circuito ABL,etc.).

En la mayoría de los casos, síestará presente el alto voltaje.

Fugas de alta tensi nEs importante determinar si exis-

te un arqueamiento en el fly-backcuando el televisor está funcio-nando, ya que si el cuerpo deltransformador se ha agrietado, esposible que se escape el alto vol-taje. Inclusive se percibe un olor aozono.

Este problema se puede solu-cionar (si no es muy grave), colo-cando un poco de líquido aislantede alta calidad.

Resistores divisores abiertos ocon falsos contactos

Si usted tiene un televisor condesenfoque y, al mover el controlque se encuentra en el fly-backobserva que la imagen en el cines-copio se define, pero no del todo,es muy probable que haya un pro-blema en el circuito resistivo del fly-back.

También, si hay una imageninestable y al mover el control descreen en el fly-back la imagen sedesestabiliza aún más, es factibleque el problema esté en el divisorde screen.

Diodos de rectificaci n abiertosy cortos entre espiras de los bobi-nados

Estas fallas son muy frecuentesy, en ocasiones, difícilmente locali-zables, pues se confunden con fa-cilidad con averías de otros circui-tos, como sería la fuente de podero la misma etapa de salida hori-zontal; por ello le recomendamosque haga lo siguiente:

1) Si el fusible de protecci n seabre, verifique que el transistor de sa-lida horizontal no se encuentre en cor-to.

2) Verifique que la fuente de ali-mentaci n est funcionando correcta-mente.

3) Si tiene duda del fly-back, ret re-lo del circuito impreso y con ctelo alcircuito probador, que para tal efectole recomendamos que construya, se-g n instrucciones que le damos a con-tinuaci n

Estructura del probador de fly-backsEl probador de fly-back que le

estamos recomendando, está for-mado por una fuente de alimenta-ción, un oscilador, un transistor y unmedidor indicador que puede serun multímetro analógico.

El circuito se muestra en la figu-ra 7 y en él puede notar que la se-ñal del oscilador 555 (que es unaoscilación de alta frecuencia queemula la oscilación horizontal) esentregada por la terminal 3 y llegaa la base transistor Q1, el cual laamplifica y la aplica a través delindicador al primario del fly-back.En la figura 8 se dá el diagrama decircuito impreso. Usted puede fa-

Capítulo 14

215

Fig.7

bricar fácilmente dicha tarjeta, si-guiendo los procedimientos queseguramente ya conoce.

Este probador puede funcionaraunque no se tenga el medidor decorriente, en cuyo caso sólo ha-bría que colocar un puente entrelos bornes donde va conectado;sin embargo, no se podría medir elrango de consumo de corrienteque tendría el fly-back.

Prueba de fly-backsPara probar fly-backs, sólo tie-

ne que conectar el primario deltransformador en la salida del pro-bador (respetando las conexionesque van al colector y a B+ en el fly-back) y presionar el interruptorpush button. Si el dispositivo se en-cuentra en buen estado, de inme-

diato se escuchará la oscilación(inclusive se percibe el característi-co olor a ozono) y en el medidor sedeberá indicar una corriente de100 a 190mA como máximo; si elvalor de corriente es superior a los200mA, es muy probable que exis-ta un problema en el fly-back. Estaes una prueba muy dinámica parasaber si hay alta tensión, pues secomprueba tanto el estado de losdiodos que están en la parte inter-na del fly-back como si existe uncorto en el transformador. Inclusi-ve, para verificar la existencia deun alto voltaje adecuado, podríaacercar la salida correspondientea un punto de tierra física (algunatubería) para observar el arco decorriente.

Medición de fugas en el fly-backEn caso de que sos-

peche que el fly-backposee fugas internas,también puede ser veri-ficado por medio de es-te circuito probador; pa-ra ello, simplemente lo-calice la terminal res-pectiva a tierra y co-néctela en el borne co-rrespondiente del pro-bador; en caso de quela corriente que circulaa través del primario deltransformador aumentepor encima de los200mA, lo más seguro esque la corriente se estéarqueando hacia tierraen el interior del disposi-tivo. En esas condicio-nes, prácticamente nohabrá más remedio quereemplazar el fly-backpor uno nuevo.

Medidas de seguridadQueremos insistirle en que tome

algunas medidas de seguridad.Por ejemplo, siempre trabaje sobreuna base de madera seca o algúnacrílico; esto le evitará sufrir algunadescarga eléctrica, no sólo al pro-bar un fly-back, sino tambiéncuando repara equipo electróni-co. Otra recomendación, es queno toque ninguna de las termina-les libres del fly-back mientras reali-za la prueba, ya que se expone arecibir una descarga muy desa-gradable, la cual puede ser muyriesgosa para quienes padecenafecciones cardiacas. Fuera deestas recomendaciones básicas, eluso de este circuito es muy seguroy sencillo.

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PROBADOR DE CIRCUITOS

DIGITALES

C mo probar circuitos digitales,tales como contadores del tipo 4017,el 7490 y otros sistemas secuenciales,frecuenc metros y otras aplicaciones?Para el que trabaja frecuentementecon este tipo de circuitos, un simplegenerador de pruebas digitales puedeser de gran utilidad, pues permite re-velar inmediatamente si tales disposi-tivos funcionan o no.

Proponemos un simple oscila-dor de baja frecuencia cuya sali-da es compatible con integradoscontadores CMOS y TTL. Este circui-to inyectará una señal de clock enel integrado bajo prueba, así per-mitirá una verificación inmediatade sus salidas. La indicación delfuncionamiento de cada salida sehace por medio de leds que pue-


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Figura 8

den variar de 1 a 10, lo que depen-de de la voluntad del montador. Elprobador funciona alimentadopor la misma tensión del equipo(integrado) que está siendo pro-bado, lo que facilita bastante suconstrucción y uso. Se usan pocoscomponentes y su manejo es ex-tremadamente simple. Lo que te-nemos es un oscilador bastantelento con un astable 555 que esalimentado por el propio equipoque se está probando.

En la figura 9 tenemos el cir-cuito general, donde se observa laconfiguración básica del astable555. La frecuencia de este oscila-dor depende de los resistores R1,R2 y el capacitor C según la si-guiente expresión:

1,44f = _______________

(R1 + 2R2) C

Los resistores R1 y R2 no puedentener valores menores que 1kΩ nimayores que 1M, mientras que C1no puede ser menor que 500pFni mayor que 1000µF dada la in-fluencia de fugas en este últimocaso.

Operando en una frecuen-cia alrededor de 1Hz (1 pulsopor segundo) podemos inyec-tar la señal en cualquier conta-dor y monitorear visualmente siocurre el conteo.

Para este fin lo que hacemoses usar un led en serie con un re-sistor, como muestra la misma fi-gura 9. Para la prueba de inte-grados TTL, en que la tensión dealimentación es de 5V, el resistor

en serie con el led es de 470Ω típi-camente. Para el caso de CMOS,en que la tensión puede variar en-tre 3 y 15V, el resistor precisaría servariable. Sin embargo, lo que po-demos hacer es elegir un valor talque permita una buena visualiza-ción en toda la banda sin peligrode sobrecarga para los compo-nentes. Elegimos para este fin unresistor de 1k2. Vea que, si el inte-grado probado fuera CMOS, peroalimentado con tensiones de 3 a6V, podemos usar la posición deprueba TTL. En la figura 10 tenemosuna sugerencia de montaje enplaca de circuito impreso.

Vea entonces que los pocoscomponentes que se fijan debenser conectados a los elementosexternos por medio de diversos ca-bles. Tenemos entonces un par decables (rojo y negro) que son usa-dos en la alimentación. En la pun-ta de estos cables usamos pinzascocodrilo para conectar en la pro-pia fuente del aparato que estásiendo probado.

El cable para la punta inyecto-ra puede ser de color verde, esta-rá conectado en la entrada declock del contador a ser probado.Podemos dotarlo de una pinza deencaje para facilitar esta opera-ción. Vea que existen pinzas quese pueden encajar fácilmente enlas puntas de prueba, facilitan asísu fijación en los circuitos que seestán probando (figura 10).

Para seguir la señal y verificar siel contador está funcionando usa-mos una pinza verde (o de otro co-lor). El único control que tenemosen el circuito es la llave S1 que se-lecciona los leds de acuerdo conel tipo de integrado que se estáanalizando y su tensión de alimen-tación.

En la caja en que va instaladoel generador existe también un ledque monitorea su funcionamiento.Este led guiñará en la frecuenciade 1Hz aproximadamente, para in-dicar que la señal se está produ-ciendo. Para probar el generadorno es preciso disponer de algún ti-po de contador. Basta conectarloa una fuente de alimentación de 3a 15V, seleccionar la llave para in-dicación de los leds de acuerdocon la tensión y verificar si el ledmonitor guiña.

Después, apoyando la pinzaverde en la pinza azul, el led indi-cador debe guiñar acompañan-do el monitor en frecuencia, perode modo desfasado. Esto significaque el led monitor enciende cuan-do el indicador apaga y viceversa.Hecha la comprobación de fun-cionamiento, podemos pensar enel uso del generador que es un po-co más complicado.

Para este fin, tomemos como

Capítulo 14

217

Figura 9

Figura 10

ejemplo un contador típico con el4017 y que debería excitar, porejemplo, un determinado númerode salidas pero que no está funcio-nando.

Desconectamos entonces suentrada de clock y en ella aplica-mos la señal del generador (que sedebe alimentar por la misma fuen-te del contador). Hacemos estoapoyando la punta de pruebaverde en el pin de clock que es elnúmero 14.

Debemos entonces apoyar lapunta de prueba de los leds (azul)en los terminales de salida del 4017que corresponden a los pines 3, 11,2, 9, 4, 6, 7, 5 y 10 para la versiónque cuenta hasta 10. El led debeguiñar en cada prueba en una fre-cuencia que corresponde a 1/10del led monitor, pues el integradoprobado estará dividiendo por 10.Vea entonces que el led de prue-ba apagará por un instante cada10 guiños del led monitor. Si esto noocurre es porque la salida proba-da no está en buenas condicio-nes.

El mismo procedimiento es váli-do para un contador con el 7490.

Sin embargo, las salidas de esteintegrado son solamente 4 porqueel mismo proporciona una señalcodificada en binario. Tenemosentonces al mismo tiempo diversassalidas en el nivel HI durante elconteo. La señal de la punta in-yectora (verde) debe ser aplicadaen el pin 14. La alimentación de 5volt es tomada del propio aparatoque lleva el 7490.

En el pin 12 que corresponde ala salida Q1 tenemos entonces ladivisión de la frecuencia de clockpor 2. Conectando en este pin la

punta de prueba azul, el led indi-cador deberá guiñar con la mitadde la frecuencia del led monitordel generador si el integrado estábueno.

En el pin 9 tenemos la salidaQ2. En esta salida tenemos la divi-sión de la frecuencia por 8, lo quesignifica que el led indicador debeguiñar una vez cada 8 guiños delled monitor.

Finalmente, en el pin 11 tene-mos la salida Q3 que correspondea la división por 16.

Sin embargo, el integrado estáprogramado para resetear en elpulso 10º, lo que significa que, enrealidad, el led indicador guiñará1 vez cada 10 guiños del monitorconectado en la punta de prue-ba. Está claro que en todos los cir-cuitos, tanto con el 4017 como conel 7490, puede haber variacionesen que tenemos el reseteado an-tes del final del conteo. Esto debeser previsto en las pruebas. Tam-bién observamos que el led indica-dor enciende en el nivel LO de lassalidas probadas.

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PROBADOR DE POTENCIA L S E R

PARA EL LECTOR OPTICO

En el an lisis de un reproductor deCDs, resalta la importancia del lectorptico en la estructura del reproductor

de discos compactos. Tambi n desdeel punto de vista del servicio estecomponente es fundamental, ya quesuele ser el m s costoso de los queemplea este aparato; al mismo tiempoes una de las piezas que m s proble-mas presenta, con fallas que van des-de sistemas en los que s lo algunos

discos no se reproducen hasta equi-pos totalmente inoperantes.

No existe un m todo para medirdirectamente la potencia de la luz emi-tida por el diodo l ser?

Sí existe, es un aparato que per-mite medir directamente la poten-cia del haz láser generado pero di-cho instrumento resulta extrema-damente difícil de conseguir, yademás es muy costoso (más deUSD $300). Si está a su alcance,adquiéralo; pero considerandoque por ese precio casi podemoscomprar, por ejemplo, un oscilos-copio básico para el taller, es lógi-co que pocos se animen a hacer-lo.

Por tal motivo, recomendamosun pequeño circuito que cumplela misma función de ese instrumen-to. Si lo sabe utilizar adecuada-mente, le permitirá hacer una me-dición muy precisa de la potenciagenerada por el diodo láser, conauxilio de un elemento que nopuede faltar en ningún centro deservicio electrónico: el multímetrodigital; éste no es, sin embargo, in-dispensable, pues también bastacon uno de tipo analógico capazde medir corrientes del orden delos 10mA y que usted domine per-fectamente la lectura de sus esca-las; pero siempre tenga en cuentaque debido a la proliferación delos instrumentos digitales, a su bajomargen de error y a su alta preci-sión, resulta más conveniente eluso de un multímetro digital.

En la figura 11 se aprecia el dia-grama esquemático del circuitoque nos permitirá medir la poten-cia real de emisión del diodo láseren un momento determinado. Ob-serve que se trata tan sólo de untransistor rodeado de algunas resis-


218

Lista de MaterialesCI-1 - 555 - circuito integradoLED 1, LED 2 - leds rojos comunesP1, P2 - puntas de prueba.J1, J2 - pinzas cocodrilo, una negra y unarojaR1 - 47k ‰x 1/8W R2 - 22k‰ x 1/8W R3, R5 - 470 ohm x 1/8W R4, R6 - 1k5 x 1/8WC1 - 10 F x 16 V - capacitor electrol ticoS1 - llave de 2 polos x 2 posicionesVarios: cables, placa de circuito impreso,caja para montaje, punta de prueba, pin-zas cocodrilo, etc.

Figura 11

tencias, y de una foto-resistenciaque hará las veces de captadorde la luz emitida por la lente de en-foque. Ahora veamos cuáles sonlos componentes que se requieren(Tabla 1)

El principio de operación de es-te circuito es en realidad muy sen-cillo. Puede ver que el transistor Q1se halla en una configuración en laque, dependiendo de la cantidadde corriente que llegue a su basea través del divisor formado por lasuma de R1, RV1 y LDR1 y la resis-tencia R2, hará que una corrienteproporcional circule por R3, D1 y elmultímetro en su modalidad demedidor de corriente (en la escalade 10mA). Ahora bien, es normalque cuando la foto-resistenciaLDR1 se encuentre completamen-te a oscuras, tenga una resistenciade 2MΩ; esto significa que la co-rriente que llega a la base del tran-sistor es extremadamente peque-ña (casi despreciable). En conse-cuencia, la corriente que circulepor R3 y por el medidor de corrien-te será tan pequeña que la escalacasi no se moverá.

Cuando a la foto-resistencia lle-ga una cierta cantidad de luz, suresistencia interna disminuye; estoindica que más corriente llegará ala base de Q1, y que por lo tanto lacorriente medida en su colectorcomenzará a subir; a su vez, estoimplica que cuando la corrientesea lo suficientemente alta, el LEDse encenderá y el multímetro pre-

sentará un va-lor susceptiblede ser medido.O sea que de-pendiendo dela intensidadluminosa quellegue a LDR1,el valor de me-dición leído enel colector deQ1 subirá obajará.

Si ahoraajustamos elvalor de RV1,de modo queal medirlo jun-to con R1 la re-sistencia com-binada sea deaproximada-

mente 133,3kΩ, lograremos que es-te pequeño circuito quede cali-brado para utilizarse en la medi-ción de la potencia de láser en unlector óptico. Para hacer esta me-dición se recomienda colocar untramo de termofit alrededor deLDR1 de modo que se forme unaespecie de campana que blo-quee el paso de toda luz ajena ala que proviene del lector óptico.Será suficiente,entonces, conponer a funcio-nar el reproduc-tor de discoscompactos, yenga arlo pa-

ra que se colo-que en modo fo-cus search —obúsqueda deenfoque, comoya dijimos enotro capítulo— y

cuando esto suceda, sólo habráque colocar la campana con elfoto-detector justo frente a la lentede enfoque, para que tengamosen nuestro multímetro una lecturade corriente.

Pruebas realizadas en diversasmarcas y modelos de reproducto-res de CDs, han demostrado quecasi todos los fabricantes utilizanuna potencia de lectura estándar;con ésta, el medidor marca 6,8mAcuando RV1 se encuentra perfec-tamente calibrado (usted mismopuede hacer la prueba, utilizandoun reproductor de CD nuevo). Elloimplica que cuando ajuste la co-rriente de excitación del diodo lá-ser, en vez de medir indirectamen-te la corriente (como se recomien-da en el capítulo 3), sólo tendráque colocar el circuito que acabade armarse y ajustar el preset delOPU hasta que en el amperímetrose marque una corriente de entre6,5 y 7mA; lo ideal es que marqueexactamente 6,8mA, pero el ran-go indicado garantiza una buenareproducción (figura 12).

Como ha podido ver, el ensam-blado de este circuito es una tareamuy sencilla y de bajo costo; conél, usted tiene a mano un valioso

Capítulo 14

219

Figura 13

Figura 12

auxiliar para la reparación dereproductores de discos com-pactos; además, si usted corto-circuita las terminales a las quese conecta el multímetro, estecircuito puede servirle tambiénpara comprobar la emisión lumi-nosa de los controles remotos in-frarrojos, los cuales a veces sonun poco difíciles de probar (figu-ra 13). Le recomendamos queno emplee baterías normales decarbón-zinc para alimentar estecircuito, ya que hemos descu-bierto que el voltaje de las mismases poco estable. Aunque cuestaun poco más, es preferible utilizaruna pila del tipo alcalina; éstaofrece mucho tiempo de vida, yun voltaje sumamente estable du-rante toda la operación. Comoacaba de darse cuenta, sólo senecesita un poco de ingenio y detrabajo manual para no tener quecomprar el costoso instrumento demedición al que ya hicimos refe-rencia. De esta manera, cadacentro de servicio contará conuna forma fácil y rápida de deter-minar si un lector óptico está fun-cionando adecuadamente en suetapa de emisión láser. Construyaahora mismo este proyecto, y veráqué pronto le encuentra múltiplesaplicaciones.

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PROBADOR DE CRISTALES

Con el oscilador de pruebadescripto en este artículo, pode-mos probar cristales de cuarzo defrecuencias entre 1 y 30MHz confacilidad. El circuito verifica la osci-lación del cristal, dando una indi-cación directa en un microamperí-metro. El aparato funciona conuna batería de 9V que tendrá ex-celente durabilidad dada la pe-queña corriente consumida, inclu-so oscilando. La conexión de loscristales a prueba puede hacersefácilmente por un par de pinzascocodrilo. Otra característica im-portante de este circuito (que ani-mará al montaje a muchos lecto-res) es que no utiliza ninguna bobi-na. Para colocar el cristal en fun-cionamiento tenemos un osciladordel tipo Collpits (divisor capacitivo)

con base en un transistor BF494 óBF495. La frecuencia de este osci-lador, evidentemente, es determi-nada por el cristal de cuarzo y larealimentación que mantiene es-tas oscilaciones es proporcionadapor C1.

El resistor R1 polariza la base deltransistor en la configuración decolector común, obteniéndose en-tonces una señal en el emisor deQ1. Esta señal es detectada por unpar de diodos (D1 y D2) y despuésde filtrado por C4 es aplicado a labase de Q2 por medio de R3. Q2forma un circuito amplificador quetiene por finalidad excitar el ele-mento indicador del probador. Enla ausencia de la oscilación en Q1no hay tensión para polarizar labase de Q2 que entonces perma-nece en el corte. La corriente en elinstrumento indicador es entoncesnula. Con la oscilación, la tensiónde base en Q2 es suficiente parallevarlo a la saturación y con estotendremos una fuerte corriente decolector para excitación del instru-mento.

La finalidad de P1 es ajustar lacorriente má-xima en el ins-trumento deacuerdo consu fondo deescala. Estopermite usarinstrumentosno sólo de100µA comoel indicado,sino hastaotros de fon-dos menores(50µA) o ma-yores (1mA).

C o m e n -zamos mos-trando a los

lectores en la figura 14 el circuitocompleto del probador.

El montaje se puede hacer conla base de una pequeña placa decircuito impreso como se muestraen la figura 15.

El transistor Q1 puede ser cual-quier equivalente NPN de uso ge-neral. Para mayor sensibilidad re-comendamos usar diodos de ger-manio para D1 y D2, pero a faltade ellos los tipos de silicio más co-munes como los 1N4148 ó 1N914también funcionarán.

Los resistores son todos de 1/8Wy los capacitores deben ser todosdel tipo disco cerámico. P1 es untrimpot con valores entre 47kΩ y470kΩ según la sensibilidad del ins-trumento. El instrumento es un mi-croamperímetro de 50 a 250µA defondo de escala u otro de escalamayor, si reducimos el valor de R4 yP1 para obtener ajuste.

Para la batería usamos un co-nector, y para la conexión del cris-tal sugerimos un zócalo o bien unpar de pinzas cocodrilo conecta-das al circuito por cables bien cor-tos (máximo 15 cm).


220

Figura 14

Figura 15

Capítulo 14

221

Para la prueba basta conectarla unidad e inicialmente conectarun cristal de 1 a 30MHz en la pinzao soporte.

Accionando S1 debe habermovimiento de la aguja del instru-mento si el cristal está bueno. Ajus-tamos entonces P1 una única vezpara obtener una indicación defondo de escala.

Para usar el aparato el proce-dimiento será simplemente co-nectar el cristal al circuito y obser-var la aguja.

Sin deflexión no hay oscilación.La ausencia de oscilación de uncristal puede ocurrir por varios mo-tivos. Uno de ellos es la propia ro-tura del cristal por un golpe o caí-da, en cuyo caso el mismo quedainutilizado.

MEDIDOR DE CAPACITORES

La medición de capacitorespara determinar su capacidadofrece muchos problemas al ex-perimentador, ya que no puedehacerse de modo directo con elmultímetro. Los capacímetros, porotro lado, son instrumentos algocaros y que por lo tanto no siem-pre están al alcance del bolsillodel estudiante, hobbista o técni-co. El circuito es un puente de ca-pacitores que puede medir valo-res entre 4,7nF y 2,2µF con buenaprecisión, dependiendo de suajuste, y que usa pocos compo-nentes de bajo costo.

Los capacitores se caracteri-zan por impedir la circulación decorrientes continuas, pero dejanpasar corrientes alternas en unaproporción que depende de suvalor y de la frecuencia de la co-rriente. Así, decimos que los capa-citores presentan una reactanciacapacitiva (medida en ohm) quees tanto menor cuanto mayor essu capacidad y mayor la frecuen-cia de la corriente.

Si tenemos una corriente defrecuencia fija, 50Hz por ejemplo,el capacitor se comporta comouna resistencia cuyo valor depen-de justamente de su capacidad.En una frecuencia de 50Hz, porejemplo, un capacitor de 100nF secomporta como un resistor de31.800Ω, mientras que el mismocapacitor, en la frecuencia de5kHz se comporta como un resistorde 318Ω (en ambos casos haydesfasaje entre más tensión y co-rriente).

El medidor que describimosaprovecha la corriente que circu-

la en un capacitor de valor des-conocido, para determinar su va-lor, comparándolo con la corrien-te que circula en un capacitor to-mado como referencia. Este pro-ceso se hace por circuitos espe-ciales denominados puentes .

En un puente todos los ele-mentos del circuito están equili-brados, o sea, cuando sus valoresestán en una determinada rela-ción, entre los polos del instrumen-to indicador no hay circulación decorriente y el mismo indica la con-dición nula, o sea, el punto deequilibrio.

En nuestro caso, el puente for-mado tiene por elementos untransformador que proporciona laenergía externa bajo la forma decorriente alterna, el capacitordesconocido es un capacitor to-mado como referencia y ademásde eso el instrumento indicadorde nulo y un potenciómetro paraajuste.

Cuando colocamos en elpuente un capacitor del mismovalor que el tomado como refe-rencia, las tensiones que apare-cen en los extremos del potenció-metro son iguales en relación a latoma central del transformador,de modo que el ajuste de nulo seobtiene con el cursor en el mediode su recorrido.

Si el capacitor desconocidofuera diferente del tomado comoreferencia para obtener el ajustede nulo, con igual tensión en losextremos del instrumento, tene-mos que colocar el potencióme-tro en una posición diferente delcentro.

Es justamente en función deesta posición del cursor que pode-mos entonces tener una idea delvalor del capacitor que estamosmidiendo.

Con el circuito indicado, po-demos obtener el equilibrio delpuente con capacitores que vandesde la mitad del valor tomadocomo referencia hasta el doble, loque significa una banda de 4:1.

Podemos inclusive establecerpara el potenciómetro una escalaque nos permitirá determinar nosólo la condición de equilibrio conun capacitor igual al de referen-cia, como también relaciones de1:2 ó 2:1 alrededor del valor de re-

Figura 16

Lista de Materiales (Probador de Cristales)

Q1 - BF494 o BF495 - transistor NPN deRFQ2 - BC548 o equivalente - transistor NPNde uso generalD1 y D2 - 1N34 - diodos de germanioM1 - 0-200 A - microamper metroS1 - interruptor simpleB1 - 9V - bater aXTAL - cristal a pruebaR1 - 33k‰ x 1/8W R2 - 1,2k‰ x 1/8WR3 - 1k‰ x 1/8WR4 - 10k‰ x 1/8WP1 - 100k‰ - trimpotC1 - 1,2nF - capacitor cer micoC2 - 120pF - capacitor cer micoC3 - 2,7nF - capacitor cer micoC4 y C5 - 100nF - capacitores cer micos

Varios: placa de circuito impreso, caja pa-ra montaje, conector de bater a, cables,esta o, etc.

ferencia. Por ejemplo, si coloca-mos en el circuito como valor dereferencia un capacitor de 10nF yobtenemos el equilibrio en el pun-to en que tenemos la relación de1:2 esto significa que el capacitordesconocido tiene valor alrededorde 5nF. Si el punto de equilibriofuera en el punto 2:1 esto significaque el capacitor desconocido tie-ne valor alrededor de 20nF. Con lacolocación en el circuito de valo-res de referencia entre 10nF y 1µFtenemos la banda de actuacióndel aparato entre 4,7nF y 2,2nF.

Para este montaje todos loscomponentes usados se puedenconseguir con relativa facilidad.

Con relación a los componen-tes electrónicos consideramos ne-cesario hacer las siguientes obser-vaciones. El transformador puedeser de cualquier tipo que tenga unbobinado primario de acuerdocon la red local, o sea, 110V ó220V, y secundario de 6, 9, ó 12Vcon corriente de 100mA ó más. Lallave conmutadora que coloca loscapacitores de referencia en elcircuito es de 1 polo x 5 posicionesrotativa. Si el lector tiene dificulta-des en obtener esta llave puedeoptar por 5 interruptores simplescolocados uno al lado de otro enla caja. Estos interruptores seránentonces accionados según el va-lor de referencia deseado.

La llave S1 es un interruptor sim-

ple que aumenta la sensibilidaddel aparato en el comienzo de labanda de medidas. Los capacito-res usados como referencia son depoliéster metalizado. La toleranciade estos capacitores determinarála precisión de las mediciones. Co-mo el aparato tiene por finalidadsolamente dar una indicaciónaproximada de los capacitores aprueba, pues estos componentesadmiten tolerancias de 20% y has-ta más en la mayoría de los casos,el lector no precisará preocuparsepor la precisión.

En verdad, la propia calibra-ción de la escala no es de granprecisión, pues el aparato no bus-ca eso. Tenemos enseguida el ins-trumento indicador que sirve sola-mente para acusar el punto de nu-lo. Se trata de un VUmetro comúnde 200µA. Se puede usar cualquiertipo, dando preferencia a los demenor costo. Los diodos del puen-te pueden ser 1N4001 ó cualquierequivalente, incluso de menor co-rriente como el 1N914, 1N4148, etc.

El potenciómetro de 47kΩ de-be ser lineal y puede tener incor-porado el interruptor general.

Tenemos finalmente el resistorúnico de 10kΩ x 1/8W que sirve pa-ra reducir la sensibilidad del instru-mento en la medición de las ca-pacidades mayores, pues sin él elVU puede ver su aguja forzada agolpear con violencia en el finalde la escala en los ajustes.

El circuito completo del medi-dor de capacitores se muestra enla figura 16 (ver hoja anterior).

Para realizar la prueba coloqueinicialmente un capacitor de 10nFen el aparato, conectándolo a laspinzas cocodrilo o a los bornes deprueba, según lo disponga a suelección. Conecte el probador altoma accionando enseguida el in-terruptor general. La llave S2 debeestar abierta. Coloque la llave se-lectora en la posición correspon-diente al capacitor de 10nF de re-ferencia. A continuación, ajuste elpotenciómetro de modo de obte-ner la indicación de cero de co-rriente en el instrumento. Esto debeocurrir en el punto 1 de la escala ocerca de eso, mostrando que larelación entre las capacidades esde 1:1, o que sean, son iguales.

Coloque un capacitor de 22nFcomo prueba en el circuito. Proce-diendo del mismo modo se obtie-ne un equilibrio del instrumentocon la indicación de cero en laposición 1:2 del potenciómetro.Para obtener el punto correcto deajuste de nulo, cuando la agujadel instrumento se acerca a cero,se cierra el interruptor S2.

Para usar el aparato basta sólocolocar el capacitor a prueba enel circuito y buscar en la llave y enel potenciómetro las posicionesque dan la corriente nula en el ins-trumento.

En el potenciómetro se lee larelación de capacidades entre lareferencia y el capacitor que esta-mos probando.

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PROBADOR DE CIRCUITOS

INTEGRADOS

Muchos circuitos integrados, yen particular los CMOS, son sensi-bles a las descargas electroestáti-cas, por lo que vienen protegidospor embalajes o espumas antiestá-ticas. Este probador permite con-trolar los circuitos integrados máscorrientes, en particular todas lascompuertas CMOS de 2 entradas:CD4001 (NOR), CD4011 (NAND),CD4071 (OR), CD4081 (AND),CD4093 (NAND disparador) y los in-versores CD4069 y CD4584 (dispa-rador) el contador decimalCD4017 y otros también de uso co-rriente.

También se pueden probar loscircuitos lineales como el CA741(amplificador operacional) y elLM555 (temporizador). El circuito secompone de varias partes quefuncionan independientementepero que, por comodidad, agru-pamos en un solo impreso.

Las funciones de estos módulosson las siguientes:

1) Fuente de alimentaci n2) M dulo de reloj3) M dulo de prueba de las com-

puertas de 2 entradas

1) Fuente de alimentaci n: Pue-de ser de 9V o 12V. Proponemos el


222

Lista de Materiales (Medid. de Capacitores)

T1 - transformador primario de 110 220Vy secundario de 6, 9 12V con toma cen-tral y corriente de 100mA o m s.M1 - VU - medidor com nD1, D2, D3, D4 - 1N4001R1 - 10k‰ x 1/8WR2 - 1k‰ x 1/8WP1 - potenci metro lineal de 47k‰C1 - 10nF - capacitor de poli sterC2 - 47nF - capacitor de poli sterC3 - 100nF - capacitor de poli sterC4 - 470nF - capacitor de poli sterC5 - 1 F - capacitor de poli sterS1 - interruptor simple (acoplado a P1)S2 - interruptor simpleS3 - llave de 1 polo x 5 posicionesVarios: cable de alimentaci n, escala parael potenci metro, puente de terminales,bornes o pinzas cocodrilo, cables, esta o,etc.

uso de una batería común de 9Vque alimenta todos los módulos alpresionar el pulsador de "PRUEBA".

2) M dulo de reloj: Está com-puesto por un disparador CD4584.Las compuertas inversoras estánconectadas para formar un oscila-dor de baja frecuencia. El circuitodel reloj se encarga de generardos frecuencias, H1 y H2, visualiza-das por los LEDs D1 y D2 en seriecon R5 y R6. Alimentan todas lasentradas de reloj de los otros mó-dulos para prueba (figura 17).

3) M dulo de prueba de las com-puertas de 2 entradas: CI2 repre-senta el zócalo de los circuitos inte-grados que se han de probar;CD4001 (NOR), CD4011 (NAND),4071 (OR), CD4081 (AND), CD4093(NAND disparador). Una de las en-tradas de las compuertas está co-nectada al reloj H1 y la otra al relojH2. Las salidas de cada compuer-ta alimentan un LED que permitevisualizar el estado lógico. La com-binación de las frecuencias relojprueba todos los estados de lasentradas. Los LEDs D3 a D6 deste-llan según la tabla de verdad de

cada compuerta (figura 18).Cuando se alimente el cir-

cuito, deben destellar los LEDsverdes de 5 mm de Ø D1 y D2,que visualizan las frecuenciasreloj H1 y H2. D1 debe destellartres veces más rápidamenteque D2. Insértense uno poruno, en su zócalo correspon-diente, los circuitos integradosque se quieren controlar y veri-fíquese su funcionamiento. Siun LED nunca se enciende, es-tá seguramente conectado alrevés o el circuito integradoque corresponde no se en-cuentra en buen estado.

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MEDIDOR DE INDUCTANCIAS

El circuito que describimos esun adaptador que puede conec-tarse a un mult metro com n paramedir inductancias desde valoresmuy peque os. La exactitud en lalectura depender del instrumentoutilizado, t ngase en cuenta quepara los principiantes es aconse-

jable emplear un mult metro anal gicoo un milivolt metro de bobina m vil.

El circuito que proponemos esbastante sencillo y permite medir

inductancias en un rango que vadesde los 2µH a los 10mH aproxi-máadamente, cubriendo prácti-camente toda la gama de valoresempleados en electrónica de usofrecuente. Estas medidas se consi-guen en dos rangos.

El circuito propuesto se muestraen la figura 19, se alimenta conuna batería de 9V, que entrega sutensión a un regulador del tipoLM7805 que alimentará el proba-dor cuando se accione S2.

El corazón del proyecto es unintegrado cuádruple que poseecompuertas NAND del tipo scmithtriger. La primera compuerta seconfigura como oscilador con fre-cuencia variable por medio delpre-set R6, el que conviene quesea del tipo multivueltas con el ob-jeto de tener un ajuste correcto.Note que el lazo de realimenta-ción del oscilador es una segundacompuerta. La salida de este osci-lador se conecta a una de las pa-tas del inductor bajo, prueba, talque al conectar un elemento parasu prueba, en la pata 9 del integra-do permanezca en estado altodurante un período superior a unciclo de la señal cuadrada gene-rada por el mismo integrado. Ca-be aclarar que el estado en quepermanecerá en estado alto de-

Capítulo 14

223

Figura 19

Figura 17

Figura 18

penderá de la inductancia. De es-ta manera, luego de la carga delinductor , la pata 9 del integradocambia de estado con lo cual en-tre PL1 y PL2 habrá una tensióncontinua que dependerá del valordel inductor.

Los pre-set R6 y R7 permiten ca-librar el circuito para valores bajosy altos de inductancia respectiva-mente (uno para cada rango),mientras que con R1 se pone acero el instrumento de bobina

móvil. El circuito impreso de nue-stro medidor de inductancias semuestra en la figura 20. Con S1 seelige el rango de medida, de 2 a500µH y de 100µH a 10mH respecti-vamente. Para la calibración de-be contar con dos inductores pa-trón de valores perfectamente es-tablecidos (uno para cada rango),

luego los coloca en los terminalescorrespondientes con el rangoadecuado y conecta un voltíme-tro con 500mV a fondo de escalaentre Pl1 y Pl2.

Si consiguió una bobina de250µH, debe ajustar R6 de modoque la aguja quede en la mitad dela escala (250mV). Un dato a tenermuy en cuenta es que la impedan-cia del voltímetro debe ser superiora 1Mz para no cometer errores enla lectura. Como verá, en un rangola lectura será directa pero en elotro deberá aplicar un factor demultiplicación, por ejemplo, man-teniéndonos en el caso anterior,con un inductor patrón de 5mH, R7deberá ser calibrado para que laaguja indique 250mV. ***********


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, pre-parada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron seleccionados y adaptados por HoracioVallejo.


Figura 20

Lista de Materiales (Medid. de Inductancias)

CI1 - 74HC132 - Integrado TTL de altavelocidad.CI2 - 7805 - Reg. de tensi n.D1 - 1N4148 - Diodo de uso general.S1, S2 - llave doble inversora paraimpresos.R1 - Pre-set de 1k‰R2 - 27k‰R3 - 220‰R4 - 12k‰R5 - 100k‰R6, R7 - Pre-set de 12k‰R8, R9 - 18k‰C1 - 10nF - Cer micoC2 - 0,1 F - Cer micoC3 - 1nF - Cer micoVarios: Caja para montaje, placa de cir-cuito impreso, cables, esta o, fichasbanana, bater a de 9V, etc.

IIMPORTMPORTANTEANTE::Con este capítulo hemos concluído la segunda etapa de esta enciclopedia (de 24 fascículos). A partirde aquí, y hasta la finalización de la obra, el lector recibirá material de estudio que lo capacitará para re-parar equipos electrónicos de consumo, tales como televisores, videocaseteras, equipos de sonido,lectores DVD, computadoras, etc., por ello, con cada fascículo se entregará un “vale” para que lo can-jee por componentes y material bibliográfico. Recordamos que esta obra se realiza con el aval de Sa-ber Electrónica, revista de edición mensual que se distribuye en todo América de habla hispana, sien-do la obra técnica de habla hispana de mayor tirada en el mundo. Para quienes recién comienzan en elapasionante mundo de la electr nica . Si desea recibir mayor información GRATUITAMENTE, solicite

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Reparaciones en Etapasde Salida de Audio



SSAABBEERR


Los Reguladores deTensión Integrados

Los Reguladores deTensión Integrados

INDICE DEL CAPITULO 15REPARACIONES EN ETAPAS DE SALIDA DE

AUDIO DE RECEPTORES DE RADIO

Primera configuración ......................227

Segunda configuración ...................228

Tercera configuración ......................229

Reparación con multímetro.............230

Cómo medir tensiones en una radio .......231

REGULADORES INTEGRADOS

DE LA SERIE 78XX

Regulador de tensión patrón ..........232

Regulador fijo con mayor

tensión de salida ...............................232

Aumentando la tensión

de salida con zéner ..........................232

Tensión de salida ajustable

con CI regulador fijo.........................232

Fuente de corriente fija ....................233

Fuente de corriente ajustable .........233

Cómo aumentar la corriente

de salida.............................................233

Reguladores 78XX en paralelo ........233

Regulador de tensión fijo de 7A .....233

Regulador de 7A con

protección contra cortos.................234

Regulador ajustable

utilizando CIs 7805 y 741...................234

Fuente de tensión

simétrica utilizando CI 78XX .............234

TEORIA DE FUNCIONAMIENTO

DE LOS VIDEOGRABADORES

Nota histórica .........................................234

La grabación magnética .....................235

Grabación lineal contra

grabación helicoidal.............................236

El formato VHS........................................236

Grabación de audio.............................237

Grabación azimuthal ............................237

El track de control y

los servomecanismos.............................238

El sistema de control .............................239

Algunas características de las

videograbadoras modernas................239

Manejo remoto ......................................239

Grabación no asistida...........................239

Sistema de autodiagnóstico ................239

Múltiples velocidades

de reproducción ..................................240

Efectos digitales .....................................240

CARGADOR AUTOMATICO DE BATERIA....240

Cupón Nº 15Guarde este cupón: al juntar 3 deéstos, podrá adquirir uno de los

videos de la colección por sólo $5

Nombre: ____________________para hacer el canje, fotocopie estecupón y entréguelo con otros dos.


INTRODUCCIÓN

La parte final de todo receptorde radio transistorizado es unaetapa de salida de audio, quepuede presentar diversas configu-raciones, según el modelo y laépoca de su fabricación.

Los tipos de defectos que apa-recen en estas etapas de salida yel procedimiento para su localiza-ción y reparación dependen evi-dentemente de las configuracio-nes.

Iniciamos entonces este análi-sis de las configuraciones más co-munes, además de algunos "con-sejos" sobre lo que puede ocurriren cada una y cómo descubrirlo.

Como ya dijimos, para la loca-lización fácil de los defectos el lec-tor podrá contar con dos recursosmuy importantes en los que hayque pensar como "inversión" parasu taller (figura 1):

a) El multímetro, y b) el inyector de señales.

PRIMERA CONFIGURACIÓN

La configuración más sencillade salida que se encuentra en ra-dios transistorizadas es la que em-plea sólo un transistor con transfor-mador de salida, como muestra lafigura 2. Esta es una etapa de sali-da en clase A en la cual se dan lastensiones que se encuentran enlos diversos puntos cuando la ali-mentación de la radio se hacecon 4 pilas, o sea, 6V.

Estas tensiones se miden con elmultímetro en la escala más bajade tensión que permite la lecturade los valores indicados y conec-tándose la punta de prueba ne-gra a masa o referencia de la ra-dio que es, en este caso, el polo

n e g a t i v odel soportede las pilas.

O b s e r -vamos queexisten al-gunas ra-dios en quela referen-cia se haceen relaciónal positivode la fuen-te, o sea,d e b e m o sconectar alpositivo de lafuente la pin-za roja y me-dir en lospuntos indi-cados con lapunta negra(figura 3).

El lectorpuede sabereso por eld i a g r a m ade la radio,que sueleaparecer enla parte tra-sera de la

Capítulo 15

227

Figura 1

Capítulo 15

Reparaciones en Etapas de Salida de Audiode Radio a Transistores

Figura 2

Figura 3

caja, según la batería sea repre-sentada con el polo positivo o ne-gativo a masa (figura 4). En lasmediciones es importante que:

Para el negativo a masa:

a) La tensión de emisor deltransistor debe ser bastante alta,casi del mismo orden que la ten-sión de alimentación o algunosvolt más baja.

b) La tensión de base debe seraproximadamente 0,2V más bajaque la tensión de emisor.

c) La tensión de colector debeser bien baja, casi cero volt, o po-co más en vista de la resistenciadel transformador de salida.

¿Qué tipo de anormalidadespueden ocurrir verificables por lamedición de la tensión?

-La tensión de base es igual ala de emisor: en este caso tene-

mos un transistor encorto, o bien puedehaber interrupción delbobinado secundariodel transformador dri-ver (T1).

La tensión de base y de emisorson anormalmente altas, muchomás altas que la esperada en elesquema: en este caso podemossospechar que el transformador seencuentra abierto. Si la tensión decolector también fuera alta estoestará confirmado.

Otro problema que puedeocurrir con una radio de este tipoes el exceso de consumo acom-pañado con la distorsión del soni-do.

Esto puede ocurrir en vista dela alteración del valor de los resis-tores de polarización de base. Lareducción del resistor de 1kΩ nor-malmente reduce el consumo ycon cuidado el reparador puedellegar a un valor que también re-sulte en un sonido sin distorsión, sinafectar mucho el volumen.

Los problemas con los capaci-tores normalmente vuelven el soni-

do muy agu-do o grave,según el caso.Los valores in-dicados enohm para lostransformado-res indican lar e s i s t e n c i aque debenp r e s e n t a rcuando se losprueba con elmultímetro. Es-tos valores,evidentemen-te, varían deradio a radio,pero ofrecenuna indica-ción aproxi-mada a loslectores.

La falta desonido en unaradio que ten-ga esta etapapuede signifi-car no sólop r o b l e m a scon los com-ponentes en

sí, sino también con el parlante,que debe ser probado. El inyectorde señales puede ser usado de lasiguiente manera en esta etapa:

Se inyecta la señal en la basedel transistor y se conecta el termi-nal de tierra al punto común, co-mo muestra la figura 5.

Si la reproducción fuera distor-sionada o no existiera, debe verifi-carse el transistor, los componen-tes de polarización y también elparlante. Para el transformadordriver y salida, la prueba de conti-nuidad puede revelar problemas.Para el parlante, el lector debehacer la prueba de la sustitución,que consiste en tener un parlantede prueba para conectar en su lu-gar, en caso que sospeche de es-te componente, provisoriamente.

SEGUNDA CONFIGURACIÓN

Una segunda configuración,bastante común, es la que llevados transistores unidos en clase B,con transformador de salida, co-mo muestra la figura 6.

Esta etapa exige tanto transfor-mador driver con toma central desecundario como salida con tomacentral en el primario.

Vea el lector que cada transis-tor opera simétricamente en rela-ción al otro, lo que significa quelas tensiones en cada uno debencorresponder; esto facilita el des-cubrimiento de eventuales proble-mas con un multímetro.

En la misma figura mostramoslas tensiones de una etapa típicade este tipo en que tenemos elpositivo a masa.

El multímetro debe tener lapunta roja conectada al polo po-sitivo de la batería mientras que lapunta de prueba negra se apoyaen los puntos en que se deseaanotar las tensiones.

Las tensiones de base, colectory emisor deben ser absolutamenteiguales en una etapa de este tipoque esté buena.

Los transistores más comunespara estas etapas son los mismosde la anterior, pero con la diferen-cia que son componentes “apa-reados” (transistores de idénticascaracterísticas pero uno es PNP yel otro es NPN). Este hecho es im-

Reparaciones en Etapas de Salida de Audio de Radio a Transistores

228

Figura 6

Figura 4

Figura 5

portante, pues al cambiar uno, sedebe normalmente cambiar tam-bién el otro, aunque esté bueno,para mantener el "equilibrio". Si secambiara uno solo, la radio podrápresentar problemas.

Observación: el lector que pre-tende especializarse en repara-ciones debe adquirir esquemas delas radios y minicomponentes máscomunes, que existen en publica-ciones especializadas. Estos es-quemas traen las indicaciones detodas las piezas, además de infor-maciones importantes para el re-parador, como las tensiones en lospuntos principales y los procedi-mientos para ajustes.

Las anormalidades que pue-den ocurrir en una etapa de estetipo son:

-Distorsión del sonido ocasiona-da por la quema de uno de lostransistores, que puede ser locali-zada por la medida de tensión ensus terminales.

-Falta de sonido ocasionadopor la interrupción de los bobina-dos de uno de los transformado-res. Esto puede ser indicado por lamedición de la continuidad.

-Exceso de consumo ocasiona-do por la alteración de caracterís-ticas de los transistores. Este pro-blema puede ser resuelto por la al-teración de valor del resistor de4k7 que debe ser aumentado, sinque, sin embargo, se llegue alpunto en que se evite la distorsión.

Para medir el consumo de unaradio, el procedimiento es el quemuestra la figura 7.

Se coloca una pequeña hojade papel entre el polo positivo dela pila (última) y el soporte, de mo-do de interrumpir la corriente. Des-pués se apoyan las puntas deprueba, una en una pila y la otraen el contacto con el multímetroen la escala apropiada de mA(Dc mA).

Consumos normales para ra-dios de dos pilas se sitúan entre 10y 50mA mientras que para radiosde 4 pilas pequeñas este consumopuede llegar hasta 100mA con elvolumen máximo. En reposo, lascorrientes son bastante más bajas.

Así, para una radio de 2 pilas

pequeñas, la corrientecon mínimo volumenno debe superar 10mAy lo mismo ocurre parauna de 4 pilas peque-ñas.

TERCERA

CONFIGURACIÓN

Esta es una configu-ración más moderna,que se encuentra enradios más recientes, yhace uso de dos tran-sistores complementa-rios, como muestra lafigura 8. Los transistores normal-mente usados en este circuito sonde silicio, y uno es NPN mientrasque el otro es PNP.

En esta configuración la impe-dancia de salida obtenida es bajay el transformador de salida se eli-mina. El sonido es llevado directa-mente al parlante por medio deun capacitor electrolítico de altovalor.

Los dos diodos en las bases delos transistores funcionan comopolarizadores y estabilizadores. Elresistor en la base del primer tran-sistor determina la corriente de re-poso del circuito que normalmen-te debe quedar por debajo de los10mA en radios comunes.

Es fácil para el lector identificaruna radio quetenga esta salida,porque no tene-mos el transforma-dor, y los transisto-res de salida sondiferentes. Parescomunes son elBC327 y BC337, obien BC237 yBC547. Para tran-sistores japoneses(antiguas) pode-mos citar parescomo el 2SB77 y2SD77.

En este caso,las tensiones en-contradas en losterminales de lostransistores no sonlas mismas, pueslos mismos traba-jan simétricamen-

te, pero no en relación a la fuente.La simetría es en relación a la se-ñal, ya que cada uno amplifica lamitad del ciclo de la señal.

Los problemas que puedenocurrir con una etapa de este tiposon:

-Distorsión, cuando uno de lostransistores de salida tiene algúnproblema. Este defecto puede serdeterminado por la medición detensiones de acuerdo con el dia-grama de cada aparato.

En nuestra figura ejemplo, mos-tramos las tensiones de un circuitotípico que servirán de orientaciónal lector. Vea qué tensiones de ba-se, diferentes de la tensión de emi-sor en valor, que no esté cerca de0,6V para transistores de silicio o

Capítulo 15

229

Fig. 7

Figura 8

de 0,2V para transistores de ger-manio, indican problemas con es-te componente.

-Falta de sonido, que es oca-sionada por problemas con el par-lante o el capacitor electrolítico.La "quema" del electrolítico puedellevar a uno de los transistores a unesfuerzo que culmina tambiéncon su deterioro.

Está claro que la "quema" delelectrolítico se refiere a que se po-ne en corto cuando, retirado elparlante del circuito, medimosuna resistencia nula entre sus ter-minales.

La prueba con el inyector deseñales debe ser hecha en lospuntos indicados y la reproduc-ción no se hace con volumenigual en los dos casos, pues cadatransistor presenta característicasdiferentes de operación, por loque su uso debe hacerse concautela. Es importante en la susti-tución de componentes de estecircuito que los transistores tenganlos mismos tipos que los originales.

REPARACIÓN CON MULTÍMETRO

El multímetro o bien VOM (Volt-Ohm-Miliamperímetro) es un instru-mento que permite medir las tresmagnitudes básicas de la electri-cidad, o sea tensiones (volt), resis-tencias (ohm) y corrientes (miliam-peres). El estudiante de este cursoya conoce cómo emplearlo, peroa los fines prácticos no viene malun repaso.

Los tipos pueden variar bastan-te según el costo, pero el mejormultímetro es el que reúne las si-guientes características:

- Mayor sensibilidad dada enmayor número de ohms por volt(esta característica nos dice hastaqué punto podemos confiar en elinstrumento sin que el mismo inter-fiera en la magnitud medida).

- Facilidad de uso y transporte.

Los multímetros que tengan(sensibilidades) de más de20.000Ω por volt en las escalas detensiones continuas y que poseanpor lo menos 2 ó 3 escalas de resis-tencias y de corrientes.

Con un multímetro deeste tipo, con facilidadse pueden localizar mu-chos problemas en ra-dios transistorizadas.

Pero, claro, si el lectortiene los medios necesa-rios, o realmente preten-de dedicarse a las repa-raciones profesionalmen-te, entonces puede in-vertir más dinero en unmultímetro electrónico(con FET en la entradaque garantiza 22MΩ desensibilidad) o incluso digital.

Los multímetros comunes po-seen una llave selectora que eligeaquello que se medirá, o sea,

cuál es la escala válida, y ade-más de esto, dos orificios para co-locar los pines de las puntas deprueba.

Existen aquellos que en lugarde una llave selectora, poseenagujeros para las puntas de prue-ba que se eligen de acuerdo conlo que se desea medir (figura 9).

Pero lo importante es colocarla llave (o las clavijas de las puntasde prueba) en la posición ade-cuada para la medición realiza-da. Si colocamos la llave en la po-sición de medir corriente y luegomedimos tensión (la manera deconectar el aparato a prueba esdiferente) ¡su instrumento puedeincluso quemarse!

Por este motivo, si el lector to-davía es inexperto, no intente an-dar midiendo cosas que no saberealmente qué son, pues esto pue-de arruinar su (costoso) instrumen-to. En las radios transistorizadas, laspruebas principales se pueden ha-cer solamente con la escala detensiones y resistencias. Las tensio-nes medidas son cotinuas y las re-sistencias siempre se hacen con elaparato desconectado, o sea,con la alimentación de la radiodesconectada.

Una medición sehace siempre apo-yando las puntas deprueba del multíme-tro entre los puntosdel circuito en cues-tión, como muestrala figura 10.

Como las radiosson alimentadas por

corriente continua (pilas), se debeobservar la polaridad de las pun-tas. Esto es fácil: si al apoyar laspuntas de prueba en el lugar laaguja indicadora tiende a mover-se hacia la izquierda y no hacia laderecha como es normal, en lasescalas de tensión y corriente,basta invertir las puntas.

CÓMO MEDIR TENSIONES

EN UNA RADIO

La medición de tensiones endiversos puntos de una radio pue-de revelar fácilmente problemasde funcionamiento. Para ello, enprimer lugar, debemos elegir unaescala de tensiones en el multíme-tro DC Volt en que el valor máximoencontrado en la radio, dado porlas pilas, se pueda leer. Por ejem-plo, si la radio lleva 4 pilas, debe-mos elegir una escala que tengasu máximo en más de 6V (10V, porejemplo).

Después, mediante el diagra-ma de la radio procuramos sabersi tiene el polo positivo o el negati-vo de las pilas tomado como refe-rencia. Esto también es fácil, puesen el diagrama basta buscar cuálde los polos va al símbolo de tierra,en la fuente, o cuál de los polos vaa la línea de referencia comomuestra la figura 11.


230

Figura 9

Figura 10

De un modo general, tambiénpodemos decir que las radios queusan transistores NPN tienen el ne-gativo como referencia, y las queusan transistores PNP, en su mayo-ría, tienen como referencia el posi-tivo. En el caso del negativo comoreferencia, conectamos de modopermanente, con una pinza coco-drilo, la punta de prueba negra en

el polo negativo del so-porte de las pilas y des-pués vamos apoyandola punta de prueba rojaen los puntos en quedeseamos saber la ten-sión. Para el caso depositivo como referen-cia es la punta de prue-ba roja que se fija en elpolo positivo del sopor-te de las pilas y la negrase usa para las medicio-nes.

Pero… ¿qué medir?Los principales pun-

tos de medición de ten-sión que pueden reve-lar muchas cosas enuna radio que no fun-ciona son los terminalesde los transistores. No espreciso recordar que lostransistores tienen tresterminales y que por lotanto son tres las medi-ciones a hacer.

Los valores de las tensiones en-contradas, aunque sea en transis-tores de etapas diferentes, tienenciertas relaciones que se mantie-nen constantes, de modo que lasanormalidades pueden ser detec-tadas con cierta facilidad.

Tomamos inicialmente comoejemplo un transistor NPN, en unaradio que tenga por polo de refe-rencia el negativo.

Los valores típicos en dos casosaparecen en la figura 12.

En el primer caso, el transistortiene el emisor conectado direc-tamente a la referencia y por lotanto la tensión medida en esteelemento debe ser obligatoria-mente nula. La tensión de base,dependiente del tipo de transistor,tendrá que estar entre 0,2V para

los transistores de germanio, y 0,6Vpara los de silicio. Si la tensión estápor debajo de estos valores (nula),probablemente el transistor estáen corto, y si estuviera por arriba,está abierto.

En el segundo caso, existe unresistor en el emisor del transistor,de modo que la tensión en esteelemento ya no será nula, perodebe tener un valor bajo, del or-den de 2V como máximo, segúnla tensión de alimentación de laradio. De cualquier manera, latensión de base debe ser de 0,2Va 0,6V mayor que la tensión halla-da en el emisor. En caso que estono ocurra, los problemas son losmismos que en el caso anterior:tensiones iguales en el emisor y labase indican un transistor en cor-to, y tensión muy alta en la base,un transistor abierto. Una tensiónanormalmente alta en el emisor,del mismo orden que la tensión decolector, puede también indicarque el resistor de emisor estáabierto.

Para el caso de los transistoresPNP, las lecturas son "invertidas", yaque entonces la tensión de baseserá más baja que la tensión deemisor. ¡Vea sin embargo que, co-mo estamos ahora con la referen-cia en el polo positivo de las pilas,las lecturas son las mismas!

Para la tensión de colector, és-ta debe ser siempre la más alta. Sifuera anormalmente alta, del mis-mo orden que la de la fuente dealimentación, cuando no haya enel colector una carga de resisten-cia elevada, entonces el transistorpuede estar abierto (figura 13).

Si la tensión de colector estu-viera con un valor bajo, del mis-mo orden que la tensión de basey de emisor, el transistor estará encorto.

Capítulo 15

231

Fig.13

Figura 11

Figura 12

Los circuitos integrados de laserie 78XX son reguladores pro-yectados para tensiones de sa-lidas fijas y positivas. Lo que mu-chos no saben, es que las apli-caciones de estos componen-tes no se limitan solamente a es-ta finalidad y en este capítulo

presentamos una serie de cir-cuitos que usan estos CIs y mos-tramos varias ideas prácticas im-portantes.

Toda fuente de alimentaciónestá formada por etapas y lasprincipales son: transformación,

rectificación, filtrado y regula-ción.

La etapa de regulación, po-see diversas configuraciones, de-pendiendo de cada aplicación.Entre estas configuraciones tene-mos las que hacen uso de los in-tegrados reguladores de tensión,

Reguladores Integrados de la Serie 78XX

con salida fija en tensión negati-va o positiva.

La familia 78XX consiste en CIsreguladores positivos, mientrasque la serie 79XX trabaja con va-lores de tensiones negativas en susalida.

La tabla I muestra los valoresde tensión mínima y máxima deentrada para los CIs de la serie78XX. El valor de tensión reguladaestá dado por los dos últimos nú-meros.

Recordamos que los elemen-tos de esta familia poseen pro-tección interna contra sobreca-lentamiento y sobrecargas, ade-más de no necesitar componen-tes adicionales para realizar el re-

gulado. En la figura 1,se presenta el diagra-ma de bloques de uncircuito integrado re-gulador de tensiónque consiste en:

- Elemento de refe-rencia: que proporcio-na una tensión de re-ferencia estable cono-cida.

- Elemento de inter-pretación de tensión:

que muestra el nivel de tensiónde salida.

- Elemento comparador: quecompara la referencia y el nivelde salida para generar una señalde error.

- Elemento de control: quepuede utilizar esta señal de errorpara generar una transformaciónde la tensión de entrada y produ-cir la salida deseada.

Agregando algunos compo-nentes externos, podemos alteraresa configuración interna del CI,y así aumentar sus aplicaciones.Observe entonces:

1. REGULADOR DETENSIÓN PATRÓN

La aplicación más usada encircuitos utilizando CIs 78XX es lade la figura 2.

La tensión de salida dependedel circuito integrado utilizado yla corriente máxima para cual-quier CI de esa serie es de 1A. Elcapacitor C1, filtra la tensión delrectificador, mientras que el ca-pacitor C2, desacopla la alimen-tación.

2. REGULADOR FIJO CONMAYOR TENSIÓN DE SALIDA

En caso de que el lector de-see montar una fuente de 12V,pero en su banco de trabajo sóloexistan CI 7805...

¿qué puede hacer?Sencillo: basta colocar un ele-

mento que provoque una caídade tensión, como muestra la figu-ra 3.

De esta forma, la tensión desalida será la suma de la tensión

regulada por el CI (Vreg) más lacaída del componente.

El valor del resistor está calcu-lado por la siguiente fórmula:

Vs - VregR = —————

5

Donde:Vs = tensión de salida desea-

daVreg = tensión de salida del re-

guladorR = resistor en kΩ

Para el ejemplo dado, el valorobtenido para R fue de 1,4kΩ. Elvalor comercial más cercano esel de 1,2kΩ.

En caso de que la corrienteconsumida sobrepase los 500mAes conveniente colocar el CI enun disipador de calor adecuado.

3. AUMENTANDO LA TENSIÓNDE SALIDA CON ZÉNER

En caso de que el resistor seasustituido por un diodo zéner, latensión de salida aumentará deacuerdo con la tensión del mismo(figura 4).

Este mismo razonamiento seaplica con diodos rectificadorescomunes, según muestra la figura5.

Por el hecho de que la tensiónde entrada excede el límite so-portado, el circuito no es a prue-ba de cortos.

4. TENSIÓN DE SALIDA AJUSTABLECON CI REGULADOR FIJO

En la figura 6, tenemos un cir-cuito de comportamiento supe-


232

Figura 1

Tabla I

CI Tensión(V) de entrada

Regulador Mínima Máxima

7805 7 25

7806 8 25

7808 10 25

7810 12 28

7812 14 30

7815 17 30

7818 20 33

7824 26 38

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

rior en lo que atañe a regulación.Observe que la configuración esla misma que la de la figura 3,con el agregado de un potenció-metro. De esta forma podemosvariar la tensión de salida, desdela tensión de regulación del CI(Vreg) hasta el valor máximo, da-do por la fórmula:

Vreg . P1Vs = Vreg + ————— + Iq . P1

R1 + P1

Donde: R1 < Vreg / 3.Iq

Vreg = tensión de salida delregulador

R1 y P1 = resistor y potenció-metro en ohm.

Iq = corriente en reposo.

El parámetro Iq es denomina-do corriente en reposo de ope-ración, y generalmente, está enla banda de los 3mA a los 10mA.La misma es la corriente que flu-ye de la entrada hacia el termi-nal común del CI y varía paracada regulador (normalmentese torna 5mA).

5. FUENTE DE CORRIENTE FIJA

Hay casos en que necesita-mos una corriente constante, co-mo un cargador de baterías, porejemplo. Sabemos que el CI po-see una tensión constante de sa-lida (Vreg). Si agregamos un re-sistor tendremos una corrientesiempre fija en la salida (figura 7).Para la fuente de corriente delejemplo dado, la fórmula paracalcular el valor de Is es:

Vreg Is = ————— + Iq

R

Para el CI 7805, el manual in-dica una corriente de reposo de4,2mA.

6. FUENTE DE CORRIENTEAJUSTABLE

En caso de que sea necesa-ria una corriente ajustable en lasalida, utilice el circuito de la fi-gura 8. La corriente de salidamáxima y mínima se calcula porla fórmula:

Vreg Ismáx = ——— + Iq

(R+P)

Vreg Ismín = ——— + Iq

R

El control del ajuste de corrien-te se hace por el potenciómetro,

cuyo valor se calcula en funciónde la banda de valores de co-rriente.

7. CÓMO AUMENTAR LACORRIENTE DE SALIDA

La manera más simple de am-pliar la capacidad de corrientede salida de un CI78XX es la de lafigura 9. En el ejemplo utilizamosel CI7818, pero la idea sirve paratodos. El resistor de potencia enparalelo como el CI, auxilia en laconducción de corriente. Recor-damos que los capacitores C1 yC2 filtran y desacoplan la alimen-tación, respectivamente.

8. REGULADORES 78XXEN PARALELO

Otra sugerencia muy intere-sante aparece en la figura 10. Porel hecho de que los CIs están enparalelo, tenemos la corriente di-vidida y con esto una mayor pro-visión de corriente del sistema. Losdiodos D1, D2 y D3 aíslan las en-tradas de los reguladores, mien-tras D4, D5 y D6 provocan la caí-da de tensión para compensar lade entrada.

Aconsejamos el uso de, comomáximo, cinco CIs en esta confi-guración para evitar inestabilida-des en el circuito. La capacidadde corriente para este ejemplo esde 3A.

9. REGULADOR DETENSIÓN FIJO DE 7A

Con auxilio de un transistor depotencia, podemos aumentar to-davía más la capacidad de co-rriente de salida de un CI de estaserie (figura 11).

Así, para la corriente de hasta4A sugerimos el uso de un transis-tor TIP 42. Para corrientes superio-res (hasta 7A), el transistor em-pleado debe ser el MJ2955 o el2N2955. La tensión de salida estáfijada por el CI, y los transistoresdeben ser colocados en disipa-dores de calor apropiados parael volumen de corriente deseado.Como aplicación recomenda-mos el uso en fuentes de alimen-tación para amplificadores de

Capítulo 15

233

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Figura 10

automóviles, en cuyo caso el CIdebe ser el 7812.

10. REGULADOR DE 7A CONPROTECCIÓN CONTRA CORTOS

En los circuitos propuestos, encaso de que hubiera un cortocir-cuito en la salida, ciertamente elCI y el transistor (si se lo hubierautilizado) se quemarían.

La figura 12 ilustra un circuitoque impide que esto ocurra. Enfuncionamiento normal, Q2 pro-porciona la corriente de salida,

juntamente con el CI.El resistor R1 es el sensor de co-

rriente de cortocircuito y es cal-culado por la fórmula:

0,7R1= ————

Icc

Donde:R1 = resistor en ohmIcc = corriente de cortocircui-

to en amperes0,7 = corresponde a la tensión

base-emisor del transistor Q1 utili-zado.

Para calcular el valor de R1,basta sustituir el valor máximo decorriente del circuito.

11. REGULADOR AJUSTABLEUTILIZANDO CIS 7805 Y 741

Hay aplicaciones en que ne-cesitamos una mejor regulaciónen la salida.

La figura 13 muestra un ejem-plo de regulador con tensión desalida ajustable desde 7V hasta20V.

Para este caso la tensión desalida es siempre regulada de unvalor mayor que 2V de la tensiónde regulación del CI hasta un va-lor máximo dado por la tensiónde entrada del CI.

Por ejemplo, si en lugar del7805, hubiéramos utilizado el7815, tendríamos una variaciónentre 17V a 20V o más, depen-diente del valor de la tensión deentrada.

Recordamos que el CI7824 nopuede ser utilizado en esa confi-guración, porque el 741 podríaquemarse, ya que estaríamos tra-bajando con más de 25V.

12. FUENTE DE TENSIÓNSIMÉTRICA UTILIZANDO CI 78XX

Observe que en la figura 14,usamos nuevamente el 741 queen este caso actúa como un divi-sor de tensión, juntamente con losresistores R1 y R2. A pesar de quelos reguladores trabajan con ten-siones positivas, creamos una re-ferencia negativa con el amplifi-cador operacional y así obtene-mos tensiones positivas y negati-vas en relación a tierra.

La diferencia entre la tensiónde salida positiva y negativa de-pende de la tensión de off-set del741, con valores típicos entre 1mVy 5mV.

Los capacitores C1, C2, C3 yC4 filtran la corriente alterna quepudiera existir y C5 hace un aco-plamiento entre la entrada inver-sora (pin 2) y la salida de CI-3 (pin6).

Cualquier regulador puede serusado, con excepción del 7824,debido a los límites de tensión delamplificador operacional. Finali-zando, solamente para tener unaidea, cada uno de estos circuitosintegrados está compuesto inter-namente por 2 capacitores cerá-micos, 3 diodos zéner, 26 resistoresde polarización y nada menosque 24 transistores.


234

Figura 11

Figura 12

Figura 13

Figura 14

Funcionamiento de los VideograbadoresINTRODUCCIÓN

Un videograbador es una má-quina electrónico-mecánica dise-ñada para reproducir y grabar se-ñales de video compuesto en cin-ta magnética.

En términos generales, los pro-cesos que se llevan a cabo para lalectura de la información grabada

en cinta son (figura 1): recupera-ción de la información previamen-te grabada; separación de lasbandas correspondientes a lumi-nancia y color; manejo de la señalde luminancia y demodulación,para obtener nuevamente la señalde blanco y negro; manejo de laseñal de croma para elevar su fre-cuencia al estándar de 3,58MHz;

mezcla de ambas señales y expe-dición de las mismas, ya sea direc-tamente por las terminales de vi-deo o a través del modulador deRF hacia el televisor.

Y al contrario, los procesos quese efectúan para grabar las seña-les de video compuesto son: sinto-nía de la señal de TV, demodula-ción y obtención de las señales de

luminancia y croma, manejos indivi-duales a cada una de éstas, mez-cla de ambas señales debidamen-te procesadas y grabación en lacinta magnética.

Los conceptos de la grabaciónmagnética datan de finales del si-glo pasado y fueron descritos enforma teórica por Oberlin Smith, en1888. Unos años más tarde, en1898, el inventor danés ValdemarPoulsen patentó el primer grabadormagnético de sonidos.

Los primeros aparatos utilizabancomo medio de almacenamientoun alambre de acero, aunque pos-teriormente se experimentó con eluso de una cinta metálica y luegode celulosa, dando origen en 1936al magnetófono, el cual sentó labase de toda una generación demedios basados en cinta (las popu-lares grabadoras de carrete abier-to). Pero, sin duda, el factor quemarcó el despegue de las cintasmagnéticas como medio popularde distribución y almacenamientode audio, fue el desarrollo del case-te, introducido por Philips en 1964,pues gracias a este dispositivo elusuario no tenía que enhebrar lacinta manualmente (como sucedíacon los carretes), ni ésta quedabasujeta a los maltratos propios delambiente.

En el campo del video, tambiénse hicieron diversos experimentospara la grabación de programasde TV en cinta magnética; sin em-bargo, por distintas dificultades tec-

nológicas y por su elevado costo,durante mucho tiempo estos apa-ratos estuvieron dedicados exclusi-vamente a grandes corporacionesteledifusoras. Fue hasta mediadosde los 70, cuando dos compañíaspresentaron con pocos meses dediferencia, un par de sistemas quereunían las prestaciones y el precioadecuados para llevar a la video-grabación a niveles de consumomasivo: el formato Betamax deSony y el VHS de JVC (éste es el queprevalecería, al desplazar definiti-vamente al Betamax, que fue el pri-mero en salir al mercado).

LA GRABACIÓN MAGNÉTICA

Desde hace muchos años sevienen descubriendo las propieda-des electromagnéticas de ciertosmateriales (se atribuye a los griegosel descubrimiento de la electrici-dad estática y de los primeros ima-nes naturales); sin embargo, fue enel siglo XIX, cuando el físico inglés,Michael Faraday descubrió la estre-cha relación que existe entre laelectricidad y el magnetismo.

Faraday descubrió que cuandose hace circular una corriente eléc-trica a través de las espiras de unabobina de alambre, en su núcleose forma un campo magnético cu-ya intensidad es proporcional a lacorriente aplicada (figura 2A). Tam-bién descubrió que si en una bobi-na se introduce un imán en cons-tante movimiento (aplicando así uncampo magnético variable), elcampo induce en las espiras de labobina un voltaje, es decir, en su sa-lida se obtiene una señal eléctricaproporcional a la variación delcampo magnético en su interior(figura 2B).

Por otra parte, existen materia-les que tienen la propiedad de al-macenar campos magnéticos portiempo indefinido; es decir, si seaplica un campo magnético en di-

chos materiales, éstos quedanimantados en proporción a la inten-sidad del campo aplicado. Precisa-mente, combinando los fenómenosdescubiertos por Faraday con losmateriales susceptibles de imanta-ción, es que se logra la grabaciónen cinta magnética.

Para llevar a cabo este procesode grabación/reproducción, es ne-cesario un dispositivo muy particu-lar: una cabeza magnética. En lafigura 3 se muestra la estructura deeste elemento; puede apreciar quese trata de un toroide de materialferromagnético (una variedad es-pecial de ferrita), rodeado por unabobina. En un punto de este toroidese ha introducido una discontinui-dad no-magnética a la que se dael nombre de gap, y cuya funciónse muestra en la figura 4A.

Note que cuando comienza acircular una corriente a través de labobina, se forma en el interior deltoroide un campo magnético in-tenso, que trata de seguir una tra-yectoria circular; sin embargo, alllegar al gap, no puede seguir sucamino en línea recta, por lo que elcampo tiene que “brincar” la dis-continuidad. Así, el campo magné-tico abandona por breve tiempo altoroide de ferrita y se transmite porel aire.

Si se coloca una cinta con ma-terial ferromagnético frente delgap, al aplicar corriente en la bobi-na, el campo magnético generadoen el interior del toroide tiende aconcentrarse en la cinta (figura 4B).De esta manera, es posible aplicarun campo muy concentrado enpuntos específicos; y como el cam-po magnético generado es propor-cional a la corriente que circula porla bobina, con este sencillo ele-mento se puede aplicar en la cintauna inducción de amplitud contro-lada, pasándola lentamente frentea la cabeza. Así, a lo largo de la

Capítulo 15

235

Figura 2

Figura 1

Figura 3

propia cinta se van almacenandocampos de magnitud variable se-gún la intensidad de la corrienteeléctrica, que a su vez correspondea una información específica (figu-ra 5).

Para recuperar o dar lectura ala señal grabada en la cinta, se uti-liza la misma cabeza magnética,pero ahora actúa como elementoreceptor. En tal caso, se hace pasarfrente a ella la cinta grabada, conlo que los campos magnéticos al-macenados se transmiten hacia elnúcleo de ferrita e inducen un vol-taje en las espiras del bobinado.Ahora no se le aplica corriente al-guna, sino al contrario, se colocaun monitor para captar el voltajeen la salida del bobinado. Comoresultado, en la salida de la cabezamagnética se produce un voltajeproporcional a la intensidad delcampo magnético almacenadoen la cinta, el cual a su vez es pro-porcional a la corriente aplicadadurante la grabación.

GRABACIÓN LINEAL CONTRA

GRABACIÓN HELICOIDAL

Lo que hemos descrito se aplicaen las grabaciones de tipo lineal, esdecir, donde la cinta corre frente auna cabeza magnética fija; en tal

caso, la calidad de la grabaciónque se puede almacenar está es-trechamente relacionada con dosfactores: el ancho del gap y la ve-locidad con que la cinta transcurrefrente a la cabeza.

Para la grabación de señalesaudio, el sistema de cabeza esta-cionaria es adecuado, ya que elancho de banda de los sonidosque puede captar el oído humanose ubica en el rango de 20 a20.000Hz; esto significa que una ca-beza magnética con un gap de untamaño mediano (unas cuantasmicras) y una cinta corriendo a ba-ja velocidad, es capaz de almace-

nar toda la banda sonorasin que se produzca pérdi-da aparente. Por ello, lacalidad del audio que seconsigue con los tradicio-nales casetes es satisfac-toria para las aplicacio-nes de usuario.

Pero cuando se utilizael mismo método para grabar se-ñales de un ancho de banda muyamplio, como la de video com-puesto (que va de 0 a 4,5MHz), sur-gen dificultades. En tal caso, se ne-cesitarían gaps extremadamentepequeños (difíciles de producir) yvelocidades de cinta muy eleva-das, consumiendo grandes canti-dades de cinta.

Como ambos factores son an-tieconómicos, los diseñadores tu-vieron que desarrollar un nuevométodo de grabación que permi-tiera almacenar señales de muy al-tas frecuencias, sin incurrir en estosinconvenientes. Fue así como sedesarrolló el sistema de grabaciónhelicoidal con cabezas rotatorias.

Este método se basa en un me-canismo con las siguientes caracte-rísticas: las cabezas de grabación-/reproducción se montan sobre untambor rotatorio, el cual gira a altavelocidad. La cinta, a su vez, rodeaal tambor en una trayectoria ligera-mente inclinada, por lo quela información se graba enuna serie de delgadas líneas(tracks o pistas) inclinadassobre la superficie de la cin-ta (figura 6). De esta mane-ra, aunque la cinta se mue-ve con una velocidad muybaja (unos cuantos centíme-tros por segundo), la veloci-

dad relativa cabeza/cinta es lo su-ficientemente alta para poder gra-bar señales de muy alta frecuen-cia; típicamente, la velocidad rela-tiva es de alrededor de 5 metrospor segundo.

Para lograr una grabación con-tinua de la información, es necesa-rio que la cinta rodee por lo menos180 grados la periferia del tambor, ycomo en este cilindro se montanpor lo menos dos cabezas ubica-das en extremos opuestos, mientraspasa una cabeza grabando infor-mación, la otra estará pasando porla porción que no está rodeada decinta, pero cuando la primera ca-beza está a punto de abandonar lacinta, la cabeza contraria apenasestará entrando a la porción decinta (figura 7).

EL FORMATO VHS

Expliquemos ahora el formatoVHS, enfatizando el aspecto de susparámetros operacionales y sus di-mensiones físicas.

En este formato se utiliza untambor de cabezas con un diáme-tro de aproximadamente 6 cm, gi-rando con una velocidad de 1800RPM, es decir, el tambor da 30 vuel-tas por minuto. Una de las caracte-rísticas principales del estándarNTSC (el que rige las transmisionestelevisivas en la mayor parte deAmérica, aunque en Argentina utili-zamos el PAL), es que las imágenesde TV se forman con 60 campos en-trelazados por segundo, o sea, 30cuadros completos en el mismolapso; por lo tanto, en cada revolu-ción del tambor de cabezas, segraba un cuadro completo, uncampo por cabeza. En PAL tene-mos 50 campos y 25 cuadros.

Gracias a este arreglo, es posi-ble que la transición inevitable quese forma cuando se hace la con-mutación entre una cabeza y otra,


236

Figura 4

Figura 6

Figura 5

Capítulo 15

237

pueda ubicarse, por ejemplo, enlas 16 líneas en blanco que apare-cen después del pulso de sincroníavertical, presentando así al espec-tador una imagen siempre clara ynítida.

Y para conseguir que la cintarodee poco más de la mitad de laperiferia del tambor de cabezas,en el formato VHS se recurre a unenhebrado conocido como “tipoM”, debido al trayecto que sigue la

cinta una vez colocadaen su posición correcta(figura 8). Para ello, el ca-sete posee unas cavida-des en donde entran sen-dos postes que, una vezdetectado que está en suposición adecuada, ex-traen la cinta de formaautomática, rodeando altambor de cabezas y po-niéndola en contacto conlas cabezas de audio ycontrol. Este procedimien-to automático evita que elusuario tenga que mani-pular de forma directa lacinta, así garantiza mayorvida útil de las películas yuna operación más con-fiable en general.

GRABACIÓN DE AUDIO

La información de au-dio no se graba junto conla de video, sino que se al-macena siguiendo el mé-todo tradicional (una ca-beza fija) en un track linealque se encuentra en la

parte superior de la cinta (figura 9).Debido a este arreglo tan peculiar,y a la baja velocidad con que sedesplaza la cinta magnética, elancho de banda que se puedeguardar en el formato VHS dejamucho que desear; alcanza unmáximo de 15kHz en velocidad SP,la más alta, y cae drásticamente amenos de 10kHz cuando se grabaen velocidad EP, la más lenta.

Para compensar este proble-ma, se han diseñado mé-todos que permiten quela información de audiose grabe utilizando el mis-mo tambor de cabezas.Pero debido a que tantoel ancho de banda de lagrabación en VHS comola superficie de la cinta yaestaban totalmente satu-rados, no quedó más re-medio que idear un siste-ma completamente no-vedoso para conseguirestos objetivos; a este sis-tema se le conoce como“grabación con profundi-dad”.

En este caso un par de cabezasde audio adicionales pasan antesde que se grabe el video y grabancon mucha potencia la informa-ción de audio, de modo que pe-netre profundamente en el sustratode partículas magnéticas. Inme-diatamente después pasa la ca-beza de grabación de video, y bo-rra la grabación de audio que hayen la superficie, colocando ahí losdatos de video, pero dejando in-tacta la grabación en lo más pro-fundo de la cinta (figura 10).

Gracias a este procedimiento,y al uso de avanzadas técnicasque permiten evitar que ambasgrabaciones se interfieran, se con-sigue la grabación de audio en al-ta fidelidad estéreo en formatoVHS, sobrepasando las limitacionesde velocidad que tiene la graba-ción lineal de audio.

GRABACIÓN AZIMUTHAL

La lentitud en el desplazamien-to de la cinta, creó otro problemacon el que tuvieron que enfrentar-se los diseñadores del formato VHS.En el diseño original, cuando segrababa con la velocidad más al-ta, a pesar de la rapidez de des-plazamiento de la cinta, los trackspermanecían los suficientementeseparados entre sí (figura 11A), demodo que al leer la información,las cabezas podían posicionarsesobre su track respectivo sin queexistiera ninguna interferencia delas pistas adyacentes. Sin embar-go, cuando se utilizaron velocida-des de grabación en alta densi-dad, se redujo a la mitad e inclusoa una tercera parte la velocidadde desplazamiento de la cinta,con lo que los espacios entretracks desaparecieron, llegándosea sobreponer ligeramente una pis-ta sobre la otra (figura 11B y C).

Como en la lectura de la infor-mación no era posible separar demanera automática los datos deltrack correcto de los adyacentes,los diseñadores tuvieron que recu-rrir a un truco muy interesante paraeliminar este crosstalk o informa-ción cruzada. En vez de utilizar lastradicionales cabezas magnéticascon un gap completamente verti-cal, se le dio una ligera inclinación

Figura 10

Figura 7

Figura 8

Figura 9

en un sentido para una de las ca-bezas y en el inverso para la otra (fi-guras 12).

Si usted se dedica al servicioelectrónico, habrá notado quecuando a una grabadora se le ma-nipula el azimuth, el audio va per-diendo sus altas frecuencias hastaque el sonido se escucha apaga-do; sin embargo, aún puede escu-charse y reconocerse la melodía,debido a que este cambio de azi-muth afecta principalmente las fre-

cuencias altas, dejandointactas las inferiores. Unasituación similar se pre-senta en la eliminacióndel crosstalk en el forma-to VHS.

Como la señal de vi-deo tiene un ancho debanda de 0 a 4,25 MHz, sise grabara tal cual en lacinta, el cambio de azi-muth podría evitar elcrosstalk en las altas fre-cuencias, pero no en lasbajas; sin embargo, en elformato VHS la señal su-fre una transformaciónantes de ser grabada,proceso que consiste enlo siguiente: primero seseparan sus componen-tes de luminancia y cro-ma, y una vez separados,a cada uno se le da unmanejo especial. La lumi-nancia se modula en fre-cuencia, de modo quepasa a ocupar exclusiva-mente una zona de altasfrecuencias; por su parte,la crominancia se hetero-dina para disminuir su fre-cuencia de portadora,quedando el espectrode la señal grabada co-mo se muestra en la figu-ra 13. Pero como la lumi-nancia se encuentra enuna zona de alta fre-cuencia, la grabaciónazimuthal impide la infor-mación cruzada entretracks adyacentes.

¿Pero qué sucedecon la información decolor?

Para ello se diseñóun sistema muy inge-nioso de rotación de

fase que, en pocas palabras, sebasa en lo siguiente: la fase de laportadora de color va girando 90grados cada línea horizontal, enun sentido para la ca-beza A y en sentidocontrario para la cabe-za B; y una vez que selee la información, pormedio de una serie desumas y restas se consi-gue eliminar práctica-mente toda la interfe-

rencia de los tracks adyacentes(figura 14). Gracias a estos méto-dos, a pesar de que la informaciónde video se encuentre traslapadaen la cinta, la imagen en la panta-lla sigue siendo clara y estable.

EL TRACK DE CONTROL Y LOS

SERVOMECANISMOS

Veamos ahora otros aspectosdel formato VHS. Anteriormentemencionamos que en la parte infe-rior de la cinta corre un track linealque se utiliza para una señal decontrol.

¿Qué es esta señal y para quésirve? La respuesta podemos iniciar-la con otra pregunta:

¿Cómo “sabe” el aparato quelas cabezas están leyendo el trackcorrecto?

Para ello, es necesaria la pre-sencia de una señal adicional quepermita sincronizar el giro de las ca-bezas con el desplazamiento de lacinta; precisamente, dicha señal segraba en el track de control, y tieneun doble propósito: por un lado, in-dica al tambor de cabezas si su fa-se de giro es la correcta (esto es,que la cabeza A pase exactamen-te sobre el track A y lo mismo con lacabeza B); y por otro lado, permiteal sistema determinar con qué velo-cidad fue grabada la cinta original-mente y, en consecuencia, a la ve-locidad que debe desplazarse lacinta frente a las cabezas rotato-rias. Para llevar a cabo estas funcio-nes, es necesaria la operación decomplejos circuitos electrónicosque interactúan estrechamente


238

Figura 11

Figura 13

Figura 12

con un par de motores (de giro decabezas y de desplazamiento decinta). Esta combinación de circui-tos electrónicos y motores da ori-gen a un sistema de servomecanis-mos que, en el caso de los video-grabadores son dos: de drum (tam-bor) y de caps-tan (cabrestante).La operación conjunta de ambosgarantiza que la cinta se desplacesiempre con la velocidad correctay que las cabezas magnéticas leanla información que les corresponde(figura 15).

EL SISTEMA DE CONTROL

Por supuesto que todos estos cir-cuitos y mecanismos tan complejosno podrían funcionar sin la presen-cia de un “cerebro” central que lossupervise; ésta es precisamente lafunción de un circuito digital de al-ta integración, conocido como mi-croprocesador o microcomputa-dora.

Este elemento contiene una se-rie de circuitos lógicos que se en-cargan de monitorear un conjuntode variables externas, como la po-sición del casete, la velocidad delos motores, la activación o desac-tivación de bloques enteros delaparato, etc. Dicho circuito tam-bién se encarga de re-cibir las órdenes delusuario (ya sea queprovengan del tecla-do o del control remo-to) y, dependiendo dela instrucción recibida,de poner en opera-ción los motores nece-

sarios y los circuitos adecuados pa-ra que la videograbadora ejecutelas órdenes del usuario. También seencarga de excitar el display exter-no o del despliegue de datos enpantalla, e inclusive permite pro-gramar el aparato para que se en-cienda automáticamente a deter-minada hora, grabe un programaen un cierto canal y, al concluir lagrabación, se apague del mismomodo.

Como puede apreciar, las ope-raciones que lleva a cabo el siste-ma de control en un videograba-dor son muy variadas. Inclusive, enlos últimos años se han integradofunciones de “autodiagnóstico”; es-to es, la máquina puede detectarcualquier error que aparezca du-rante la grabación o reproducción,y reportarlo al usuario por medio deun código en el display.

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE

LOS VIDEOGRABADORES MODERNOS

Un videograbador actual esmucho más sofisticada que los pri-meros modelos que se presentaronen 1975.

Manejo RemotoLos primeros modelos de video-

grabadoras no incluíancontrol remoto; a lomás que podía aspirarel usuario era un inte-rruptor unido por ungrueso cable al apara-to. En la actualidad, elcontrol remoto inalám-brico es parte funda-mental de toda video-grabadora; de hecho,ya existen en el merca-do múltiples marcasque han reducido elteclado del panel fron-tal casi hasta su desa-parición, de modo quetodo el manejo del

aparato debe hacerse forzosamen-te mediante dicha unidad.

Los modernos controles inalám-bricos utilizan pulsos infrarrojos codi-ficados digitalmente para dar lasinstrucciones a la videograbadora(figura 15); dichos pulsos tienen al-gunas características especialespara cada marca (o incluso mode-lo) de equipo, para no interferir laoperación de otros aparatos cer-canos.

Grabación no asistidaDebido al avance de las técni-

cas de control digital, en las video-grabadoras se han podido incluiravanzados y poderosos microcon-troladores como “cerebro”. Gra-cias a ello, estas máquinas puedenofrecer prestaciones inimaginableshace 20 años.

Por ejemplo, es posible progra-mar la videograbadora para que alllegar determinada fecha y hora seencienda, sintonice un canal, paseal modo de grabación y, una veztranscurrido el tiempo del progra-ma, se apague por sí misma.

Sistema de autodiagnósticoSegún explicamos en la edición

anterior de esta revista, en las mo-dernas videograbadoras ya co-mienza a incluirse un software que

Capítulo 15

239

Figura 14

Figura 15

chequea la máquina durante elarranque y la operación normal delsistema; que además, por mediodel display reporta las anomalíasque llegaran a existir.

Múltiples velocidades de reproducciónOtra de las prestaciones que

muchas videograbadoras moder-nas ofrecen, es la modalidad de re-producción en diversas velocida-des, que van desde una “cámararápida” hasta una “cámara lenta”o inclusive un avance cuadro porcuadro. Lo más interesante de estafunción, es que dichos efectos sellevan a cabo prácticamente sin al-guna interferencia apreciable en laimagen.

Conseguir esto, obligó a los fa-bricantes a la inclusión de sistemascon múltiples cabezas de video(Double-Azimuth 4-Head Video Sys-tem), para que al momento deefectuar los efectos especiales sehaga una rápida conmutación decabezas, de modo que siemprelean su track respectivo.

Efectos digitalesGracias a los avances en las

tecnologías digitales, se han inclui-do ya circuitos para diversos efec-tos en la imagen, incluso en video-grabadoras de precios relativa-mente bajos. Entre los principalesefectos digitales podemos citar lossiguientes: congelación de imagen;

efectos mosaico, zoom, arte pictó-rico, solarización y estroboscopio;transición de secuencias; imagenen imagen (Picture-in-Picture);avance y retroceso “limpios” a dis-tintas velocidades; etc.

Sin entrar en detalles, conviene

mencionar que estos efectos digi-tales se consiguen mediante la digi-talización de la señal de video reci-bida y su almacenamiento tempo-ral en una memoria, para ser mani-pulada por un microcontrolador ex-clusivo. ************************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, pre-parada por el Ing. Horacio D. Vallejo, contando con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio Vallejo y LeopoldoParra Reynada.


EENCICLOPEDIANCICLOPEDIA

VVISUALISUAL COLORCOLOR DEDE

LALA ELECTRONICAELECTRONICA

Cargador Automático de Baterías

Lista de Materiales

CI1 - CA555 - IntegradotemporizadorCI2 - 78L05 - reguladorde tensión de tres ter-minales.D1 a D4 - 1N4148 - Diodosde uso generalL1 - Led de 5 mm colorrojoR1 - 8k2R2 - 10kΩR3 - 220ΩC1, C2 - 0,01µF - capaci-tores cerámicosC3, C4 - 2,2µF x 25V - Ca-pacitores electrolíticos.

TVAUDIO


SSAABBEERR


La Televisión DigitalLa Televisión DigitalLa Televisión Digital

INDICE DEL CAPITULO 16

LOCALIZACION DE FALLAS EN ETAPAS

CON MICROPROCESADORES

Bloques básicos de control

para los µP .........................................244

Fuente de alimentación...................245

Diagnóstico de fallas en la fuente..245

El reset.................................................246

Diagnóstico de fallas en el reset.....246

Reloj del µP.........................................246

Diagnóstico de fallas en el reloj ......247

USOS DEL GENERADOR DE BARRAS

DE TV COLOR

Usos en la salida de RF .....................249

Usos en la salida de FI.......................249

Usos en la salida de video ...............249

Usos en la salidas de sincronismo....249

Usos en el barrido entrelazado

y progresivo........................................249

Funciones y prestaciones

del generador ...................................249

LA TELEVISION DIGITAL (DTV)

¿Qué es la televisión digital?...........252

Conversión analógico/digital..........252

Teorema de muestreo de Nyquist...253

Muestreo, cuantización

y resolución .......................................253

Codificación A/D ..............................253

Recomendaciones CCIR-601 ..........254

Compresión digital............................254

Reducción de datos.........................254

Tipos de compresión.........................255

Transformación ..................................255

Transformación de coseno

discreta (DCT) ....................................255

Cuantización ....................................255

Codificación ......................................255

Método de codificación

Huffman..............................................255

Compresiones de audio...................255

Normas internacionales

de televisión digital ...........................256

Transmisión de TV progresiva

y entrelazada.....................................256

Formatos múltiples.............................256

Comentarios finales ..........................256



Nombre: ____________________para hacer el canje, fotocopie este

cupón y entréguelo con otros dos.


Los microprocesadores fueron in-troducidos al mundo de la elec-trónica en los inicios de la déca-

da del setenta. Desde esa época,hemos testificado la revolución delmicroprocesador. Virtualmente, to-do producto electrónico vendidohoy en día tiene un microprocesa-dor, por lo menos, que opera den-tro de sus circuitos. Por esta razón,es muy importante que cualquiertécnico en electrónica comprendala manera básica de detectar losproblemas en los microprocesado-res. Desde luego, para lograr diag-nosticar cualquier circuito, debe-mos entender cómo funciona unmicroprocesador. La pregunta másimportante concerniente a su fun-cionamiento es: ¿cómo se diferen-cia un microprocesador de otroscircuitos electrónicos? La respuestaa esta pregunta se puede resumirde la siguiente manera: “Un micro-procesador es un circuito electróni-co programable”. Antes de la apa-rición de los microprocesadores, to-dos los circuitos electrónicos erandiseñados para desempeñar unafunción específica; si se requeríauna función diferente, se tenía quediseñar un nuevo circuito.

Los microprocesadores están di-señados para desempeñar ciertostipos de funciones. Para ello, el µP(como lo designaremos de aquí enadelante) debe estar "instruido"acerca de las funciones específicasque deberá desempeñar. Al actode instrucción del µP se le llamaPROGRAMACION.

Para cambiar la función de unµP, deben cargarse nuevas instruc-ciones dentro de él. Esto es muchomás fácil que rediseñar completa-mente un circuito y es la razón delporqué se han vuelto tan popula-res. Esta popularidad ha llevado asu producción masiva, lo que per-mite que el costo por unidad bajeen forma importante.

Los µP pueden ser programados

de diferentes manera. Por ejemplo,el µP de una computadora perso-nal puede programarse tecleandolas instrucciones en su tablero ousando medios de memorias talescomo discos o cintas; el µP utilizadoen los sistemas de control de losproductos electrónicos de consu-mo general, tiene sus programas al-macenados internamente en unamemoria, etc.

Básicamente hay dos tipos dememoria: ROM y RAM. ROM son lassiglas de Read Only Memory, quese puede traducir como "Memoriade Sólo Lectura" y su programa espermanente, es decir, no puede seralterado; en tanto, RAM son las si-glas de Random Access Memory ysu programa puede ser fácilmentealterado. Cuando se aplica ener-gía a un µP, lo primero que hace es"leer" su programa y después reali-zará lo que el propio programa leindicó. A esta acción se le llama"correr un programa".

Cuando un µP corre un progra-ma, sólo puede hacer una cosa ala vez. O sea, cuando desarrollacierta tarea, no desarrollará otrahasta que la primera haya conclui-do. Una manera de ilustrar las ca-racterísticas de un programa y có-mo corre es examinando un pro-grama típico.

Todos los eventos en un µP sevan dando en serie en un ordenexacto.

Si hay un defecto en un pasoque evitara que el µP desarrollealguna de sus tareas, el µP se de-tendrá en ese punto. Cualquier ta-rea desarrollada normalmente des-pués de haber encontrado el de-fecto no se desarrollará y como elµP se ha parado, muchos técnicospiensan que está defectuoso. Debi-do a esto muchos µP son reempla-zados, aunque en realidad estánfuncionando correctamente.

Es muy importante saber lo queel µP debe hacer y el orden para

poder diagnosticar fallas, ya quemuchas causas pueden producirsíntomas que aparentan un µP de-fectuoso.

A los fines prácticos, y comouna primera clasificación paranuestros propósitos, podemos decirque existen 3 tipos básicos de µP:

1) Genéricos2) Dedicados3) De uso específico

Los microprocesadores genéri-cos son los más versátiles y se en-cuentran frecuentemente en com-putadoras personales y en las gran-des computadoras centrales.

De los tres tipos de µP, éstos re-quieren de la mayor programación,lo que les permite ser programadosde diferentes maneras para dife-rentes aplicaciones. Su versatilidadlos hace ideales para el uso en PCs,aunque la necesidad de progra-maciones muy extensas, limita suutilidad en ciertas aplicaciones.

Para que tenga una idea, losantiguos Z80, 6800, 8080 o los mo-dernos Pentium son µP genéricos.

Los microprocesadores dedica-dos son utilizados más frecuente-mente por los usos especiales enproductos electrónicos de consu-mo general. Como su nombre lo in-dica, este tipo de µP es dedicado adesarrollar una función específica.

El µP del receptor SONY STR-AV250 receptor AM/FM es un buenejemplo de un µP dedicado. El µPTMP27C21n-3115 es diseñado porTOSHIBA específicamente paracontrolar un receptor estéreo. Casitodo el programa está contenidoen ROM; la única información con-tenida en RAM es el modo de se-lección y la memoria preajustablede estaciones.

Debido a que la mayoría de lasprogramaciones son almacenadasen ROM, sería muy difícil, si no impo-sible, utilizar este tipo de µP para

Capítulo 16

243

Capítulo 16

Localización de Fallas enEtapas con Microprocesadores

otro propósito. Un fabricante deproductos electrónicos de consu-mo general, por lo regular busca µPdedicados para el sistema de con-trol de sus productos, debido a a sucosto y fácil aplicación. Los µP de-dicados son fabricados por diferen-tes corporaciones. De hecho, exa-minando el prefijo del número deidentificación del circuito integra-do, se puede determinar qué com-pañía lo fabricó. Muchos tambiéntienen impreso el logotipo de lacompañía en los circuitos integra-dos.

En la figura 1 se muestra el dia-grama en bloques de un micropro-cesador típico dedicado.

Los µP fabricados por NEC em-pezaron con las letras UPD(UPD554), HITACHI utiliza el prefijo 40(40614022F), TOSHIBA utiliza TMP(TMP4721N3115). Claro está quemuchos fabricantes hacen sus pro-pios µP y cada uno tiene su propiamarca.

Los µP de uso específico son to-davía más acotados en su aplica-ción que los µP dedicados. Gene-ralmente son diseñados en mode-los únicos o en un grupo de mode-los y no son tan populares comoaquéllos, debido a que son fabrica-dos en pocas cantidades, lo cualeleva su costo.

Estos µP se encuentran con ma-

yor frecuencia en aparatos de ma-yor calidad, los cuales requierenfunciones muy especalizadas.

Conviene mencionar que elprefijo CX es utilizado en todos loscircuitos integrados de SONY deuso específico, aunque no sea µP.

Ya hemos examinado en con-cepto cómo operan los µP, así co-mo otras generalidades. Ahora ne-cesitamos examinar algunos de losaspectos electrónicos del µP.

BLOQUES BÁSICOS DE CONTROL

PARA LOS µP

Los circuitos de sistemas de con-trol de uso doméstico basados enµP, lo utilizan como un interconec-tor entre sus teclas de mando y loselementos controlados. Basado enel programa almacenado en ROM,el µP observa el funcionamiento delas teclas y ejecuta la secuencia deeventos de su programa cuandouna de ellas es oprimida. Este, el µP,controla el indicador (display) y lasoperaciones del circuito, cambian-do los niveles lógicos de sus salidaso transfiriendo la información aotros elementos (figura 2).

Como los µP son elementos bi-narios, lo que significa que desarro-llan todas sus funciones manipulan-do los números 1 y 0, los diseñado-res asignan una tensión para repre-sentar digitalmente el “1”, y otrapara representar digitalmente el“0”. Si la tensión representada porel dígito 1 es más positiva que latensión del dígito 0, entonces tene-mos una lógica positiva.

Si la tensión representada por eldígito “0” es más positiva que latensión indicadora del “1”, enton-ces tenemos una lógica negativa.Una vez que los niveles de tensiónhan sido asignados a los dígitos 1 y0, todas las demás tensiones sonpoco importantes. Por ejemplo: si5V es el nivel correspondiente al dí-gito 1 y 0V el asignado al dígito 0,entonces 2,5V, 3V, 6V, o cualquierotra tensión que no sea 5Vo 0V, notienen significado y deberán serevitadas.

La tensión asignada al dígito 1es el nivel lógico del circuito. Porejemplo: un circuito con tensión ló-gica 5 utilizará 5V como dígito 1 y0V como dígito 0. Los niveles lógi-

Localización de Fallas en Etapas con Microprocesadores

244

Figura 1

Figura 2

cos son extremadamente impor-tantes para el µP, si dos µP necesi-tan comunicarse, ambos deberánreconocer el mismo tensión para dí-gito 1 y para dígito 0, o de otro mo-do no se podrán comunicar.

Para continuar con definicionessencillas, digamos que “dato” es eltérmino normalmente empleadopara la información utilizada haciao desde el µP. El dato está com-puesto por “1” y “0” (unos y ceros).Puede ser una constante “1” ó “0”,que informa al µP de algunas con-diciones relacionadas dentro de launidad. El dato puede ser tambiénuna combinación de 1 y 0 utilizadospor el µP para comunicarse conotro µP. Para comunicarse, el datoes armado en bloques llamadospalabras.

Cada 1 ó 0 integrante de unapalabra se denomina bit. Si dos µPse comunican utilizando palabrasde 4 bits, deberá haber cuatro in-terconexiones separadas entre losdos µP (una para cada bit). Se diceque estos son datos en paralelo de-bido a que las líneas del dato estánconectadas en paralelo. Pero eldato puede también ser transferidoen una sola línea. En este caso, losbits individuales son transferidos unoa continuación del otro. Esto es lla-mado dato serie (Serial Data). Paralos datos en serie, es necesario utili-zar una señal de reloj, que indiquedónde termina un bit e inicia otro.La transferencia de datos en seriees la manera más común utilizadapara la comunicación entre µP.

Ahora bien, todos los compo-nentes activos necesitan ciertacantidad de apoyo (denominadoMUST-HAVES) en relación a sus fun-ciones. Por ejemplo, un transistornecesita polarización para su base,colector y emisor, porque de otramanera no trabajaría. Si la polariza-ción no es correcta, la salida seráruidosa y distorsionada. Análoga-mente, hay terminales "esenciales"en un µP; si falta la correspondientetensión en alguno de ellos, el µP nofuncionará. Una falla en los esen-ciales del µP puede causar salidasincorrectas en aquél.

Los apoyos de un µP son (figura3):

* fuente de alimentación, * reinicio del programa (Reset) y * reloj (Clock).

Todos los µP deben tener estastres condiciones o no operararán.Cabe señalar que los µP son muyconfiables; de ahí que, si un µP noestá operando, se deberán che-quear los apoyos antes de reponer-lo.

FUENTE DE

ALIMENTACIÓN

La fuente de alimentación delµP en la mayoríade los equipos deconsumo generales de +5V de co-rriente continua(+5Vdc).

Sin embargo,suelen encontrarsefuentes de alimen-tación de +10Vdc,+12Vdc , aunqueen esos casos tam-bién se utiliza +5Vdc. La fuente dealimentación para el µP en el re-ceptor STR-AV240 se muestra en lafigura 4. El conector 42 (Vdd) es laentrada; los conectores 21 y 30 pro-porcionan el regreso a tierra. Ade-más de proveer energía a los circui-tos del µP, la tensión de la fuente dealimentación también indica quétensiones reconocerá el µP comodígito 1 y 0. Si la fuente de alimen-tación es +5Vdc, entonces +5Vdces dígito “1” y 0Vdc es dígito ‘0”(tierra).

El riple en la fuente de alimenta-ción también es importante. Una al-ta cantidad de éste en la fuente dealimentación puede causar proble-mas inusuales. Estos problemas sonel resultado de las alteraciones delos niveles de lógica con la mismafrecuencia del riple, que puede seraltamente intermitente. Imaginequé pasaría a la salida de unacompuesta AND si la fuente de ali-m e n t a -ción estáconteni-da poruna grancantidadde riple;c u a n d ola fuentede ali-m e n t a -ción está

en su punto más bajo, un tensiónbajo será reconocido como dígito1 y la salida de la compuerta serátambién más baja que un dígito 1normal. Si esta salida fuera la entra-da a un µP cuya tensión de alimen-tación fuera normal, podría no serreconocida y, como la sincroniza-ción de tiempo de las operacionesdel µP no tienen relación con la sin-cronización de tiempo del riple,aparecerán problemas inespera-dos.

Cuando chequeamos la fuentede alimentación de las patas de laconexión del µP, una cantidad sus-tancial de ruido de alta frecuenciaestará "encimada" en la alimenta-ción. Esto es causado por la varie-dad de circuitos dentro del µP quese conectará y desconectará a lafrecuencia del reloj. Un pequeño fil-tro resonando a la frecuencia delreloj evita que el ruido contamine elresto de la fuente de alimentación.

Capítulo 16

245

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Esta "trampa de reloj" se en-cuentra entre el conector de lafuente de alimentación del µP y elconducto que viene desde la pro-pia fuente. La trampa de reloj en elreceptor STR-AV240 consiste enC305 y L302 (vea la figura 4).

DIAGNÓSTICO DE FALLAS EN LA

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Para chequear la fuente de ali-mentación del µP, siempre se nece-sitará un osciloscopio; ya que el ri-ple no será claro cuando se utilizaun voltímetro común. También esuna buena idea chequear la fuen-te de alimentación cuando el apa-rato esté encendido y mientras de-sarrolla algunas funciones. Proble-mas marginales en los circuitos dela fuente de alimentación puedenocasionar que la tensión se caigaen condiciones de carga máxima.

EL RESET

El reset es una instrucción espe-cial praa el µP, que lo hace regresaral principio de sus programa. Tam-bién registra circuitos de doble eta-pa (flip flop), etc., y evita que el µPfuncione hasta que todas las fuen-tes de alimentación se vuelvan es-tables. En muchos casos, un µP queno haya sido "reseteado" no funcio-nará en absoluto; en otros casospuede empezar a funcionar a lamitad del programa y mostrar uncomportamiento inusual o bienpuede funcionar normalmente.

Un µP es reseteado aplicandoun dígito 1 o un dígito 0(depende de su diseño) asu conector Reset. El rese-teo es comúnmente lleva-do a cabo por un circuitode retardo que manten-drá el conector de Resetalto o bajo por poco tiem-po, hasta que la fuente dealimentación se estabilice.

En sistemas que utilizanmás de un µP es comúnque uno tenga una salidade reset a los otros µP, deesta manera, el µP centralse asegura que todos losdemás µP salgan de Resetal mismo tiempo.

DIAGNÓSTICO DE FALLAS

EN EL RESET

Es fácil observar el reset de unµP con un impulso fuerte y uso deun osciloscopio. El conector deReset estará en estado bajo sinaplicar energía al operarlo; cuan-do se aplica energía se irá a “1”por poco tiempo y después regre-sará a “0”. Es muy difícil observarun reset bajo.

El "impulso" de reset es resulta-do de que la fuente de alimenta-ción se vaya a alto por una frac-ción de segundo antes de que elconector reset se vaya a alto. Es-ta acción es prácticamente imposi-ble de ver, ya que ocurre una vez ymuy rápidamente, en cuanto seaplica energía. Si usted sospechaque hay un problema de reset, lamanera más fácil de chequearlo esforzar el aparato en reset. Esto escomúnmente llamado el métodode "cortocircuito total".

Para "cortocircuitar" el reset, lo-calice el elemento sospechoso, (uncapacitor) que provoca el mal fun-cionamiento del propio circuito dereset. Sin estar conectada la má-quina, descargue el capacitor yconéctela enseguida. Una vezreestablecida la energía, quite rápi-damente el corto circuito; si ahorael aparato funciona normalmente,ha localizado un problema de re-set. Si el aparato no funciona nor-malmente, repita el procedimientoy verifique el conector de reset pa-ra confirmar que se activa al quitarel corto circuito. Si no se ve el dispa-ro en el osciloscopio, definitivamen-te hay componentes defectuosos

en el circuito de reset (figura 5).Después de identificar un pro-

blema de reset, no será difícil loca-lizar el componente defectuoso;tenga mucha precaución al repo-ner algún componente que afectela duración del impulso. Si el impul-so de reset es muy corto, el µP pue-de no funcionar correctamente.

Vea en la figura 6 el circuito in-terno de un reset típico, en la figura7 el circuito de reset del televisorSony KV-2645R y en la figura 8.

RELOJ DEL µP

El reloj es un oscilador de altafrecuencia que sincroniza el funcio-namiento interno del µP. Es frecuen-temente considerado como el "co-razón" del µP, ya que si el reloj notrabaja, el µP estará muerto.

La mayoría de los µP tienen uncircuito de reloj interno con cone-xiones exteriores para sus salidas yentradas de realimentación quecontrolan la frecuencia del propio

Localización de Fallas en Etapas con Microprocesadores

246

Figura 6

Fig. 7

reloj. Si la frecuencia requerida escrítica, se utilizará un cristal (figura9) en el circuito de realimentación;si no es crítica, se podrá utilizar uncircuito LC (figura 10). En el circuitode reloj STR-AV240 (figura 9), el co-nector 32 de IC301 es la salida dereloj de conexión externa, el co-nector 30 es la entrada de reali-mentación y X301, C301 y C302controlan la frecuencia del reloj.

DIAGNÓSTICO DE FALLAS

EN EL RELOJ

La frecuencia y tensión de sali-da de pico a pico son los aspectos

más importantes a considerar,cuando se desean localizar fallasatinentes al reloj de un µP. Si el relojestá operando a la frecuenciaequivocada o tiene una salida queno oscila al tope de alimentación,hay dos problemas posibles:

1) Defectos dentro del circuitointegrado.

2) Defectos en los componentesexternos del reloj. De todos los com-ponentes, el cristal es el menos con-fiable.

La mejor manera de chequearun cristal en mal estado, es sustituir-lo; si no tenemos otro cristal en exis-tencia, tenemos un dilema. Si man-damos pedir un cristal y el circuitointegrado es el defectuoso, el clien-te tendrá que esperar más tiempodel necesario. Si man-damos pedir ambascosas y el circuito inte-grado funciona, elcliente tendrá que pa-gar más de lo necesa-rio. Pero si tenemos unabobina de valor co-rrecto, podemos susti-tuirla por el cristal y lo-grar que el reloj funcio-ne. Sin embargo:

¿Dónde podemosencontrar la bobinacorrecta?

La bobina correcta está lo-calizada en la trampa de relojde la línea de la fuente de ali-mentación. Podemos quitarlay sustituir el cristal con ella; cla-ro que tendremos que puen-tear temporalmente sus cone-xiones.

Ahora bien, como la bobi-na no es tan precisa como elcristal, la frecuencia del relojpuede estar ligeramente desa-justada; debido a esto, es posi-ble que el µP no pueda corrersu programa. Sin embargo,mientras la frecuencia del relojsea aproximada, asuma ustedque las partes internas del cir-cuito integrado están funcio-nando. También podemos utili-zar un oscilador a flip-flop ajus-tado para la frecuencia co-rrecta y sacar tensión para in-yectar un reloj sustituto al co-

nector de salida del reloj. Esto per-mitirá que el µP corra su programa;sin embargo, no indica con seguri-dad que el circuito integrado o elcristal no sean posibles generado-res de problemas.

En conclusión, el µP no correrá sialguna de las señales correspon-dientes a lo que hemos denomina-do “apoyos” (fuente, reset y reloj)falta. Si encontramos un µP que nose activa, es más probable que ha-ya un defecto en algunos de los cir-cuitos de los apoyos que encontrarun defecto en el propio µP.

Si el µP sigue sin correr despuésde chequear todos estos elemen-tos, sospeche entonces de aquél.

Antes de reponerlo, chequeeposibles problemas con los compo-nentes conectados a otros conec-tores del µP.

Capítulo 16

247

Figura 8

Figura 9

Figura 10

Podemos considerar el genera-dor de barras como un instru-mento que, a apartir de un os-

cilador principal, genera una seriede frecuencias y pulsos que forma-rán, posteriormente, la señal de vi-deo-compuesto donde se encon-trarán las señales de luminancia ycrominancia. También puede pro-porcionar la señal de video –com-puesto modulando una portadoradel canal 2, 3, 4 o más canales, pa-ra que pueda ser inyectada direc-tamente en las entradas de la an-tena del televisor.

En los generadores de barras to-davía más sofisticados encontrare-mos la salida como la portadora deFI (Frecuencia Intermediaria, de al-rededor de 44MHz), función impor-tantísima que será abordada másadelante.

En la figura 1 podemos observarlos patrones que serán generados ylas respectivas formas de onda quepodrán observarse en el televisordespués del detector de video (os-ciloscopio que deberá colocarseen 20 microsegundos, con una am-plitud de entrada de 1Vpp).

El primer patrón mostrado (la lla-ve UVB deberá estar presionada) esel que deberá utilizarse para la in-vestigación de casi todos los defec-tos del televisor, y está formado porla escala de grises (ocho barras entotal), llevando consigo las señalesde diferencia de color moduladasen 3,58MHz. Estas barras deberántener la siguiente distribución (des-de izquierda a derecha): blanco,amarillo, cian, verde, magenta, ro-jo, azul y negro.

Con este patrón podremos ob-servar casi todo el comportamientodel televisor, tales como brillo, con-traste, balanceado del negro yblanco y matiz de colores.

Las cuadrículas o CROSS-HATCHsirven, principalmente, para lograrla convergencia (estática o dinámi-ca), que busca hacer coincidir lostres haces, R (rojo), G (verde) y B(azul), en el mismo punto, con estose obtiene el blanco.

Observen que las cuadrículas

crean trazos horizontales y vertica-les bien finos, colocados sobre unfondo negro, así facilitan la visiónde cualquier color que no estécoincidiendo con los demás.

Por otra parte, este patrón po-drá utilizarse para la verificación dela linealidad horizontal y vertical, loque significa, simplemente, que ca-da cuadrado deberá mantener elmismo largo en cualquier parte dela pantalla. Este patrón tambiénpermite la visualización rápida deun efecto llamado PIN-CUSHION,que no es más que la deformaciónnatural que el haz de electrones su-fre antes de llegar a la pantalla, loque se caracteriza como un barri-do en almohada. Prácticamente,

todos los televisores están dotadosde un pequeño circuito (formadobásicamente por un transformador)que elimina el efecto ALMOHADA.

El círculo (o centralización), de-berá ser utilizado cuando se deseecentralizar la imagen, tanto en sen-tido horizontal como vertical (el cír-culo también permite la observa-ción de la linealidad).

Los puntos podrán utilizarsecuando se desee hacer el ajuste defocalización del cinescopio, puesson puntos de pequeñas dimensio-nes colocados sobre un fondo ne-gro, así se obtiene un gran contras-te. Los puntos podrán también utili-zarse para el ajuste de la conver-gencia estática (convergencia he-

Construcción y Uso de un Generador de Barras para TV Color

248

Construcción y Uso de un Generador de Barras

Fig. 1

cha solamente para el centro delcinescopio), siempre se opta por lascuadrículas para los ajustes en losángulos del cinescopio (conver-gencia dinámica).

En la mayoría de los generado-res de barras, las señales de barridoson formadas por una pantalla to-da blanca, roja, verde o azul. Entreestos patrones podremos elegir elbarrido ROJO para el ajuste de pu-reza y utilizar el azul o verde sola-mente para la verificacion final.

Ademas de esto, el patrón blan-co podrá utilizarse para lo que lla-mamos equilibrio de blanco, dondeactuamos en las polarizaciones delcinescopio, buscando obtener lamisma excitación en los tres caño-nes (control de color en el mínimo).Este patrón todavía podrá utilizarsepara la verificación del funciona-miento del modulador de FM del vi-deocasete durante la grabación.

La observación de deficienciasen el circuito de la llave PAL o mul-tivibrador biestable será mejor eje-cutada con la utilización del barri-do ROJO.

Los generadores poseen una se-rie de salidas, que tendrán innume-rables aplicaciones diferentes, talcomo mostramos a continuación:

1) Salida de RF: podemos decirque es la salida más utilizada, puesla misma lleva la frecuencia de por-tadora a algún canal y el genera-dor puede conectarse directamen-te a la antena del televisor, sin ne-cesidad de apertura del mismo. To-dos los patrones mencionados pre-cedentemente están presentescon la portadora respectiva, quepodrá ser elegida por intermediode una o más llaves.

Damos a continuación una seriede consideraciones sobre las dife-rentes características que puedereunir un generador:

Salida de alrededor de 10mV(algunas poseen ajuste de nivel deesta salida).

Impedancia de salida: 75ΩSistema de modulación: AM ne-

gativo.Impedancia normal para la en-

trada del televisor: 300Ω.

Algunos generadores tambiénposeen una portadora de sonido

con frecuencia de 4,5MHz por enci-ma de la frecuencia del canal ele-gido. Como ejemplo podemos citarel canal 2 (55,25MHz de portadorade video, que tendrá una portado-ra de sonido con 4,5MHz por enci-ma de la frecuencia de portadorade video, que resulta en 59,75MHz.La señal de audio modulante po-drá poseer la frecuencia de 400Hzo 1kHz.

2) Salida de FI: a pesar de consi-derarse una salida de RF, difiere delas anteriores por ser una portadoraespecífica de canal, que sirve paraser inyectada internamente en eltelevisor (etapa de F1).

Frecuencia de la portadora deF1 de video: 45,75MHz.

3) Salida de video: esta salidaserá muy útil para pruebas en elamplificador de luminancia del te-levisor y, en caso de presupuesto,con la misma se puede verificar to-do el funcionamiento de las etapasde luminancia, sincronismos y cro-minancia, aunque las etapas delsector y F1 estén inoperantes. Estasalida también será útil para investi-gaciones en videocasetes y, princi-palmente su utilización será funda-mental en la grabación de cintasde PATRON PAL-N en videos nacio-nales o transcodificados y cintasPATRON NTSC, en videocasetes queno estén transcodificados (en estecaso, el generador deberá poseerla codificación original NTSC).

Tensión de salida: 1,5Vpp (existeun ajuste de nivel en algunos gene-radores).

Impedancia de salida: 75ΩSincronismo: negativo (patrón

mundial).

4) Salidas de sincronismo: seña-les que tendrán la frecuencia espe-cífica del horizontal o vertical (se-gún la selección hecha en el paneldel generador).

Deberá utilizarse para verifica-ciones de sincronismo vertical u ho-rizontal del televisor y principalmen-te conseguir (trigger) del oscilosco-pio, tanto en el tiempo horizontalcomo en el vertical.

Frecuencia horizontal de salida:

alrededor de 15.625Hz y/o15.725Hz.Frec. vertical de salida: 50Hz o

60Hz.Impedancia de salida: 75ΩTensión de salida máxima: alre-

dedor de 1Vpp.

5) Barrido entrelazado y progre-sivo: algunos generadores tambiéntraen la opción por una alteraciónen el tiempo de barrido vertical, lla-mado NORMAL y AVANZADO. En elbarrido normal o entrelazado existeun trabajo simultáneo entre el cir-cuito vertical y el horizontal, de ma-nera que el haz de electrones sedesplaza en sentido horizontal pe-ro, al mismo tiempo, sufre la influen-cia del vertical que lo va despla-zando lentamente hacia abajo. Entelevisión se da el nombre de CUA-DRO a la imagen completa forma-da por el entrelazado de dos cam-pos, pero para que esto ocurra se-rá necesario que, en el primer cam-po, el haz de electrones comienceen el ángulo superior izquierdo dela pantalla y termine en el lado deabajo, pero EN EL MEDIO DEL BARRI-DO HORIZONTAL. Así, el haz volveráen un período de tiempo específi-co y comenzará un nuevo campodel lado de arriba EN EL MEDIO DELBARRIDO HORIZONTAL, así volveráposible el entrelazado de los dosbarridos verticales. El término de es-te segundo campo se dará en elángulo izquierdo inferior, comple-tando toda la información de la es-cena. Para el BARRIDO PROGRESI-VO se disminuye el tiempo de barri-do vertical, así evita que el verticalvuelva en la mitad de la línea hori-zontal, de esta forma se consiguesobreponer todos los campos. Ter-minamos así con la descripción deun generador de barras útil para lareparación, verificación y ajustetanto de televisores como de vi-deocaseteras.

FUNCIONES Y PRESTACIONES

DE UN GENERADOR DE BARRAS

Un generador de señales modu-ladas en las normas NTSC es, en laactualidad, casi una necesidadpara poder atender en forma ra-cional y eficaz el servicio técnicode equipos provistos de esta nor-ma, como televisores, videograba-

Capítulo 16

249

dores, cámaras de video y repro-ductores de discos láser, para nom-brar sólo los más frecuentes. Inclu-so, una evaluación cualitativa deestos equipos por un usuario avan-zado y con conocimientos técni-cos, se ve favorecida por la presen-cia de un generador de este tipo.

El tamaño reducido de su trans-porte y su alimentación por mediode dos baterías de 9 volt, hacentambién de este intrumento, un im-portante complemento para el ser-vicio técnico, aficionado y experi-mentador.

Entre las prestaciones de estegenerador de colores NTSC no figu-ran solamente las señales de colorde esta norma NTSC-M, sino tam-bién figuras geométricas y otras se-ñales importantes para el servicede todo equipo, incluso de televiso-res en blanco y negro.

A pesar de su complejidad téc-nica, la construcción de este gene-rador es factible con requisitos muymodestos, debido al empleo de uncircuito integrado monolítico tipoMM5322 (¨MOS-LSI¨), construido entecnología MOS de canal P y fabri-cado por National Semiconductor.El citado circuito integrado existeen el mercado desde hace variosaños y ha intervenido en el diseñode numerosos generadores comer-ciales, por ejemplo, en el del gene-rador de barras de color modelo72-865 de la marca Tenma y, tam-bién, en el modelo SG5240 deHeathkit, que se ofrece como ins-trumento terminado con este nú-

mero de modelo o como kit paraarmar con el número IG5240. Tam-bién, otras marcas fabrican mode-los similares, generalmente basadosen el integrado MM5322 o en unode sus reemplazantes. Queremosaclarar que la provisión de circuitosintegrados en el mercado argenti-no no es siempre constante pero al-gunas empresas del ramo pueden,seguramente, conseguir el mismo ouno de sus sustitutos en el mercadointernacional.

En la figura 2 observamos los 16patrones de prueba que se puedengenerar por medio del integradoMM5322. Cada uno de estos patro-nes se caracteriza por un númerobinario de las cuatro salidas digita-les de este integrado. Los númerosabarcan del 0000 al 1111 por mediode simples interruptores unipolaresque habilitan las cuatro salidas BCD(Binary Coded Decimal = decimalcon codificación binaria). Estos ter-minales poseen los valores 1, 2, 4 y 8(20, 21, 22 y 22). La activación deestos interruptores selecciona, en-tonces, los patrones de acuerdo alcódigo indicado en la figura 2. Ob-sérvese que las posiciones 0000,0001, 0010, 0100, 0110, 0111, 1001,1010, 1011, 1100, 1101 y 1110, sonaptos especialmente para aplica-ciones en ajustes geométricos y,por ende, pueden utilizarse tantoen TV-Color como en blanco y ne-gro.

En la figura 3 vemos el aspectode la base del MM5322 con la de-signación de cada una de sus 16

patitas. Las patitas 1 y 16 corres-ponden al circuito disparador inter-no (trigger). La conexión externa dela patita 1 sólo se usa cuando la se-ñal de salida del generador es apli-cada en forma directa o indirectaa un osciloscopio, usándose, en es-te caso, el pulso del disparador pa-ra la sincronización del oscilosco-pio.

La pata 2 es Vss, la tensión de lafuente de +12 a +19 volt. Las patitas3, 4, 5 y 6 corresponden a los selec-tores de patrón con sus valores de1, 2, 4 y 8. Las patas 7 y 8 correspon-den a un diferenciador interno, quepermite variar el ancho de las líneasverticales de los diferentes patronesque las tienen (0001, 0010, 1001,1010, 1011 y 1110). En este caso seutiliza, en lugar del resistor de 82kΩ,un resistor de 27kΩ en serie con unpequeño preset de 100kΩ. La pata9 corresponde a la salida de la se-ñal de video compuesta y se aplicaal modulador o, eventualmente, auna salida de video externa. En al-gunos modelos comerciales, estasalida está prevista, pero no en to-dos. En el modelo 72-865 de Tenmaexiste con un nivel regulable de 1volt cresta a cresta y con polaridadnegativa del sincronismo, de acuer-do a las normas NTSC-M. Las patas10 y 11 corresponden a la salida decontrol de la compuerta de colorCOG (Control Output Gate). Las sa-lidas COG y -COG son del tipopush-pull. La pata 10 provee unaseñal invertida (negativa) y la pata11 una señal no invertida (positiva).Las patas 12 y 13 corresponden aloscilador local del clock de 378kHz.En esta función se utiliza, general-


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Figura 3

Figura 2

mente, un resonador de cerámicade 378kHz, pero una alternativaaceptable sería el circuito de la fi-gura 4, que usa una combinaciónL-C en reemplazo del resonador. Eneste caso, se emplea una bobinade F.I. de radio de 455kHz. La pata14 es masa (-18 volt) y la pata 15corresponde a una conexión inter-na que en el uso normal se deja sinconexión.

El régimen de trabajo normaldel MM5322 es de una tensión Vssen la pata 2 de +12 hasta +19 volt,y de 0 volt en Vgg (pata 14). En es-tas condiciones y a una temperatu-ra ambiente de 25 grados centígra-dos y a una frecuencia del clockde 378kHz, el consumo máximo esde 30mA. La amplitud de la señalde video de salida es de 2 a 4mAcon un resistor de 2kΩ a Vgg.

En el diseño interno del chipdel MM5322 se ha procuradoproveer secciones separadaspara el oscilador interno con-trolado a cristal, para lograr losvalores normalizados de sincro-nización y temporización de to-das las componentes de la se-ñal de TV en blanco y negro yen color, de acuerdo a las tole-rancias de las normas especifi-cadas. La señal de color delMM5322 es del tipo de arco iris.Como se sabe, esta señal seproduce por batido entre el os-cilador de crominancia del te-levisor de 3,579545MHz y el osci-lador del generador de3,563795MHz. Este batido pro-duce, en la pantalla del televi-sor, una señal de, exactamen-te, 15750Hz, que equivale a unciclo horizontal.

Este ciclo horizontal produ-ce en la pantalla todos los colo-

res del arco iris en la secuen-cia del mismo (amarillo, na-ranja, rojo, violeta, azul, tur-quesa y verde). La posiciónangular de estos colores haceque una parte del amarillo yverde caigan en el períododel borrado horizontal, que-dando invisibles. Esta secuen-cia cromática sigue, por lotanto, rigurosamente el ordenangular, a diferencia de otrostipos de barras de color don-de se sigue una secuencia deamplitudes de crominancia

(amarillo, turquesa, verde, violeta,rojo y azul) de acuerdo a la ampli-tud de cada uno de estos colores(89%, 70%, 59%, 41%, 30% y 11%). Lageneración del arco iris resulta mu-cho más sencilla para las señalesNTSC y no sería factible en el siste-ma PAL.

De todos modos, este tipo degenerador cumple sus funcionesadecuadamente para los fines pro-puestos y permite la inclusión de to-do el generador en un solo circuitointegrado.

El circuito completo del genera-dor con MM5322 surge de la figura5 y en la figura 6 se da el esquemade circuito impreso. Se observa unasubdivisión del circuito en las si-guientes secciones: el generadorde funciones con el circuito inte-

grado MM5322, el sector de radio-frecuencia con el transistor Q3, eloscilador de crominancia con eltransistor Q1 y una fuente de ali-mentación.

Al encender el equipo con lallave SW7 se aplica tensión sólo albloque de generador de funcionesy a la sección de RF. Para activartambién el sector de color es nece-sario encender la llave SW1. Estaprecaución reduce eventuales in-terferencias indeseadas. Con res-pecto al material utilizado quedan,prácticamente, sólo como varia-bles, los tres transistores menciona-dos. El transistor Q1 es del tipo NPNde silicio con una frecuencia máxi-ma de 300MHz y un factor hfe =200. Su cápsula es de plástico. Elvalor recomendado es el MPSA20 osu reemplazante el ECG123AP. Eltransistor Q2 es de características si-milares y, si bien se recomienda el2N4401, puede utilizarse también elECG123AP como sustituto acepta-ble. El Q3 es del tipo de alta fre-cuencia, NPN de silicio con una fre-cuencia máxima de 800MHz y unfactor hfe = 60. El tipo recomenda-do es el 40237 y su reemplazo pue-de ser el tipo ECG161, encapsuladoen cápsula de metal. Q4 es igual aQ1. El resonador de cerámica de378kHz puede reemplazarse por elcircuito de la figura 4, ya mencio-

Capítulo 16

251

Figura 5

Figura 4

nado. El valor del cristal de3,563795MHz es crítico y, posible-mente, sea necesario encargarlo aalguno de los varios fabricantes decristales de plaza. Las llaves del SW1al SW7 son todas del tipo unipolar yse pueden usar a voluntad, tantocomo llaves a palanca o corredi-zas. A veces, puede convenir utilizaruna configuración distinta entre losinterruptores SW3 al SW6 y los SW1,SW2 y SW7.

La obtención de la frecuenciadel canal de emisión se logra me-diante una pequeña bobina de 4 ó5 espiras, el ajuste exacto se efec-túa por medio de estas espiras, alacercarlas o alejarlas.

El montaje es sencillo y deberealizarse con el debido cuidadoen equipos de alta frecuencia.

El tipo y material del gabinetequeda librado al criterio del arma-dor. Los modelos comerciales vie-nen, indistintamente, en gabinetesde plástico o de metal. Recuerdeque debe dejar lugar para las dosbaterías.

El ajuste del generador termina-do es sencillo y, a menudo, sólo re-quiere un retoque del trimmer T1para lograr una imagen estable encolores, y la radiofrecuencia en ca-nal 3 ó 4, por medio de la bobina.


252

Figura 6

La Televisión Digital¿QUÉ ES LA TELEVISIÓN DIGITAL?

La televisión con tecnología di-gital se basa en la conversión deuna señal de TV convencional(que es 100% analógica) en unasecuencia de bits, cuyos estados (0y 1) son las unidades mínimas de in-formación con que trabajan todaslas computadoras y los sistemas ló-gicos.

Esta conversión tiene diversosaspectos que conviene tomar encuenta, entre los que destaca el si-guiente: desde que comenzaron autilizarse las técnicas digitales, losinvestigadores advirtieron que unaconversión directa de la señal deTV en formato digital requería unancho de banda realmente prohi-bitivo, que implicaría la desapari-

ción de una gran cantidad de ca-nales de TV o el uso de bandas defrecuencias que aún no hubieransido explotadas.

Debido a la gran cantidad deinformación que aparece en unaimagen en movimiento, toda la se-cuencia de bits obtenida en laconversión de analógico a digitaldebe transformarse en una se-cuencia más pequeña; es decir,tiene que ser comprimida y codifi-cada para que pueda trasmitirse alos receptores, ya sea por vía te-rrestre, satélite, cable o incluso pormicroondas.

Veamos más de cerca cómo sehace esta transformación: la ima-gen digital es un conjunto de pe-queños elementos unitarios, llama-dos “pixeles” o pels, ordenados en

forma matricial y donde cada unotiene un valor numérico que repre-senta su intensidad luminosa y sucolor. Para representar de formadigital una imagen, se necesitauna cantidad muy grande de bitsque describan la conformación delos casi 350,000 pixeles o elementosque componen la imagen.

CONVERSIÓN ANALÓGICO/DIGITAL

El primer paso que debe cumplirla televisión digital es la conversiónde análogo a digital (A/D), ya que-como sabemos- la señal de ima-gen que se obtiene de las cámarasde video es analógica.

Este proceso consiste en conver-tir, bajo condiciones controladas,

Capítulo 16

253

los voltajes analógicos en códigosbinarios expresándolos en formade un escalonado discreto (figura1). Dicha conversión debe regirsepor ciertas normas muy estrictaspara que haya un mínimo de pér-didas de información; a continua-ción mencionaremos algunas delas más importantes.

TEOREMA DE MUESTREO DE NYQUIST

Para conseguir una conversiónA/D adecuada, la teoría de comu-nicación se ha apoyado en lasmatemáticas. Justamente, paradeterminar la frecuencia mínimacon la cual se puede muestrearuna señal análoga, sin que se lle-guen a perder porciones importan-tes de señal durante el proceso detransformación, se utiliza el teore-ma de muestreo de Nyquist, quedice: “Si la frecuencia de muestreo(Fs) es al menos el doble de la fre-cuencia más alta en la señal(Fmáx), se puede recuperar la se-ñal original de los datos discretos.“

Esto significa quesi, por ejemplo,queremos hacerun muestreo deuna señal de au-dio que abarcadesde 20 a20,000Hz, tendría-mos que usar unafrecuencia demuestreo mínimade 40kHz.

De esta mane-ra se limita el an-cho de banda delos circuitos deprocesamiento,dando así mismouna aproxima-ción del anchode banda reque-rido. En la prácti-ca, los valores demuestreo de vi-deo digital estánarriba del mínimoy son colocadosen 2,5 veces lafrecuencia másalta de la señal

(en el caso del video, cuya fre-cuencia máxima en el formatoNTSC llega hasta 4,25MHz, la fre-cuencia de muestreo mínima seríade 9,5MHz; y si es de más, mejor).

MUESTREO, CUANTIZACIÓN Y RESOLUCIÓN

En el proceso de conversión deuna señal analógica a digital, laamplitud de la primera es dividida

en un cierto número de intervalosregulares, obteniéndose un valornumérico equivalente. En cadaperiodo de muestra, cuya dura-ción depende del número demuestras tomadas o de la frecuen-cia de muestreo (Sampling Fre-quency), se “captura” un valor nu-mérico equivalente al valor análo-go de la señal original.

En la figura 2 se muestran dosaproximaciones de una onda se-no, pero con dos frecuencias demuestreo distintas: el valor de la al-ta frecuencia es el doble del valorde la baja frecuencia.

En la figura 3 observamos dosondas análogas tipo triángulo conperiodos de muestreo idénticos. Ladiferencia entre ambos es que losniveles de conversión válidos delsegundo caso duplican en númeroa los del primero.

Combinando ambos fenóme-nos, podemos decir que la resolu-ción de un proceso de conversiónde análogo a digital está estrecha-mente relacionado con el númerode muestras por segundo y la can-tidad de intervalos utilizados pararepresentar el voltaje análogo ori-ginal; y en ambos aspectos, mien-tras más elevado sea el valor, me-jor se representará la señal original.

CODIFICACIÓN A/D

Después de que la señal analó-gica es muestreada y se han obte-nido una serie de valores numéri-cos de su amplitud en los puntos

Figura 3

Figura 1

Figura 2

de muestreo, este valor numéricodeberá convertirse en un númerobinario, para su posterior manejopor medio de circuitos lógicos (loque significa por ejemplo que unvalor de 23 unidades se representa-rá como 10111).

El número de bits usado en estecódigo binario se relaciona expo-nencialmente con el número de ni-veles de cuantización utilizados. Elproceso de asignación de un códi-go binario a cada nivel de cuanti-zación es llamado “codificación”.

Un código N-BIT utilizaría N bits,con lo cual se tendrían 2N nivelesde voltaje distintos. En tanto, un có-digo de 4 bits permitiría 24 ó 16 ni-veles, y un código de 8 bits sirve pa-ra representar 28 ó 256 niveles. Unsistema completo de codificaciónbinaria, cuenta con un método demedición de una muestra analógi-ca contra los niveles de referencia;además, produce el código binarioapropiado para el nivel de unacuantización particular (figura 4).

RECOMENDACIONES CCIR-601

Debido al predominio de la tele-visión como medio de entreteni-miento en nuestros días, y para tra-tar de estandarizar los formatos, sehan diseñado reglas mundiales quepermitan la conversión a formatodigital de cualquier señal de video,no importa que el original venga enformato NTSC, PAL, SECAM, etc.

Específicamente, la normaCCIR-601 fija los formatos de ima-

gen, parámetros y procedi-mientos para la representa-ción digital de señales de vi-deo analógico, y está basa-da en la idea de tener unafrecuencia de muestreo co-mún para las normas de ex-ploración de 625/50 (forma-tos PAL y SECAM) y 525/59.94(formato NTSC). Esto se refie-re al número de líneas hori-zontales y a la frecuencia debarrido vertical de los siste-mas europeo y americano,respectivamente. La inten-ción de esta unificación esque cuando se instaure la te-

levisión digital, por fin se eliminen laszonas geográficas que usan distin-tas normas de TV, estableciendo unestándar mundial. Para describir lafamilia de frecuencias de mues-treo, fue introducida una anota-ción especial; en ésta, la frecuen-cia de 3,375MHz es utilizada comounidad de medición.

El video digital compuesto utilizauna frecuencia de muestreo que esde cuatro veces la frecuencia de lasubportadora (4 Fsc), lo que signifi-ca que su valor es de 14,32MHz enNTSC (recuerde que esta enciclo-pedia no sólo se distribuye en Ar-gentina, por lo cual hablamos delas dos normas mayormente em-pleadas en este continente), y estofacilita la estabilización de la fasede las muestras con respecto alBurst de color y la separación Y/C.

Las señales por componentesson muestreadas de diferente ma-nera que la señal compuesta, yaque la frecuencia base de mues-treo es de alrededor de 3,375 MHz;de ahí que la frecuencia empleadapara muestrear la señal de luminan-cia (4Fs), sea de 13,5 MHz.

En sistemas por componentes,las señales de diferencia de colortienen menos ancho de banda; osea que se puede muestrear con lamitad de la frecuencia (6,75MHz);así, el 4 representa 13,5 MHz, y el 2representa 6,75 MHz (en el fascículo12 tiene los valores correspondi-entes al sistema PAL).

En el ámbito de la difusión televi-siva, la mayoría de los equipos pro-fesionales utilizan el muestreo 4: 2: 2.

COMPRESIÓN DIGITAL

Actualmente, la compresión di-gital se ha convertido en un térmi-no familiar para quien está relacio-nado con el medio televisivo o pa-ra quien trabaje cotidianamentecon computadoras. Literalmente,comprimir significa “reducir el ta-maño, volumen, concentración odensidad de un objeto”.

La compresión digital permiteque varias señales de video de altacalidad sean llevadas en un espa-cio de frecuencia que ocupa unsolo canal analógico, con lo que sereducen significativamente los cos-tos de transmisión.

Reducción de datosSi consideramos que la compre-

sión de video reduce la transferen-cia de datos, puede deducirse quese elimina información repetida oinnecesaria en cuadros de imagenconsecutivos. Las imágenes de TVcontienen redundancia temporal yespacial; esto es, que gran canti-dad de información visual en lapantalla permanece sin cambio.Pongamos un ejemplo muy claro:en los noticiarios tradicionales, el es-cenario detrás del comentaristapor lo general permanece invaria-ble, mientras que el único objeto enmovimiento suele ser esta mismapersona y en ocasiones los insertosde video que apoyan la nota quese esté comentando. En estos ca-sos, se podría perfectamente en-viar una sola vez la información delescenario, y de ahí en adelante tansólo enviar aquellas porciones deimagen que efectivamente esténen movimiento, con lo que se pue-de reducir de forma muy conside-rable la cantidad de informacióntransmitida.

Entonces, en el dominio del tiem-po, el objetivo es transmitir sólo losaspectos de la imagen que cam-bian. Por eso los cuadros de videoson subdivididos en bloques y secodifican en dos etapas:

1) En la primera, se identifican loscomponentes de imagen que per-manecen fijos por un lado, y por elotro aquellos que tienen movimien-to.

La Televisión Digital

254

Figura 4

2) En la segunda etapa, se cal-cula si hay alguna diferencia entreel bloque de imagen actual y elpronosticado.

Tipos de compresiónCon todo lo anterior, podemos

encontrar que básicamente existendos tipos de compresión, depen-diendo de la fidelidad con que setransmiten los datos de la imagenoriginal:

1) Sin pérdida de datos: Sonaquellas compresiones en las queel proceso no introduce distorsión yla información se recupera íntegra-mente.

Ventaja: No hay error de recons-trucción.

Desventaja: No se logran altastasas de compresión.

2) Con pérdida de datos: El pro-ceso introduce distorsión, aunqueésta resulta casi imperceptible; en-tonces la señal reconstruida seráuna aproximación a la original,puesto que los datos se operan conuna compresión fija y están mol-deados conforme a los sentidos hu-manos -por lo que son más prácti-cos para transmisión y grabación-(figura 5).

Ventaja: Las tasas de compre-sión que se logran son altas.

Desventaja: La distorsión puedellegar a ser considerable.

TRANSFORMACIÓN

Por medio de un cambio en elformato de la señal se busca elimi-nar redundancia entre pixeles, lo-grando así la compresión de lasimágenes.

Convencionalmente se empleala transformación de coseno dis-creta (DTC).

Transformación decoseno discreta (DCT)Está basada en la teoría

de la transformación deFourier, según la cual cual-quier forma de onda de CApuede ser analizada en sufrecuencia fundamentalmás baja y sus componen-tes armónicos.

La señal de video originales digitalizada y dividida enpequeños bloques de “n xn” pixeles; típicamente, de 8 x 8 ó16 x 16.

DCT analiza los bloques aún máspequeños, y produce, en vez deuna señal que varía en el tiempo,una señal en el dominio de la fre-cuencia en forma de coeficientes.Estos son cuantificados para elimi-nar la información menos importan-te, de tal manera que sea invisibleal ojo. Si se pudiera interpretar paraser analizada en forma visual, laDCT se observaría como en la figu-ra 6.

CuantizaciónUna vez transformada la señal, el

cuantificador se encarga de des-cartar (selectivamente) los compo-nentes cuya contribución sea des-preciable. Por eso es que los coefi-cientes originales DCT son divididoscon base en una tabla de cuanti-

zación fija. El valor pequeño esaplicado a D00, y los más grandesson aplicados a Don y Dn0 en la ta-bla de cuantización.

CodificaciónLa función de un codificador es

minimizar la cantidad de bits nece-sarios para representar la salida delcuantizador (Eliminación de la Re-dundancia de Código). Esto puedelograrse variando la longitud delcódigo en cada pixel , en funciónde su estadística de aparición enuna imagen dada.

Método de codificación HuffmanEn este método, dependiendo

de la probabilidad de aparición decada uno de los valores de salidadel cuantizador, se asignan códigosde longitud más corta a valores fre-cuentes y códigos de longitud máslarga a valores menos frecuentes.

Compresiones de audioEn comparación con el video,

para el audio se han logrado mejo-res resultados al comprimir las seña-les (figura 7). Pero para esto ha sidonecesario utilizar el sistema de des-composición en sub-bandas, elcual, a través de un banco de filtro,

Capítulo 16

255

Figura 5

Figura 7

Figura 6

divide la banda de interés en Npartes iguales (normalmente 32)para tratarlas por separado.

Otro sistema que también se uti-liza es la Codificación Perceptual,en la que se determinan los valoresde los umbrales de enmascara-miento para ajustar los cuantizado-res y discriminar la información noaudible.

NORMAS INTERNACIONALES DE

TELEVISIÓN DIGITAL

Una norma internacional es unaserie de regulaciones necesariaspara uniformar el uso y explotaciónde una tecnología, con el fin de lo-grar la mayor expansión posible dela misma. El objetivo de las normases proporcionar los elementos bási-cos del marco regulatorio aplicablea esta tecnología. Los principalesorganismos internacionales encar-gados de la regulación de los siste-mas, son la Organización Interna-cional de Estandarización (ISO) y laUnión Internacional de Telecomuni-caciones (ITU). Bajo los auspicios dela ISO, existe JPEG (Joint Pictures Ex-perts Group) y MPEG (Motion Pictu-res Experts Group) de los cuales nosocupamos en distintas partes deesta obra.

Perfiles y nivelesPor su amplio rango en rendi-

miento y complejidad, MPEG se di-vide en perfiles; a su vez, éstos, sedividen en niveles.

Un “perfil” es una técnica; un “ni-vel” es una restricción, tal como eltamaño de imagen o la velocidadde bits utilizados en la técnica. Losniveles difieren entre sí, en primer lu-gar, por la resolución y la velocidadde datos requeridos. El nivel princi-pal es apropiado para la televisiónde definición estándar (SDTV).

TRANSMISIÓN DE TV PROGRESIVA Y

ENTRELAZADA

El nuevo sistema de DTV en losEstados Unidos, es un significativoavance tecnológico con relación ala televisión estándar.

La norma en DTV utiliza la com-presión digital y la modulación8VSB, que proporcionan imágenesde alta calidad, audio con calidadCD y la provisión para transmisionesde datos. Esta innovación permitedifundir video en múltiples forma-tos, lo que proporciona una granflexibilidad para las teledifusiones.

La mayoría de estaciones elegi-rán 1080 líneas entrelazadas o 720 lí-neas progresivas como su principalformato de producción. Solamentepor el número, se pensaría que elformato de 1080 I (entrelazado)proporciona la mejor resolución; sinembargo, el formato de 720 P (pro-gresivo) en realidad es compara-ble, en resolución vertical, con el1080.

Los formatos de 1080 x 1920 pro-gresivo proporcionan la más altaresolución espacial, pero con unabaja resolución temporal. Por estarazón, los diferentes formatos seránelegidos para diferentes tipos deprogramación.

Ahora bien, la exploración entre-lazada da lugar a un parpadeo(flicker) interlineal, cuando líneasmuy finas de una escena caen enlíneas de exploración individuales.

Formatos múltiplesLa existencia de diferentes for-

matos, se debe a que las aplicacio-nes en televisión tienen distintos re-querimientos y a que los propios for-matos permiten un trueque especí-fico para cada tipo de programa.

Cinco de los seis formatos deATSC (Comité de Sistemas de Tele-visión Avanzada) y HDTV (Televisión

de Alta Definición) son progresivos;por lo tanto, de la transmisión ini-cial, la mayor parte de programa-ción digital de TV será en explora-ción progresiva. Este escenario nosconduce a un futuro en el que losdiferentes estándares van a coexis-tir y compartir receptores. A estoobedece el hecho de que las gran-des cadenas televisivas ya hayanrealizado su elección.

Si bien es evidente que las imá-genes de 720 P son superiores a lasde 480 P, y que 1080 I tiene sus ven-tajas, el principal problema seguirásiendo el costo. Pero lo que sí esuna realidad, es que el gobierno delos Estados Unidos, a través de laFCC, ha asegurado que dentro deunos años los 1600 teledifusores queexisten, gastarán cientos de millo-nes de dólares en equipo para po-der transmitir televisión digital. Lapenalización para el que no cum-pla, será la pérdida de su licenciapara efectuar transmisiones.

Comentarios finalesAl romper con la rigidez de la te-

levisión analógica, que sólo permi-te transmitir una señal de televisiónpor canal asignado, los teledifuso-res tendrán la opción de reconfigu-rar su canal digital en función desus oportunidades de negocio tra-dicionales; en otras palabras, po-drán ofrecer uno o más programasde televisión simultáneos, de resolu-ción alta o estándar.

Y si tomamos en cuenta que elpúblico cambió sin problemas la te-levisión en blanco y negro por la te-levisión en color, que dejó de usarlos discos negros de acetato yaceptó los discos compactos, yque de videocintas está cambian-do para adquirir discos ópticosDVD, queda claro que la tecnolo-gía de la DTV no tardará en serigualmente adoptada. **********

La Televisión Digital

Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos de edi-ción semanal, contando con la colaboración de docentes y escritores des-tacados en el ámbito de la electrónica internacional. Los temas de este ca-pítulo fueron seleccionados y adaptados por Horacio Vallejo.


SSAABBEERR


Reparación deEquipos de AudioReparación deEquipos de AudioReparación deEquipos de Audio

Teoremas

de Resolucin

de Circuitos


REPARACION DE EQUIPOS

DE AUDIO

Medición de tensión en

circuitos transistorizados....259

¿Qué efecto causa esa

alteración en la calidad

del sonido?.........................260

¿Qué ocurre si estos

componentes presentan

problemas? ........................261

Tensiones en salidas

complementarias ..............261

Circuitos integrados

híbridos................................264

TEOREMAS DE RESOLUCION DE

CIRCUITOS

Principio de

superposición .....................264

1) Cálculo por

leyes de Kirchhoff ..............265

2) Cálculo por el método

de superposición ...............265

Teorema de Thevenin .......266

Teorema de Norton...........268

MANEJO Y OPERACION DEL

FRECUENCIMETRO

¿Qué es un

frecuencímetro? ................270

Consejos para la elección

de un frecuencímetro.......270

Principio de operación

del frecuencímetro............270

Aplicaciones del contador

de frecuencia ....................271

Mediciones en audio y video .271





Un amplificador de audioestá compuesto por unconjunto de componen-

tes que deben funcionar demanera equilibrada. La simplerotura del equilibrio, por haber-se quemado un único compo-nente no sólo puede interrumpirel funcionamiento de un ampli-ficador, sino que genera co-rrientes intensas que hasta pro-vocan el quemado de otroselementos.

Existen diversas configura-ciones para los amplificadoresde audio, que usan desde sim-ples transistores hasta circuitosintegrados específicos e inclusocircuitos híbridos. Con la utiliza-ción de algunos instrumentosbásicos, la búsqueda de pro-blemas en estos equipos no exi-ge más que un poco de pa-ciencia y un procedimiento ló-gico. Los instrumentos que pre-tendemos usar en esta búsque-da de defectos son comunes,excepto el osciloscopio, que nosiempre está disponible dadosu costo más elevado.

MEDICIÓN DE TENSIÓN EN

CIRCUITOS TRANSISTORIZADOS

La simple medición de ten-sión en una etapa de amplifi-cadores permite que se evalúesu estado.

En la figura 1 tenemos unaetapa de amplificación con untransistor en la configuraciónde emisor común. Esta etapaaparece en la mayoría de losamplificadores de audio de pe-queña potencia, como porejemplo en los drivers y salidasde pequeñas radios, grabado-res, intercomunicadores o biencomo preamplificadores de au-dio y driver de amplificación demayor potencia.

Para que el transistor, que esel elemento central de la eta-pa, funcione correctamente,es preciso que haya una polari-zación de sus elementos que lolleve a la operación en la partelineal de su curva característi-ca. Esto implica colocar resisto-res calculados de tal formaque, sin señal, la tensión de co-lector quede de la mitad paraabajo de la tensión de alimen-tación, como vemos en el grá-

fico de la figura 2. Así, en unaalimentación de 6V, es comúntener tensión de colector alre-dedor de 2 a 3V y de emisorbastante más abajo, con frac-ción de volt o como máximocon 1V.

Para amplificadores contensión de alimentación mayor,las tensiones encontradas enestos elementos son proporcio-nalmente mayores, como su-giere el circuito de la figura 3.

La tensión de base depen-de fundamentalmente de latensión de emisor en este circui-to. Para un transistor de germa-nio NPN la tensión de base de-berá estar aproximadamente0,2V por encima de la tensiónde emisor, y para un transistorde silicio también NPN la ten-sión quedará aproximadamen-te 0,7V por encima de la ten-

sión de emisor. En un transistorPNP, las tensiones tendrán lasmismas diferencias, conformeel tipo, pero la base quedarácon valor por debajo del emi-sor, pues el sentido de circula-ción de la corriente se invierte.

Los resistores alrededor deeste transistor pueden sufrir di-

Capítulo 17

259

Capítulo 17

Reparación de Equipos de Audio

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

versos tipos de alteraciones, loque causaría un desequilibriode funcionamiento o incluso in-terrupción de la etapa.

Una primera situación apa-rece en la figura 4. El resistor R1,entre la base y la alimentación,se altera, aumentando su resis-tencia o incluso abriéndose. Elresultado es la disminución dela corriente de polarización debase, que lleva al dislocamien-to del punto de operación, co-mo muestra la misma figura.

La tensión de colector asu-me valores por encima de loprevisto, si el resistor apenas sealtera, aumentando su resisten-cia; pero llegará al mismo valorde la tensión de alimentación siel resistor se abre completa-mente.

¿Qué efecto causa esa alte-ración en la calidad del soni-do?

Si el resistor simplemente se

abre, el transistor no tiene pola-rización alguna y el resultado esuna interrupción del sonido eneste punto.

Esto podemos percibirlo fá-cilmente con el inyector de se-ñales. Aplicando la señal en elcolector, la misma pasa a laetapa siguiente y tenemos lareproducción en el parlante. Sinembargo, aplicando en la ba-se, la señal no pasa por el tran-sistor o pasa sin amplificaciónalguna, y el resultado es la re-producción muy baja o inclusonula.

Si ocurre una alteración devalor, con aumento de la resis-tencia y con cierta polariza-ción, el resultado será una fuer-te distorsión en el sonido delamplificador, que puede serconstatada con ayuda del os-ciloscopio, co-mo muestra lafigura 5.

Operandoen un puntodebajo delcentro de larecta de car-ga, el transistorcorta parte deuno de los se-miciclos, loque acarrea

fuerte distorsión de la señal. Enun amplificador o en una radioa transistores esto aparece enla forma de sonido desagrada-ble, hasta incluso con oscilacio-nes o entrecortamientos fácil-mente perceptibles cuando secompara este sonido con el deotra radio o amplificador enbuen estado.

Otra situación es la altera-ción o apertura del resistor R2entre la base y la tierra, comomuestra el circuito de la figura6.

Con la alteración o aperturade este resistor tenemos el au-mento de la corriente de base,lo que lleva a la fuerte caída enel colector del transistor, comomuestra la misma figura. La ten-sión de base se puede elevar li-geramente en función del au-mento de la tensión de emisor,en caso de que exista un resis-tor entre éste y la tierra (R3).

El reparador podrá facilmen-te sospechar este problema sila tensión del colector estuvierapor debajo de la normal y mu-cho más próxima a la tensiónde emisor.

En la reproducción, los resul-tados serán igualmente maloscomo en el primer caso. Habráun desplazamiento del puntode operación para la región nolineal de funcionamiento deltransistor, como muestra la figu-ra 7.

Tendremos, entonces, la se-ñal reproducida con fuerte dis-torsión en la salida. La deforma-ción será más acentuada,cuanto mayor sea la alteracióndel resistor. En el osciloscopiotendremos una deformaciónequivalente a la mostrada en la


260

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

figura 8. Vea que, en este caso,así como en el anterior, es muyimportante que el reparadordisponga de un diagrama en elque existan los valores correc-tos de las tensiones en los pun-tos analizados, pues esto permi-te que se llegue fácilmente alas conclusiones vistas.

Finalmente, en otro caso, te-nemos el resistor de emisor quetambién puede alterarse oabrirse. En circuitos que operancon potencias elevadas, comopor ejemplo las salidas de algu-nos tipos de autorradios, esteresistor puede sufrir sobrecargascuando el resistor (R2) se abre oel transistor entra en corto. Lacorriente fuerte que pasará acircular entre el colector y elemisor podrá causar la quema-dura de este resistor, como sepropone en la figura 9.

La tensión de este compo-nente se elevará anormalmen-te, llegando cerca de la tensiónde alimentación. Una señalaplicada en esta etapa sufriráun bloqueo total o una fuertedistorsión en el cambio del pun-to de operación del transistor.

Todos estos problemas supo-nen que el transistor esté enbuen estado, pero que puedepresentar problemas: se abriráo entrará en corto. Ambos ca-

sos llevarán este componente ala inoperancia, lo que significaque podemos averiguar estocon el uso del inyector de seña-les.

La señal aplicada en el co-lector pasa a la etapa siguientey ocurre su reproducción. La se-ñal aplicada a la base, si pasa,lo hará sin amplificación y su in-tensidad de reproducción serála misma cuando la aplicamosal colector. Si no pasa, no ocu-rre la reproducción. Compa-rando las medidas de tensióncon los resultados de esta prue-ba, podemos saber si el proble-ma es de la polarización o delpropio transistor. Tenemos tam-bién que considerar en estasetapas, la presencia de capa-citores, como muestra la figura10. C1 acopla la etapa anteriora la base del transistor; C2 aco-pla la salida del transistor (co-lector) a la etapa siguiente y C3desacopla el emisor del transis-tor.

¿Qué ocurre si estos compo-nentes presentan problemas?

Si los capacitores se abrie-ran, lo que tendremos es la fal-ta de pasaje de la señal o bienuna pérdida de ganancia enlos agudos, en el caso específi-co de C3, pero las tensiones delos transistores no se alterarán. Silos capacitores entraran encorto ocurrirán variaciones enlas tensiones de polarización. Enel caso de C3, en el emisor deltransistor, un cortocircuito haceque la tensión de emisor caiga,así alterará la tensión de base ymodificará el punto de funcio-namiento del transistor en lacurva característica. El resulta-do es la distorsión en el sonido,que también puede ser verifi-

cada con ayuda del oscilosco-pio. Una fuga en este capacitorno provoca problemas, si su re-sistencia en “fuga” es muchomenor que la resistencia de en-trada del circuito bajo medi-ción.

Si C1 y C2 entraran en cortoo presentaran fugas, ocurriríauna alteración de la polariza-ción de base de los transistores.Para C1 tenemos la entrada dela etapa en cuestión y para C2de la etapa siguiente, que de-be ser analizada.

Normalmente, como tene-mos un acoplamiento RC del ti-po mostrado en la figura 11, elcorto de C1 equivale a la cone-xión del resistor de colector RCde la etapa anterior en parale-lo con R1.

De este modo, la corriente debase aumenta y lleva el transistoral sector no lineal de su caracte-rística. Consiguientemente, tene-mos amplificación deficiente,con fuerte distorsión.

Tensiones en salidas com-plementarias

La etapa anterior, operandoen clase A, presenta la posibili-dad de una amplificación delciclo completo de la señal.

Capítulo 17

261

Fig. 8

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 9

Mientras tanto, trabaja con unacorriente de reposo relativa-mente alta, lo que limita su usoa los circuitos de baja potencia.

En los circuitos de alta po-tencia, hacemos una polariza-ción en clase B o C, de modoque tenemos mayor rendimien-

to con una corriente de reposomuy baja pero, en compensa-ción, precisamos dos transisto-res para que cada uno, amplifi-que un semiciclo de señal.

Tipos comunes de salida enque ocurre esto, aparecen enla figura 12 y corresponden alos circuitos de "push-pull" y sali-da en simetría complementa-ria.

Nos interesa, inicialmente, lasalida en simetría complemen-taria que aparece en la mayo-ría de los amplificadores de au-dio de alta fidelidad y con po-tencia por encima de 1W. Lasalida en "push-pull" es, hoy, li-mitada a las radios y grabado-res transistorizados, cuya poten-cia no supera 1W.

En la polarización de basede los transistores de salida te-nemos un resistor (R1), dos dio-dos y un transistor (Q1). El tran-sistor debe ser polarizado de talmodo que presente más o me-nos la misma resistencia queQ1. Esto se consigue a través

de la cone-xión del re-sistor debase (R2) alpunto me-dio corres-pondientea la junturade los emi-sores de lostransistoresNPN y PNP,donde te-nemos unat e n s i ó n

equivalente a la mitad de la ali-mentación como muestra la fi-gura 13.

Los diodos funcionan comoreguladores, porque distribuyenla corriente entre las bases,pues corresponden justamentea las dos junturas entre base yemisor que existen en los transis-tores de salida.

Las tensiones típicas, en unaetapa de este tipo que esta-mos analizando, aparecen enla misma figura; obsérvese labaja corriente de reposo.

El transistor excitador (Q1)puede variar su resistencia en-tre colector y emisor en funciónde dos semiciclos de la señalde entrada, pues está polariza-do en clase A.

Cuando tenemos el semici-clo positivo de la señal de en-trada, su resistencia colector-emisor disminuye y el transistorPNP de salida es polarizado enel sentido de aumento de suconducción. Cae, entonces, latensión en el punto X del dia-grama, lo que provoca la des-carga del capacitor electrolíti-co, a través del parlante, con lareproducción de la señal.

Cuando tenemos el semici-clo negativo de la señal de en-trada, su resistencia colector-emisor aumenta, predominan-do la acción del resistor R1 que,entonces, hace que el transistorNPN de salida conduzca másintensamente. El capacitor C1de salida, por el aumento detensión en sus placas, se cargaa través del parlante, con fuer-te corriente que reproduce laseñal original (figura 14).

Como podemos percibir, setrata de una etapa que funcio-na en un equilibrio crítico. Cir-cuitos antiguos pueden usar enla estabilización del punto defuncionamiento un trimpot, o in-cluso un termistor, entre las ba-ses de los transistores. En circui-tos de alta potencia podemostener un transistor, que reducela corriente de reposo por suacción en contacto con el disi-pador de calor de los transisto-res de potencia. El mismo fun-ciona como una protección


262

Fig. 12

Fig. 14

Fig. 13

térmica eficiente en circuitosde más de 20W, como muestrala figura 15.

Factores como un funciona-miento prolongado, exceso detensión y mala ventilación pue-den desequilibrar este circuito,causando problemas gravesde funcionamiento.

Dos primeras posibilidadesde funcionamiento consistenen la apertura de R1 o bien enla apertura o corto del transistorexcitador.

En el primer caso, predomi-na la acción del transistor Q1(excitador), y, con esto, el tran-sistor PNP de salida pasará aconducir más intensamente,desplazando el equilibrio de laetapa, que producirá la señalcon fuerte distorsión, ya que so-lamente podrá pasar un semici-clo. Una verificación en el osci-loscopio, cambiando el parlan-te por una carga resistiva,muestra lo que ocurre (figura16).

Cuando Q1 entra en corto,el efecto es el mismo, en cuan-to su apertura hace que el tran-sistor NPN conduzca más inten-samente, distorsionando el otrosemiciclo de la señal aplicada.

El desequilibrio puede, porotro lado, tener consecuenciasmás graves. Una de éstas es lacirculación de fuerte corrientepor los propios colectores de lostransistores de salida, que pue-de quemarlo, como también alos resistores de emisor.

En verdad, en este tipo decircuito, los resistores de emisorrepresentan verdaderos fusi-

bles, que se abren siempre queocurre una sobrecarga o dese-quilibrio.

Con la medición de tensio-nes podemos fácilmente des-cubrir el desequilibrio, pero de-bemos tener en mente que elmismo puede tener diversos orí-genes y que todos deben seranalizados. En una etapa comola de la figura 17, en que el de-sequilibrio es más crítico debidoa la presencia de 4 transistores,los cuidados en el descubri-miento de problemas son toda-vía mayores. Una fuerte distor-sión y una corriente de reposoanormalmente alta indicanque resistores o transistores es-tán con problemas. Alteracio-nes de las características de es-tos componentes provocan di-ferencias radicales en las ten-siones en todos los puntos delcircuito.

El quemado de los transisto-

res de salida, en cuanto se co-necta el amplificador, es un avi-so de que existe un desequili-brio. Los transistores excitadoresdeben ser retirados y analiza-dos, así como el driver, ya quetodos pueden ser el origen delproblema. Una fuente impor-tante de problemas en este ti-po de circuitos, que no debe ol-vidarse, es el propio electrolíticode acoplamiento al parlante. Elparlante representa una resis-tencia prácticamente nula alpasaje de corrientes continuas.Una entrada en corto del ca-pacitor significa elevar el puntoX (figura 15) a 0V, y con esto,pueden circular fuertes corrien-tes por el transistor NPN, que loquemarán, como también alresistor del emisor. Si al conectarel amplificador se quema estetransistor y también el resistor,desconecte el parlante y prue-be el capacitor electrolítico.

Capítulo 17

263

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

CIRCUITOS INTEGRADOS HÍBRIDOS

Cuando un equipo utiliza unamplificador de potencia integra-do o híbrido, no podemos teneracceso directamente a las etapasde amplificación, pero la realiza-ción de mediciones externas nosayuda a llegar a una conclusiónde lo que ocurre.

En la figura 18 tenemos un am-plificador híbrido; obsérvese quela mayoría de los componentesexternos consisten en capacitoresde acoplamiento, de desacopla-miento y resistores que influyen enla ganancia o determinación dela respuesta en frecuencia. Nosiempre un problema de funciona-miento se debe a la falla del inte-

grado en sí, pero sí, la mayoría delas veces, a la de los propios com-ponentes externos.

Para trabajar con este tipo decircuito es preciso, antes que na-da, disponer de un diagrama en elque existan las tensiones correctasen cada pin (pata). Encontrandotensiones anormales en los pines,verifique antes si los componentesasociados no son los causantesdel problema. Levante, por ejem-plo, el terminal del electrolítico oresistor conectado al pin y verifi-que si el mismo no está abierto, encorto o alterado. Si todos los com-ponentes estuvieran buenos, perolas tensiones continuaran altera-das, podemos realmente sospe-char que el problema está en el

circuito integrado. Un problema

que ocurre conequipos antiguos,importados o fue-ra de línea, es elquemado de unintegrado que nose fabrica más oque es difícil deencontrar. Paracasos como éste,que ocurren en ra-dios relojes, pasa-

casetes, receptores, etc., una so-lución interesante es la adapta-ción. Partiendo de integrados co-munes en el mercado, y que ten-gan la misma potencia y la mismatensión de alimentación que el ori-ginal, podemos usarlo en una eta-pa paralela, como muestra la figu-ra 19. Inutilizamos entonces el cir-cuito original de salida que estácon problemas y retiramos la señalde su entrada para un amplifica-dor paralelo, alimentado por lamisma fuente. Muchos equiposposeen espacio suficiente para lainstalación de la nueva placa enel propio conjunto, pero si esto nofuera posible, el nuevo amplifica-dor puede ocupar una caja porseparado.

Teoremas de Resolución de Circuitos

264

Fig. 18

Fig. 19


En este fascículo y en el 19 es-tudiaremos algunos teoremasde circuitos que facilitarán

grandemente el cálculo, porquesimplifican ya sea el circuito o lasolución analítica. Estos teoremasson:

* Principio de Superposición* Teorema de Thevenin* Teorema de Norton* Principio de Sustitución* Teorema de Millman* Teorema de la Máxima

Transferencia de Potencia* Teorema de la Reciprocidad

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

El principio de superposiciónes especialmente útil en los circui-tos que están sometidos simultá-

neamente a la acción de variasexcitaciones. Este concepto esválido para cualquier sistema físi-co en que el efecto sea directa-mente proporcional a la causa.

El enunciado del principio, vá-lido para los circuitos lineales bidi-reccionales, es:

“La respuesta resultante de uncircuito, causada por la aplica-ción simultánea de varias excita-ciones distribuidas por dicho cir-cuito, se obtiene calculando in-dependientemente las respues-tas correspondientes a la acciónde cada una de las excitacionespara luego sumarlas.”

La suma de las respuestas in-dividuales constituye la respuestatotal que resulta de colocar to-das las excitaciones simultánea-

mente en un circuito. Tenga encuenta que las excitaciones pue-den ser tensiones en paralelo ocorrientes en serie.

También podemos decir quecada excitación actúa en forma“independiente” o autónomapara producir su parte de la res-puesta. Para calcular la respues-ta individual a cada excitación,se deben desactivar las restantes.Esto significa que los generadoresque no se consideran se debenreemplazar por sus impedanciasinternas, puesto que la acción delas otras excitaciones influye so-bre ellas.

En la figura 1 presentamos es-quemáticamente este principio,para un circuito genérico. Lastensiones V1, V2 y la corriente I1son las excitaciones, y VR e IR las

respuestas que se requiere deter-minar (figura 1a).

Los generadores de tensión tie-nen impedancias internas Z1 y Z2respectivamente. El generador decorriente tiene también su impe-dancia interna, que indicaremoscomo Zi.

En la figura 1b se quitaron (de-safectaron) los generadores deV2 e I1, que se reemplazaron por

sus respectivas impedancias inter-nas, permaneciendo activo sola-mente V1. Las respuestas que se

obtienen con el circuito en esascondiciones son VR1 e IR1.

En la parte “c”, se desactiva-ron V1 e I1, obteniéndose, por ac-

ción de V2 únicamente, las res-

puestas VR2 e I2.

De la misma manera, al man-tener activa I1 solamente, se ob-

tuvieron las respuestas VR3 e IR3.

(figura 1 d).Aplicando a nuestro ejemplo

el principio de superposición, larespuesta total que se consiguecuando están aplicadas simultá-neamente las tres excitaciones,será:

VR = VR1 + VR2 + VR3 (1)

IR = IR1 + IR2 + IR3 (2)

Como ejemplo, podemos darel circuito de la figura 2a. Los ge-neradores de 8V y 12V tienen im-pedancias internas de 0,2Ω y 0,4Ωrespectivamente. Nos interesa co-nocer las corrientes del circuito yla caída de tensión VEC.

Se supone que el lector cono-ce y “maneja” con cierto criteriolas leyes de Kirchhoff, si no es así,puede consultar el texto “Teoríade Circuitos y Resolución de Cir-cuitos”, de esta editorial.

A fin de comparar los resulta-dos y la facilidad de ambos méto-dos, utilizando las leyes de Kirch-hoff, calcularemos primeramenteel circuito, tal como aprendimosen el capítulo anterior.

1) Cálculo por leyes de KirchhoffConstruimos dos ecuaciones

de mallas y una de nodos, luego

de suponer los sentidos de las co-rrientes.

Malla N-M-E-C-N:+12 V - I1 . (0,4 + 3) Ω - I3 . 4 Ω = 0 (3)

Malla R-S-E-C-R: +8 V - I2 . (0,2 + 2) Ω - I3 . 4 Ω = 0 (4)

Nodo E: I1 + I2 = I3 (5)

Restando miembro a miembro(3) y (4) se obtiene:

I1 = 0,65 . I2 + 1,18A (6)

Reemplazando en (5):

I3 = 1,65 . I2 + 1,18 A (7)

Y sustituyendo I3 en (4) obte-

nemos:

+ 8 V - 2,2 Ω . I2 - 4 Ω . (1,65 . I2 + 1,18) = 0

Finalmente, despejando I2:

I2 = 0,375 A

Reemplazan-do en (7) surgeque:

I3 = 1,794 A

Y de la (5):

I1 = 1,419 A

La caída detensión es:

VEC = 4 Ω . 1,794A = 7,18 V

2) Cálculo por el método de superposiciónDesactivemos

primeramente elgenerador de 8V.El circuito corres-pondiente es elde la figura 2b.Obsérvese quehemos asignado

a las corrientes parciales los senti-dos indicados, que son los másprobables.

La impedancia total, conside-rando que la serie de la impedan-cia de 2Ω con la impedancia in-terna de 0,2Ω está en paralelocon la de 4Ω, y todo este conjun-to en serie con la impedancia de3Ω y la impedancia interna de0,4Ω es:

Z’ = Zi1 + Z1 + Z’p

Calculando matemáticamente:

Z’ = 4,819Ω

Por lo tanto:

I’ = (12V / 4,819Ω) = 2,49A

El resto de las incógnitas lascalculamos en base a la caída detensión entre E y C.

VECI’2 = _________

Zi2 + Z3

Capítulo 17

265

Fig. 1

Reemplazando valores (y te-niendo en cuenta que VEC = I1 .Z’p):

I’2 = 1,606A

De la misma forma:

I’3 = VEC / 4Ω = 0,884A

Debemos ahora, desconectarel generador de 12V. El circuitocorrespondiente es el de la figura2c. Nuevamente hemos asignadoa las corrientes los sentidos másprobables, que no tienen por quécoincidir con los atribuidos en elpaso anterior, pues estas corrien-tes parciales no son las mismas.

Haciendo los cálculos corres-pondientes, la impedancia totalserá ahora:

Z” = 4,04Ω

Y la corriente I”2:

I”2 = (V2 / Z”) = 1,981A

Repitiendo los cálculos ante-riores, se tiene:

VECI”2 = _________ = 1,071A

Z1 + Zi1

I”3 = (VEC / 4Ω) = 0,91A

Por último, las corrientes totalesdebidas a la acción simultáneade las excitaciones V1 y V2 serán:

I1 = I’1 + (-I”1) = (2,49 - 1,071) = 1,419 A

I2 = (-I’2) + I”2 = (-1,606 + 1,981) = 0,375 A

I3 = I’3 + I”3 = (0,884 + 0,91) = 1,794 A

La caída de tensión entre E y C:

VEC = I3 . 4 Ω = 7,18 V

Se puede comprobar que losresultados obtenidos coincidenen los dos métodos de resoluciónutilizados.

Recuerde que la electrónicapodría considerarse un “lengua-je”, tal como el castellano, inglés,

francés etc.;luego, cual-quier acciónque Ud. piensepuede ser re-suelta electró-nicamente ypara ello debeconocer losteoremas y le-yes que la ri-gen.

TEOREMA

DE THEVENIN

La expe-riencia diarianos demuestraque entre dospuntos cuales-quiera de un circuito existe unacierta tensión e impedancia. Lohemos comprobado muchas ve-ces, al intentar intercalar o “col-gar” algún elemento en el circui-to, con resultados diversos segúnsean los puntos elegidos.

Esta característica de los cir-cuitos fue estudiada por Helm-holtz en 1853 y por M. L. Thevenintreinta años después. Este últimoformuló el teorema que lleva sunombre y que simplifica el análisisde los circuitos al permitir la cons-trucción de circuitos equivalentesa los dados. El teorema de Theve-nin establece lo siguiente:

Cualquier dipolo (circuito dedos terminales) compuesto porelementos pasivos lineales y fuen-tes de energía que alimenta unacarga arbitraria formada porcomponentes pasivos se puedereemplazar por la combinaciónen serie de un generador ideal VTequivalente y una impedancia“interna del generador” ZT.

Lo dicho se puede graficar talcomo se demuestra en la figura 3,donde VT y ZT deben cumplir las si-guientes condiciones:

- VT es la tensión que

se obtiene entre los ter-minales del circuitocuando se desconectala carga (tensión a circui-

to abierto).- ZT es la relación entre la ten-

sión a circuito abierto y la corrien-te de cortocircuito entre A y B.También se puede decir que es laimpedancia que se “observa” en-tre los terminales del circuitocuando se desactivan todos losgeneradores que éste contiene yse desconecta además la carga.Recordemos que al desactivar losgeneradores se los debe reempla-zar por sus respectivas impedan-cias internas.

La figura 3 es la definición delteorema de Thevenin. En lo querespecta a la carga ZL, el circuito

de la parte b) es el equivalentedel de la parte a).

Podemos considerar que si losdos circuitos de la figura 3 sonequivalentes para cualquier valorde la impedancia de carga, tam-bién deberán serlo para valoresextremos, tales como ZL = ∞ y ZL =0 , por lo cual es válido lo enuncia-do en la figura 4.

- El valor ZL = ∞ corresponde a

la condición de circuito abierto.En la figura 4a se observa que al


266

Fig. 3

Fig. 2

comparar el circuito dado con suequivalente, resulta:

Tensión a circuito abierto delcircuito original = VT

- El valor ZL = 0 significa condi-

ción de cortocircuito. De la ins-pección de la figura 4b surge que:

VTZT = _______ (8)

ICC

Quedan definidos de esta for-ma los elementos que conformanel circuito equivalente de Theve-nin.

Una demostración algo másformal del teorema resulta deaplicar al circuito los principios desuperposición (ya visto), y de susti-tución (que se tratará más ade-lante en el capítulo):

- Si en el circuito de la figura 3ase retira la carga y se coloca ungenerador de corriente (figura5a), de igual valor que la corrien-te IL que circulaba por la carga,

la tensión VAB entre los terminales

A-B no se altera (principio de susti-tución). Esta tensión será:

V1 = IL . ZT

donde ZT es la impedancia

que presenta el circuito sin cargaentre los terminales A y B (tenga-mos en cuenta que el generadorauxiliar de corriente conectadotiene impedancia interna infinita).

- Si se eliminan luego los gene-radores del circuito, se tendrá en-tre dichos terminales una tensiónV1 diferente (figura 5b).

- Final-mente, si sec o n e c t a nnuevamen-te todos losgenerado-res y se des-conecta lacarga y elgeneradorde corrienteauxiliar colo-cado pre-v i a m e n t e ,

se medirá una tensión VT, tal co-

mo indicamos previamente.- Superponiendo ambas ten-

siones, en virtud del principio de lasuperposición, obtendremos:

VAB = VT + V1 = VT - IL . ZT

Esta expresión corresponde alenunciado del teorema de The-venin, que queda así demostra-do. Para la carga de la figura 3, elcircuito se resuelve, una vez halla-do el equivalente de Thevenin,mediante la expresión:

VTI = ——————— (9)

ZT + ZL

Podemos mencionar asimismoen relación al teorema de Theve-nin que:

- Su importancia radica enque permite representar circuitosactivos por medio de modelosequivalentes más sencillos.

- Los circuitos complejos pue-den considerarse como “cajasnegras” si se dispone de dos termi-nales accesibles.

- Para aplicarlo se supone queel circuito y la carga están aplica-dos directamente, es decir, no de-be existir un acoplamiento mag-nético.

- El teorema vale también pa-

ra los circuitos lineales variables enel tiempo, aunque en este caso suaplicación es más complicada.

Los pasos que debemos seguirpara la aplicación del teoremade Thevenin en un circuito comoel de la figura 3 son los siguientes:

1). Desconectamos la seccióndel circuito conectada a los ter-minales de interés (en nuestro ca-so, la impedancia de carga ZL).

2). Determinamos la tensiónentre los terminales que quedaronlibres (midiendo o por cálculo). Seobtiene así VT.

3). Reemplazamos en el circui-to cada generador por su impe-dancia interna (un generador detensión ideal se reemplaza por uncortocircuito y uno real por unaimpedancia pequeña, un gene-rador de corriente ideal por un cir-cuito abierto y uno real por unaimpedancia muy grande).

4). Una vez efectuados estosreemplazos, medimos o calcula-mos la impedancia que la carga“ve mirando hacia atrás” dentrodel circuito. Esta será ZT.

Ejercicio:Sea el circuito de la figura 2,

que ya fue resuelto mediante lasleyes de Kirchhoff y el teorema desuperposición.

Calcularemos en este caso, lacorriente en Z3.

Para ello, debemos realizar losdos pasos que permiten calcularlos elementos del equivalente deThevenin:

a) Para el cálculo de VT sea el

circuito de la figura 6.

- De la 2da. ley de Kirchhoffdeducimos que, observando elcircuito desde los terminales E y Stenemos la tensión:

VT = VES = VEC - V2 (10)

(no hay caída de tensión en la

Capítulo 17

267

Fig. 4

Fig. 5

impedancia interna del genera-dor de V2 porque esa parte del

circuito está abierta).- La tensión entre C y D se cal-

cula considerando la malla N-M-E-C-N, como el producto de lacorriente de la malla por la impe-dancia Z2:

VEC = I . Z2 (11)

V1VEC = ____________ . Z2 = 6,50V

Zi1 + Z1 + Z2

- Podemos calcular ahora VTcon la (10):

VT = VES = 6,50 - 8 = - 1,50 V (12)

b) Calculemos ahora la impe-dancia ZT

La figura 6b muestra el circuitopara las condiciones en que sedebe calcular ZT, es decir, se de-

sactivaron las fuentes y se dejaronen el circuito solamente sus impe-dancias internas. Se observa laimpedancia desde los terminalesde la carga (Z3 en este caso).

- La impedancia entre los pun-tos E y S es igual a la suma de Zi2y la combinación en paralelo deZ2 y la serie de Z1 y Zi1.

Analizando el circuito y plan-

teando las ecuaciones correspon-

dientes, se calcula:

ZT = 2,04Ω

c) Debemos ahora, resolver elcircuito, para ello, el circuito equi-

valente obtenidose muestra en la fi-gura 6c.

- De acuerdo ala ecuación (9),que surge de la se-gunda ley de Kirch-hoff, tenemos:

VTI = ———— = 0,375Ω

ZT + Z3

Aplicando elteorema de Theve-nin hemos obteni-do los mismos resul-tados que anterior-mente por utiliza-

ción directa de las leyes de Kirch-hoff y el principio de superposi-ción.

TEOREMA DE NORTON

El enunciado es el siguiente:

“Cualquier dipolo activo, esdecir, un circuito compuesto porelementos pasivos y generadores,de dos terminales accesibles, vis-ta desde dichos terminales, sepuede reemplazar por un equiva-lente formado por un generadorideal de corriente constante IN enparalelo con una admitancia in-terna YN”.

donde:- IN es la corriente de corto cir-

cuito en los terminales del circuitoen cuestión.

- YN es la relación entre la co-

rriente de cortocircuito y la ten-sión a circuito abier-to.

Al igual que elteorema de Theve-nin, permite transfor-mar cualquier circui-to en un divisor, decorriente en este ca-so, que facilita la re-solución.

La figura 7 indicala equivalencia pos-tulada por el teore-ma de Norton.

Si los circuitos de

la figura 7 son equivalentes paracualquier valor de la admitanciade carga YL, también lo serán pa-

ra valores extremos tales como:- YL = ∞, que corresponde a la

condición de cortocircuito.- YL = 0, que equivale a un cir-

cuito abierto.De la observación del circuito

surge que:- La corriente de cortocircuito

Icc del circuito original es IN del

modelo equivalente (figura 8a).- La tensión de circuito abierto

Vca del circuito original es igual al

cociente entre IN e YN del mode-

lo equivalente (figura 8b).

Es decir:

IN = Icc (14)YN = IN / VCA (15)

Con esto quedan definidos losparámetros del circuito equiva-lente de Norton.

De la comparación con el teo-rema de Thevenin tratado en lasección anterior surge que:

ZN = 1 / YN

Volviendo al circuito originalde la figura 7, podemos decir quela tensión entre los terminales A yB cuando está conectada la car-ga YL es:

INVAB = —————

YN + YL

De la misma manera, pode-mos decir que la corriente en lacarga IL será:


268

Fig. 6

Fig. 8

Fig. 7

Capítulo 17

269

IN . YL IN . ZTIL = ———— = ————=

YL + YN ZT + ZL

Como ya hemos dicho al co-menzar el tratamiento de este te-ma, la expresión de la impedan-cia como la inversa de la admi-tancia, es un ejemplo de la duali-dad que existe entre ciertos mo-delos circuitales. Lo que pudimosexpresar en función de la tensióny la impedancia de Thevenin po-demos formularlo también consi-derando la corriente y admitan-cia de Norton.

La utilización de uno u otroteorema dependerá del tipo deconfiguración del circuito a resol-ver. Según sea dicha estructura,será más conveniente el empleode modelos con generadores detensión (Thevenin) o de corriente(Norton) a fin de lograr su simplifi-cación.

Los pasos que deben seguirsepara resolver un circuito como elde la figura 9 mediante el teore-ma de Norton son los siguientes:

1. Desconectamos la sección

del circuito co-nectada a losterminales quenos interesan (eneste caso, sedesconecta lacarga YL de los

puntos A y B) (fi-gura 9a)

2. Determina-mos (por cálculoo medición) lacorriente que cir-cularía a través

de un conductor colocado entrelos terminales de interés (A y B).Esta corriente con la salida encortocircuito es la corriente deNorton IN (figura 9b).

3. Retiramos el corto de los ter-minales A y B. Reemplazamos ca-da generador que esté dentrodel circuito por su impedanci in-terna (figura 9c).

4. Una vez efectuados losreemplazos, medimos o calcula-mos la admitancia (o impedan-cia) que vería la carga “mirandohacia atrás” (lo mismo que se hi-zo para el teorema de Thevenin).La admitancia obtenida es la deNorton YN (o la impedancia de

Thevenin ZT).

5. Para construir el circuitoequivalente conectamos un ge-nerador ideal de corriente cons-tante IN en paralelo con una ad-

mitancia YN (o impedancia ZT si

se quiere). Conectamos tambiénen paralelo la carga original YL(figura 8b).

6. Aplicamos las ecuacionesvistas para resover el circuito.

EjercicioResolveremos por el teorema

de Norton el circuito de la figura10a. La incógnita es la corriente ycaída de tensión en la carga RL.

a) Quitamos la carga y calcu-lamos la corriente IN con los ter-

minales A y B en cortocircuito.

De la figura 10b deducimos que:

IN = V / R1 = 3A

Recuerde que para este caso,R2 está cortocircuitada.

b) Retiramos el corto y deja-mos los terminales A y B a circuitoabierto. Reemplazamos el gene-rador de V1 por su impedancia

interna (en este caso un cortocir-cuito porque suponemos que esun generador ideal), (figura 10c).

Calculamos la impedanciavista desde los terminales A y B enestas condiciones: Resulta ser elparalelo de R1 y R2.

Z1 . Z2 ZT = ———— = 10Ω

Z1 + Z2

c) Construimos el circuito equi-valente de Norton (figura 10d). Lacorriente en la carga será:

IN . ZLIL = ————— = 1A

ZL + ZT

Y la tensión:

VAB = IL . RL = 1 A . 20 Ω = 20 V

d) Si deseamos desarrollar elcircuito equivalente de Thevenindel ejemplo, se puede determi-nar fácilmente de acuerdo a latabla de dualidad:

VT = IN . ZT = 3 A . 10 Ω = 30 V

El circuito equivalente sería elde la figura 11. De esta forma, sise conoce uno cualquiera de losdos circuitos equivalentes, es muysencilla la obtención del otro. Co-

Fig. 9

Fig. 11

Fig. 10

mo corolario del estudio de losteoremas de Thevenin y Nortonhemos deducido otro postuladode aplicación general: Todo ge-nerador V de impedancia asocia-da Z se puede sustituir por un ge-nerador de corriente I equivalen-te de admitancia asociada Y, ta-les que:

I = V / ZY = 1 / ZGracias a este principio, pode-

mos elegir entre un generador decorriente o uno de tensión idealespara representar un generadorreal a fin de analizar un circuito.

Hemos visto hasta ahora variosmétodos de resolución general

de circuitos. En cada caso parti-cular, deberá considerarse cuál esel método más sencillo de acuer-do al tipo de circuito. Por ejemplo,si se resuelve el circuito de la figu-ra 2 mediante el método de Nor-ton, se descubrirá que en realidades más rápido y fácil hacerlo porel teorema de Thevenin.

Manejo y Operación del Frecuencímetro

270

Manejo y Operación del Frecuencímetro¿QUÉ ES UN FRECUENCÍMETRO?

Los circuitos de las videograba-doras, televisores y equipos de au-dio cuentan con osciladores y cris-tales que deben trabajar a fre-cuencias muy específicas para unfuncionamiento adecuado. Yaunque el osciloscopio permitecalcular un valor aproximado de lafrecuencia, hay ajustes tan preci-sos que en ocasiones resulta inade-cuado, requiriéndose necesaria-mente de un aparato especial pa-ra la medición de los valores exac-tos de las frecuencias.

En la medición de frecuenciascon el osciloscopio, es necesarioencontrar primeramente el valordel periodo de la señal sujeta a ob-servación, para posteriormente en-contrar el recíproco que determi-na finalmente la frecuencia. Sinembargo, suge un problema cuan-do se intentan mediciones de altaprecisión, ya que para el oscilosco-pio, una señal de alta frecuenciaaparenta el mismo periodo, aun-que la propia frecuencia muestrevariaciones considerables dentrode un cierto rango. Precisamenteen estos casos y por otras situa-ciones, para ciertos ajustes y cali-braciones es indispensable dispo-ner de un aparato que permita lamedición exacta de la frecuenciade la señal sujeta al análisis.

El frecuencímetro es, como sunombre lo indica, un instrumentoque permite ver de manera direc-ta la frecuencia de una señal de-terminada, a través de una seriede displays de 7 segmentos (figura1).

Su manejo es relativamentesencillo, ya que prácticamente loúnico que debemos hacer es co-

nectar la punta de prueba en el si-tio adecuado, elegir la escala defrecuencias apropiada a la medi-ción específica y fijar la frecuenciade muestreo. En la actualidad, in-cluso ya existen aparatos que au-tomáticamente se colocan en lasescalas correctas para una medi-ción en particular, por lo que sólobasta con efectuar las conexionesy consultar el dato desplegado.

Consejos para la elección de un frecuencímetroLas principales características

que debe cumplir un frecuencíme-tro para el tipo de mediciones yajustes que se requieren en el servi-cio electrónico son las siguientes:

• Su frecuencia máxima debeser de por lo menos 150MHz.

• Debe tener la posibilidad devariar la frecuencia de muestreoen 0.01, 0.1, 1 y 10 segundos.

• Debe incluir entrada coaxialcon punta de prueba adecuada.

• Debe brindar la posibilidadde "congelar" una medición deter-minada.

• Su display debe poseer 7 u 8dígitos.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

DEL FRECUENCÍMETRO

La manera en que operaun frecuencímetro se describeenseguida, con apoyo en la fi-gura 2, en la cual se muestra eldiagrama a bloques de un ins-trumento de este tipo.

Observe que a la entradase tiene un filtro paso-altasque, permitiendo solamente elpaso de la componente de al-

terna de la señal a medir, bloqueacualquier voltaje de DC sobre elque pudiera ir montada. A conti-nuación se encuentra un amplifi-cador que trabaja en modo satu-ración, es decir, amplifica la señalde tal forma que a su salida se tie-ne un tren de pulsos con una fre-cuencia idéntica a la que se obser-va en la señal original (aunque seha perdido por completo la formay la amplitud, como se puede veren la misma figura). De hecho, es-te amplificador se puede concebircomo una especie de limitador si-milar a los que se emplean en la re-cepción de FM.

Una vez que la señal original seha convertido en un tren de pulsos,pasa por una serie de circuitoscontadores, los cuales, como sunombre lo indica, se encargan decomputar cada pulso que entra eincrementar correlativamente susalida en una unidad. Estos conta-dores, a su vez, reciben un pulso dereset que proviene de un circuitotemporizador especial; sus salidasretornan a cero cada vez que loreciben, así quedan en condicio-nes de reiniciar el conteo. De estamanera, el aparato es capaz de

Fig. 1

detectar las variaciones de fre-cuencia que pudiera sufrir la señalde entrada.

Por supuesto que la lectura deun display que mostrara cambiosconstantes resultaría muy incómo-da para el usuario; por esta razón, ala salida de los contadores se inclu-ye un circuito latch, el cual, cadavez que se recibe el pulso de reset,toma la lectura de los mismos con-tadores y la expide hacia varios cir-cuitos convertidores BCD-7 seg-mentos, los que finalmente excitana los displays, entonces muestranuna lectura estable y clara.

El punto que realmente definela calidad y precisión de un fre-cuencímetro, es justamente el cir-cuito timer que genera los pulsos dereset, los cuales se deben expedir auna frecuencia exacta de 1Hz paraque los displays muestren rigurosa-mente el total de pulsos que se re-ciben durante un segundo, lo cualequivale a la frecuencia de la señalde entrada. Y en caso de que lamedición sea muy grande para lacapacidad de los displays, se pue-de elegir la posibilidad de que lospulsos de reset se generen cada1/10 de segundo, por lo que la can-tidad desplegada tendrá que sermultiplicada por 10 e inclusive sepuede dar acceso a pulsos de resetcada 1/100 ó 1/1.000 de segundo,en cuyo caso también deberáefectuarse la multiplicación corres-pondiente. Y estas opciones en lafrecuencia de los pulsos de resetcorresponden a sendas escalasque se pueden elegir en la carátu-la del contador, dependientes dela precisión requerida en la medi-ción específica.

APLICACIONES DEL CONTADOR

DE FRECUENCIA

Ya sabemos que el frecuencí-metro se aplica siempre que seanecesario conocer la frecuenciade operación de un circuito deter-minado y realizar por consecuen-cia el ajuste requerido. Concreta-mente, en el servicio a equipos deaudio y video las aplicaciones deeste instrumento se pueden agru-par en la forma que se muestra enla tabla 1.

En la figura 3 se muestra la cará-

tula de un frecuencímetromarca GoldStar, modeloFC-2015. Como puede versu aspecto es muy similar alque mostramos en un princi-pio, sólo que ahora las te-clas de selección de escalahan sido sustituidas por unoscontroles de arriba/abajo,lo cual hace aún más senci-lla su operación. Note tam-bién que posee 8 dígitos, lo quepermite realizar mediciones de has-ta 99.999.99Hz con una precisión de±1Hz. Este frecuencímetro en parti-cular es de una frecuencia máximade operación de "sólo" 150MHz,aunque resulta suficientemente pa-ra las aplicaciones de un taller deservicio.

Mediciones en Audio y Video

Para concluir esta lección, va-mos a explicar cómo utilizar el fre-cuencímetro en algunasmediciones comunes enel servicio electrónico.Por ejemplo, sabemosque el oscilador de cro-ma que se incluye en to-dos los televisores y vi-deograbadoras debetrabajar a una frecuen-cia de 3,58MHz; sin em-bargo, al consultar losmanuales de servicio,encontramos que la fre-cuencia exacta de osci-lación es de 3.579.545Hz,con una tolerancia de±20Hz, es decir, cualquiervalor entre 3.579.525 y3.579.565 se consideracorrecto para este osci-lador. Pues bien, se tratade un ajuste de muy altaprecisión, porque si pre-tendiera efectuarse conel osciloscopio, los erro-

res de lectura (prácticamente ine-vitables) enmascararían cualquiervariación que estuviera ligeramen-te fuera del rango especificado.Por tal razón, este tipo de ajustesdeberá realizarse forzosamentecon un frecuencímetro.

Para comprobar que este cristaltrabaje dentro de su rango correc-to, debe conectarse una de sus ter-minales directamente al frecuencí-metro, con la opción que permiteobtener el dato de frecuencia enHz, seleccionada. Si la conexión es-tá bien hecha, en el display debeaparecer la frecuencia a la que os-

Capítulo 17

271

Fig. 2

Fig. 3

Tabla 1

cila el cristal, lo que le permitirá austed realizar un ajuste de formamuy precisa, así se asegura de queel valor aludido se encuentra den-tro de la tolerancia indicada. Es ob-vio, entonces, que el reloj de cromamostrado en la figura anterior ne-cesita de un pequeño ajuste paraencontrarse dentro de las especifi-caciones. Otra aplicación comúndel frecuencímetro es la siguiente;en algunos reproductores de CDexiste un ajuste llamado PLL, en elcual hay que fijar una frecuenciade oscilación dentro de paráme-tros muy precisos. Los fabricantes in-dican que este valor debe serexactamente de 4,3218MHz, conuna tolerancia de ±25Hz, por lo quedebe conectarse el frecuencímetroal punto de prueba indicado (ob-serve la figura 4), a fin de chequearmediante los displays que se cum-

pla cabalmente dicho valor; en ca-so contrario, se tendrá que efec-tuar el ajuste requerido para queesta frecuencia se verifique y elaparato trabaje adecuadamente.

También hay ocasiones en lasque ciertas señales que deben me-dirse son muy débiles, por lo que losamplificadores internos del fre-cuencímetro no son suficientes pa-ra generar el tren de pulsos necesa-rio en el conteo. En tal caso, se pue-de combinar el osciloscopio con elfrecuencímetro para lograr medi-ciones adecuadas, entonces se co-locará tan sólo una punta de prue-ba. De hecho, en algunos oscilos-copios modernos existe en su parteposterior una salida BNC, que co-rresponde justamente a una salidaanalógica equivalente a la señalexpedida por uno de los canales

del aparato (A, por lo general). Si seconecta por medio de un cable es-ta salida con la entrada del fre-cuencímetro (figura 5), bastará queen la pantalla del osciloscopio setenga una señal que sea observa-ble (que abarque, por lo menos,dos cuadros de altura) para que elcontador sea capaz de manejar di-cha señal y expedir su frecuenciasin problemas. Lo interesante de es-te arreglo es que tan sólo se tiene lapunta de prueba del osciloscopioen el sitio de interés y éste se comu-nica directamente con el frecuen-címetro para que en ambos apa-rezca simultáneamente la medi-ción.

Por último, en la figura 6 semuestra el circuito de un frecuencí-metro para audio de buen desem-peño.

Manejo y Operación del Frecuencímetro



Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6CI1 - 555 - circuito integrado temporizador.Q1 - BC548 o equivalente - transistor NPN de usogeneral.R1, R6 - 10kΩR2 - 220kΩR3, R5 - 47kΩR4 - 12kΩR7 - 8k2R8 - 1kΩP1 - 100kΩ - potenciómetroP2 - 100kΩ - TrimpotP3 - 47kΩ - TrimpotC1, C5 - 0,1µF- cerámico o poliésterC2, C4 - 0,01µF - cerámico o poliésterC3 - 0,001µF - cerámico o poliésterC6 - 100µF/12 V - electrolíticoM1 - Microamperímetro 0-200µAS1 - Interruptor simpleS2 - llave de 1 polo x 2 posiciones B1 - 6V - 4 pilas pequeñas.

El circuitoimpreso está al50% de su valorreal

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E l Hardwarede unaComputadora

E l Hardwarede unaComputadora

La E lectrónica de las ComputadorasLa E lectrónica de las Computadoras

INDICE DEL

CAPITULO 18

LA COMPUTADORA

Definición de

computadora........................275

Antecedentes de las

computadoras personales ..275

Las computadoras

personales en los ‘70 ............276

El surgimiento de

la IBM PC................................276

La plataforma PC .................277

Generaciones de

computadoras PC ................278

EL HARDWARE DE LA

COMPUTADORA

Autotest de

funcionamiento.....................279

El primer autotest ..................280

El disco de inicialización ......281

El proceso de la inicialización.....282

Conexión de periféricos.......284

Cómo funciona

el plug and play....................284

Instalación del sistema

plug and play........................285

LOS COMPONENTES

ELECTRÓNICOS DE LA PC

Funcionamiento de

un transistor............................285

Funcionamiento

de una memoria RAM..........286

Cómo se escriben los

datos en una RAM................286

Cómo se leen los datos

desde una RAM ....................287

Cómo funciona un

microprocesador ..................287

El microprocesador ..............288





DEFINICIÓN DE COMPUTADORA

Una computadora es una má-quina diseñada para procesar in-formación, de acuerdo a un con-junto de instrucciones llamadoprograma.

Hay otros aparatos electróni-cos que procesan informaciónde acuerdo a una serie de activi-dades predeterminadas en su di-seño. Por ejemplo, la videogra-badora es una máquina que re-cupera la información grabadaen la cinta magnética, la proce-sa ya convertida en una señaleléctrica y la envía al televisor,donde se despliega en forma deimágenes y sonidos. ¿Cuál es en-tonces la diferencia entre esteaparato y la computadora?.

La principal y más importantediferencia reside en que la video-grabadora es una máquinaconstruida para un propósito de-terminado, es decir, sus funcionesestán claramente estipuladas yno pueden ser alteradas más alláde un límite. En cambio, unacomputadora es una máquinade propósito general, porque sufunción concreta sí puede modi-ficarse con sólo intercambiar elprograma.

Usted sabe que la mismacomputadora sirve para llevar lacorrespondencia de la empresa,calcular las nóminas, controlar in-ventarios, jugar, etc. Cabe enton-

ces plantearse una pregunta:¿de qué depende que una mis-ma máquina pueda ser tan flexi-ble como para utilizarla en apli-caciones tan variadas, sin reque-rir de adaptación aparente?... Yalo mencionamos, depende delprograma que ejecute en deter-minado momento.

Conceptualmente, una com-putadora puede ser dividida entres secciones principales (vea lafigura 1).

1) Unidad de sistema - Es elbloque en el que se realiza la ma-yor parte del trabajo de cómpu-to. En su interior se localiza la tar-jeta principal o tarjeta madre, ala que van conectadas las tarje-tas de interface para la comuni-cación con los dispositivos de al-macenamiento (que tambiénvan en su interior) y los periféricos.

2) Periféricos de entrada dedatos - Son aquellos elementosmediante los que el usuario secomunica con la unidad de siste-ma e introduce datos e instruc-ciones. Los más importantes sonel teclado y el mouse.

3) Periféricos de salida de da-tos - Son aquellos dispositivos quepermiten al usuario recibir de ma-nera concreta los resultados delproceso informático, como son elmonitor y la impresora.

A esta organización por blo-ques o módulos que dependen yse conectan a un bloque princi-pal, la tarjeta madre, se le cono-ce como arquitectura modular,concepto de ingeniería revolu-cionario y muy poderoso que to-ma forma a nivel de estándarcon el modelo PC de IBM, segúnexplicaremos más adelante.

ANTECEDENTES DE LAS

COMPUTADORAS PERSONALES

Hacia 1940, Howard Aiken, unmatemático de la Universidad deHarvard, diseñó una máquinaque fue considerada como la pri-mera computadora digital, por-que trabajaba con estados lógi-cos y presentaba un principio deprogramación; esto es, la máqui-na podía adaptarse a distintascondiciones operativas por me-dio de instrucciones externas su-ministradas por el usuario. Sin em-bargo, se trataba de un rudimen-tario modelo construido con par-tes mecánicas, en el que la se-cuencia de instrucciones para laresolución de problemas debíaser alimentada a cada paso me-diante un rollo de papel perfora-do.

No obstane, en 1945, el mismoAiken construyó una computa-dora de programa almacenado,tomó como base los conceptosde John Von Neumann, uno delos matemáticos más notablesdel siglo. En este nuevo modelolas instrucciones eran almacena-das en una memoria interna, libe-raba así a la computadora de laslimitaciones de velocidad y lepermtía resolver problemas sin te-ner que reiniciar la operación dela máquina.

Y aunque este planteamientoera sencillo en apariencia, en lapráctica dio origen a toda una

Capítulo 18

275

Capítulo 18

La Computadora

Figura 1

revolución en los procesos ciber-néticos, pues sentó las bases teó-ricas para la construcción de má-quinas de propósito general.

El rápido avance de la tecno-logía, permitió construir la prime-ra computadora electrónica en1946, en la Universidad dePennsylvania. Esta máquina reci-bió el nombre de ENIAC, por lassiglas de Electronic Numerical In-tegrator And Computer, utilizaba18.000 válvulas de vacío y eracapaz de efectuar varios cientosde multiplicaciones por minuto,lo que representaba una veloci-dad extraordinaria para la épo-ca.

El uso del transistor en los años50, permitió no sólo compactarlos diseños de las computadoras(que por entonces empezaron aser vendidas entre las grandesempresas), sino también incre-mentar su versatilidad lógica.

En los años 60, con el desarro-llo de los circuitos integrados, pro-siguió esta tendencia hacia lacompactación e incremento dela velocidad y capacidad infor-mática de las comutadoras, a loque se sumó un relativo abarata-miento. Pero además, esta nue-va tecnología permitió incluir enuna sola pastilla de silicio, loscomponentes que constituyen elnúcleo de una computadora (launidad lógica-aritmética [ALU],los registros, los controles de di-recciones, el timer, etc., seccio-nes que originalmente se cons-truían de manera independientecon dispositivos discretos), así dioorigen a un revolucionario dispo-sitivo que actualmente es la ba-se de las computadoras persona-les: el microprocesador.

En 1969, Intel produjo un chipde memoria de 128 bytes, el demayor capacidad en su época.Como Intel tuvo éxito en el dise-ño y manufactura de este inte-grado, una compañía japonesafabricante de calculadoras, lesolicitó producir 12 diferenteschips lógicos para uno de sus di-seños. Como respuesta, los inge-nieros de Intel, más que producirlos 12 chips separados, decidie-ron incluir todas las funciones deéstos en una sola pastilla, de esta

manera dio origen a un circuitomultipropósito controlado por unprograma, aplicable entonces adiversos modelos de calculado-ras.

Esta idea representó, de he-cho, la integración de las seccio-nes de proceso de datos de unacomputadora en un solo chip, asíviene a constituir el antecedentedirecto de los modernos micro-procesadores. Justamente, el pri-mer microprocesador, el 4004,fue introducido en 1971 y teníauna bus de datos de 4 bits. Poste-riormente surgieron otros dispositi-vos, como el 8008 y el 8080, am-bos de 8 bits, lanzados exitosa-mente al mercado por Intel en1972 y 1973 respectivamente.

LAS COMPUTADORAS

PERSONALES EN LOS 70

Según mencionamos, aunquelas primeras computadoras elec-trónicas datan de finales de laSegunda Guerra Mundial y noobstante los progresos tecnológi-cos que permitieron una mejorcapacidad de cálculo, menoresdimensiones, gran almacena-miento de datos, mayor facilidadde uso, etc., prácticamente du-rante unos 40 años permanecie-ron limitadas a las grandes cor-poraciones, universidades y de-pendencias del gobierno, debi-do a los elevados costos de losequipos y a que su operación re-quería de una especialidad for-mal. No fue sino con el micropro-cesador, cuando surgieron las pri-meras computadoras de tipopersonal, dirigidas más bien a unpúblico estudiantil y aficionado.

Concretamente, gracias a laintroducción del procesador8080, un dispositivo 10 veces másrápido que el 8008 y con capaci-dad de direccionar 64kB de me-moria, la empresa MITS introdujoen 1975 un kit que es en la actua-lidad considerado como la pri-mera computadora personal: elmodelo Altair.

Esta pequeña computadoraincluía una arquitectura abierta(basada en ranuras o slots) quepermitía conectar varios adita-

mentos y periféricos de otrasmarcas, y de hecho vino a inspi-rar a otras compañías a escribirprogramas para el usuario (inclui-do el sistema operativo CP/M y laprimera versión de microsoft Ba-sic), al que le evita la necesidadde dominar ciertos lenguajes deprogramación para escribir supropio software.

También son célebres diversosmodelos de los años 70, como laTimex-Sinclair, la Atari, la Commo-dore 64, algunos diseños de IBM(poco exitosos y muy caros) y lasApple I y Apple II, de Apple Com-puter, empresa fundada por Ste-ve Wozniak y Steve Jobs en ungarage y que ha hecho historiajunto con Microsoft, IBM, Sun ymuchas más del mundo de lacomputación.

Hacia 1980 el mundo de lasmicrocomputadoras estaba do-minado básicamente por dos ti-pos de sistemas:

1) El Apple II, con un gran nú-mero de usuarios y una importan-te base de software que crecíarápidamente.

2) Un sistema más sencillo quegiraba en torno al original MITSAltair, el cual se basaba en la fi-losofía de la compatibilidad,apoyado en slots de expansión yen el empleo del sistema operati-vo CP/M.

No obstante, eran máquinasconstruidas por varias compañíasy se vendían con diversos nom-bres, aunque en esencia utiliza-ban el mismo software y el mismohardware interconectable. Preci-samente, dichos conceptos (quepor entonces no fueron aprecia-dos con toda su potencialidad)contribuyeron a sentar las basespara el surgimiento de la revolu-cionaria PC.

EL SURGIMIENTO DE LA IBM PC

Hacia fines de 1980, IBM deci-dió competir más agresivamenteen el rápidamente crecientemercado de computadoras per-sonales de bajo costo. Para ello,estableció en Florida una división

La Computadora

276

especial independiente, que noestuviera sujeta a la estructuraburocrática que representaba lapropia organización. Fue así co-mo surgió la IBM PC (IBM PersonalComputer), en agosto de 1981.

Gran parte del diseño de laPC estuvo influenciado por el Da-ta Master, un modelo anterior deIBM, cuyo diseño se basaba enpiezas sencillas, con display y te-clado integrados en la unidad.Pero además, la IBM PC tuvo unaconsiderable influencia de los es-tudios de mercado. Los diseña-dores analizaron los estándaresprevalecientes, aprendieron delos éxitos de aquellos sistemas eincorporaron en su diseño las ca-racterísticas tecnológicamentemás relevantes y de mayor difu-sión.

Con esto, la IBM pretendíaaprovechar no sólo una cierta di-námica del mercado, sino tam-bién reunir en torno a su proyec-to a fabricantes y diversas tecno-logías ya existentes, para impul-sar juntos una plataforma y esta-blecer de manera definitiva unestándar.

Por ejemplo, contrató de ma-nera externa los lenguajes y siste-mas operativos; concretamente,llegó a un acuerdo con Micro-soft, por entonces una pequeñacompañía, para incluir su sistemaoperativo DOS en sus modelos(originalmente, IBM estableciócontacto con Digital Research,creadora del sistema operativoCP/M y del actual dR-DOS, peroambas empresas no llegaron aningún acuerdo, pues se diceque el gigante azul tenía famade imponer sus condiciones;además, el propietario de Digital

no apreció las po-tencialidades delnuevo sistema, con-fiado en el gran éxi-to que habían teni-do sus productos).

LA PLATAFORMA PC

Las característi-cas originales de laIBM PC fueron las si-guientes; incluía un

microprocesador Intel 8088, con128KB de RAM (expandibles a512KB), una unidad de disco flexi-ble de 5,25 pulgadas y 360kB decapacidad (una segunda uni-dad era opcional). Y aunque launidad de sistema incluía los cir-cuitos para el manejo del monitory el teclado, estos dispositivos sevendían por separado. Su precioinicial era de alrededor de 3.000dólares, cifra que en la actuali-dad puede parecer excesiva,pero que en aquella época resul-taba reducida en comparacióncon máquina de desempeño si-milar.

En realidad, el modelo IBM PCno duró mucho en el mercado,puesto que en poco tiempo se leincorporaron varias mejoras, con-sistentes sobre todo en un mejormanejo de memoria (la cantidadmáxima permisible aumentó has-ta 1MB, aunque sólo se aprove-charon los 640kB iniciales) y en laposibilidad de incluir un disco du-ro de 10MB (equivalentes a casi30 discos de 360kB). Como resul-tado de estas pequeñas varian-tes, el estándar tomó el nombrede IBM PC-XT (Personal Compu-ter-Extended Technology); sinembargo, también aprovecha-ba los microprocesadores de 16bits y cumplía con la princiapalvirtud de la plataforma: su arqui-tectura abierta. Figura 2.

Físicamente, la arquitecturaabierta ha dependido de un busexpansión en la tarjeta madre alque se pueden conectar tarjetasy periféricos de otros fabricantes,siempre y cuando respeten el es-tándar. Esto permitió que compa-ñías diversas dedicándose al en-samblado de sus propias máqui-

nas, aprovecharan el mismo mi-croprocesador, los mismos chipscontroladores, unidades de discosimilares, etc. Y es así como sur-gen los llamados "clones" o"compatibles".

Un clon es una computadoraque en todos sus aspectos secomporta según el estándar es-tablecido por la PC de IBM, perosin la marca original y muchas ve-ces con un precio muy modera-do. Gracias a estas posibilidades,se abrió un panorama muy pro-metedor en la industria de lacomputación, a lo que contribu-yó el desarrollo de la industria desoftware, mediante programascomo procesadores de texto, ho-jas de cálculo, bases de datos,dibujo, imprenta de escritorio,juegos y otras categorías.

En la actualidad, cada vez esmás difícil precisar el término"compatible", debido a que lasdiferencias que originalmente lle-garon a existir han desaparecidoconforme el desarrollo de lasnuevas generaciones de compu-tadoras PC, las cuales inclusohan enriquecido al propio están-dar de IBM. Sin embargo, de ma-nera sencilla puede decirse queuna computadora es compatiblesi es capaz de ejecutar los pro-gramas que se han diseñado pa-ra la IBM PC, si posee una estruc-tura básica similar a la XT originaly si los protocolos de comunica-ción interna cumplen con los re-quisitos del estándar.

Cabe mencionar que la pla-taforma PC no es la única, pero síes la predominante por su ampliagama de aplicaciones, a diferen-cia de otros formatos como Ma-cintosh, Sun, Amiga, Silicon Grap-hics, etc., cuya orientación en lapráctica es más especializada,sobre todo en lo referente al tra-tamiento de gráficos.

De hecho, las máquinas PC ocompatibles abarcan aproxima-damente el 85% del mercadomundial de computadoras.

En resumen; se llama compu-tadora PC o compatible a aque-llas máquinas que están construi-das siguiendo los lineamientosmarcados por IBM y algunas

Capítulo 18

277

Figura 2

otras compañíasque han contribui-do a enriquecer elestándar y queson capaces deejecutar sin pro-blemas todos losprogramas que sehan producidopara esta platafor-ma.

Existen marcasmuy reconocidasa nivel mundial,que por su solonombre garanti-zan una totalcompatibi l idad,entre las que en-contramos a lapropia IBM, Com-paq, Acer, Dell, Di-gital Equipment,Hewlet Packard,etc.; sin embargo,las máquinas en-sambladas concomponentes in-dependientes, co-mo Printaform, La-nix, Mitac, etc. Ge-neralmente ase-guran una totalcompatibilidad.

GENERACIONES DE

COMPUTADORAS PC

Las computa-doras PC han evo-lucionado al ritmodel desarrollo delos microprocesa-dores de Intel y delos clones deriva-dos de las propiasgeneraciones deestos circuitos. La primera PC,como ya mencionamos , incluíaun circuito 8088, el cual era muyavanzado para su época, al per-mitir el manejo de datos e instruc-ciones a 16 bits (cuando lo co-mún eran palabras de 8 bits) yuna administración de memoriamuy superior a la de los micropro-cesadores de otras compañías.Sin embargo, con el tiempo semostraron diversas limitaciones

para la expansión de la platafor-ma, precisamente en el aspectodel manejo de memoria, pues el8088 sólo soportaba un máximode 1MB de RAM, lo que en princi-pio fue una magnitud extraordi-naria.

El siguiente microprocesadorque se empleó en las PC fue el80286, el cual eliminaba la barre-ra de 1MB para llegar a la impre-sionante cantidad de 16MB. Esta

característica, aunada a unamayor velocidad, periféricos másefectivos y mayor capacidad deproceso, permitió que la platafor-ma PC se convirtiera realmenteen una plataforma alternativa delos sistemas informáticos avanza-dos.

La tercera generación decomputadoras PC estuvo basa-da en el procesador 80386, el pri-mero de 32 bits y con la capaci-

La Computadora

278

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dad de un manejo de memoriapara la ejecución de dos o másaplicaciones simultáneas y sin in-terferencia mutua, característicaconocida precisamente como"memoria protegida". En esta ge-neración de microprocesadoresse apoyaron los ambientes gráfi-cos para su expansión, como elmundialmente famoso Windowsde Microsoft y el OS/2 de IBM.

La cuarta generación de má-quinas PC estuvo basada en elprocesador 486, una variantemejorada del 386, con mayor ve-locidad y capacidad para ma-

nejo de datos y con un coproce-sador matemático interconstrui-do (en las versiones DX), recursoque acelera notablemente de-terminadas aplicaciones (CAD,hoja de cálculo, etc.) que recu-rren a las operaciones de puntoflotante. La generación vigentede las PC se apoya en el Pen-tium, dispositivo que mejora no-tablemente la estructura de 32bits del 386 y 486 y que acelera lavelocidad de procesamiento dedatos, lo que ha acercado a laplataforma PC al desempeño depequeños mainframes o estacio-

nes de trabajo, computadorasmuy sofisticadas para aplicacio-nes específicas. En 1997 apare-cieron las primeras máquinas ba-sadas en el procesador de Intel,el P6 o Pentium Pro, lo que sentólas bases para la sexta genera-ción de computadoras PC.

En la tabla 1 se muestra un re-sumen de las características másimportantes de las máquinas PC,según la generación del micro-procesador empleado. Lógica-mente, el incremento de presta-ciones obedece al desarrollo deestos circuitos integrados.

Capítulo 18

279

El Hardware de una Computadora

Se puede decir que una com-putadora es una “colecciónsin vida de placas metálicas

y plásticas, cables y pedacitosde silicio”.

Al prender la máquina con latecla Encender, una pequeñacorriente eléctrica -de 3 a 5 voltde tensión, aproximadamente-desencadena una serie de fenó-menos para que dicho conjuntode elementos que permanecíacomo un exagerado peso muer-to, cobre mágicamente, vida.

Ya encendida, la PC inicia unciclo bastante simple; un sensorprimitivo verifica el funcionamien-to de las partes instaladas, comosi fuera un paciente que se recu-pera de un coma y desea com-probar si sus brazos y piernas res-ponden eficazmente, pero nopuede ni levantarse.

Una PC es un conjunto de pie-zas muertas que recobra vidacuando se la pone en marcha, yes capaz de ejecutar una tareade acuerdo con las instruccionesdadas por el operador.

Una vez que se ha terminadoel proceso de inicialización, la PCno hace algo útil, algo por lo quemerezca juzgársela "inteligente".Cuando mucho, recién encendi-da la PC está en condiciones detrabajar con inteligencia con laayuda de un operador -entende-mos aquí por inteligencia una for-

ma del sistema operacional queotorga una estructura existencialprimitiva-.

Luego se debe poner en mar-cha un software aplicativo, es de-cir, programas que instruyen a laPC sobre cómo realizar tareas rá-pidamente o con más exactitudde la que lograríamos nosotros.

No todos los tipos de compu-tadoras deben pasar por este“tortuoso” renacimiento luegodel encendido.

Muchas computadoras reco-bran vitalidad total en cuanto es-tán encendidas; la cuestión esque a muchas de este tipo no lasconsideramos como tales, comopor ejemplo las calculadoras, elencendido electrónico del auto,el temporizador del horno a mi-croondas o el programador com-pacto de videocasete, los cualestambién son computadoras.

La diferencia con la gran cajaque hay sobre su mesa está enlas conexiones físicas. Las compu-tadoras construidas para realizarapenas una tarea -en la que sonmuy eficientes, por cierto- tienenconexiones fijas.

AUTOTEST DE

FUNCIONAMIENTO

Luego de encendida la PC,para funcionar debe ejecutar unsistema operacional, pero antesde hacerlo precisa asegurarse

que todos los componentes de“hardware” (partes mecánicas,eléctricas y electrónicas que per-miten la comunicación entre elprocesador central o unidad deprocesamiento y el exterior) esténoperando y que la CPU (unidadcentral de procesamiento) y lamemoria estén funcionando co-rrectamente. De esto se ocupa elautotest de contacto o POST (po-wer-on self test, en inglés).

Lo primero que hace el POST,cuando encendemos la compu-tadora, es comunicarnos cual-quier problema de los compo-nentes. Cuando el POST detectaun error en el monitor, en la me-moria, en el teclado o en algúnotro componente básico, lo infor-ma desplegando un mensaje enel monitor o, si el monitor es partedel problema, con una serie debips. En general los bips no resul-tan tan claros como los mensajesen pantalla, para indicar errores.Avisan, en forma general, sobrela dirección del componente conproblemas. La ejecución de un“bip” mientras se cargan los co-mandos de DOS significa que elPOST ha testeado todos los com-ponentes. Pero cualquier otracombinación de bips cortos o lar-gos anuncia problemas. Tambiénla ausencia total de bips indicaalgún problema.

Para saber si existe algún pro-blema de hardware o configura-

ción de partes, al encender unaPC se ejecuta un programa deautotesteo. Por medio de sonidos(bips) o mensajes en pantalla, eloperador puede saber si existenproblemas o errores.

La tabla 1 muestra cómo tra-ducir bips en mensajesde error. Un bip corto seidentifica como (*), mien-tras que un bip largo sesimboliza con (-). Si noaparece mensaje deerror ni emite bips, signifi-ca que todos los compo-nentes de hardware es-tán funcionando comodeben.

El POST es capaz dedetectar apenas los tiposmás generales de erro-res. Aclarará si una uni-dad de disco que debie-ra estar instalada no loestá, pero no determina-rá si hay problemas deformateado en la uni-dad.

En principio, el POSTno parece extremada-mente útil, porque las PCtienen un funcionamien-

to tan confiable que raramente elPOST dispara una alarma. Sus be-neficios son tan discretos comofundamentales. Sin él nunca sa-bríamos a ciencia cierta la capa-cidad de la PC para realizar sustareas con precisión y confiabili-dad.

EL PRIMER

AUTOTEST

Al encender laPC, aparece unaseñal eléctricaque sigue un ca-mino programadohacia la CPU paradepurar los datosremanentes quepuedan haberquedado en losregistros internosde los chips (cir-cuitos integrados).La señal “reinicia”un registro de laCPU llamado con-tador de progra-ma ubicándolo enun número especí-fico. En el caso dec o m p u t a d o r a santiguas tipo AT omás recientes, elnúmero hexadeci-mal en que que-da ubicado dicho

contador de programa es F000(vea la figura 1, donde se ilustratodo lo concerniente a este pá-rrafo). El número en el contadordel programa indica a la CPU ladirección de memoria a la quedeberá recurrir para ejecutar lapróxima instrucción. En este caso,

emprenderá el iniciode un programa deinicialización (boot),almacenado perma-nentemente a partirde la dirección F000en un conjunto dechips de memoria delectura ROM única-mente, que contieneun sistema básico deentrada y de salidade la PC (BIOS).

La CPU utiliza unadirección para locali-zar y activar el pro-grama de inicializa-ción del BIOS en lamemoria de lecturasolamente (ROM), laque a su vez activauna serie de verifica-ciones en el sistema,conocidas como testautomático de cone-


280

TABLA 1

BIPS MONITOR AREA CON PROBLEMA

Ninguno nada energía

Ninguno apenas el cursor energía

Ninguno línea de comando DOS audio

* línea de comando DOS normal

* pantalla en Basic disco rígido

*- nada monitor

** nada monitor

** código de error otra, en general la memoria

Diversos * código de error 305 teclado

Diversos * cualquier mensaje energía

Bips continuos cualquier mensaje energía

-* cualquier mensaje placa de sistema

-** cualquier mensaje monitor

-*** cualquier mensaje monitor

Fig. 2

Fig. 1

xión o POST. La CPU pri-meramente comprue-ba su propio funciona-miento con el POST quelee códigos, controlaposiciones y comparalos registros que perma-necen invariables, talcomo podemos obser-var en la figura 2. Paraello, la CPU envía seña-les a través de un ban-co del sistema com-puesto por todos los cir-cuitos que conectan atodos los componentesentre sí, para garantizarque están todos funcio-nando correctamente(placas adicionales,conexiones con impre-soras, detección delmouse, etc). Lo dichose ilustra en la figura 3.

Las PC más anti-guas (XT, AT) contienenun núcleo de lenguajedel tipo BASIC en laROM, la cual es verifi-cada al mismo tiempoque la CPU verifica laprecisión del sistema,responsable de que to-das las funciones de laPC operen sincroniza-da y ordenadamente(figura 4).

Posteriormente seejecuta una rutina don-de el POST verifica lamemoria contenida enla placa de video y lasseñales de video quecontrolan el monitor.Luego, hace que el có-digo de BIOS de la pla-ca de video se integreal BIOS total del sistemay configura la memoria(figura 5). A partir de di-cho instante, debe co-menzar a aparecer algoen la pantalla.

El POST testea una se-rie de elementos paragarantizar que los chipsde la RAM estén funcio-nando adecuadamen-te. La CPU escribe datosen cada chip, los com-para con los que le hanenviado los chip inicial-

mente (figura 6). Un balan-ce dinámico de la canti-dad de memoria que estásiendo verificada apareceen el monitor durante estetest.

La CPU también debeverificar si el teclado estáconectado correctamen-te y si las teclas accionan.En la figura 7 podemos vereste proceso.

El POST envía señales através de caminos especí-ficos del banco hacia lasunidades de disco y espe-ra una respuesta para de-teminar cuáles son las uni-dades disponibles (fig. 8).Con el advenimiento delas nuevas PC (AT y supe-riores), los resultados de lostests POST se comparancon un registro desde unchip CMOS específico,que contiene el registro ofi-cial de todos los compo-nentes instalados, tal co-mo se puede observar enla figura 9. Esto facilita latarea de verificación decomponentes instalados.

Hay sistemas que con-tienen componentes po-seedores de BIOS propios,como algunas placas con-troladoras de discos o có-digo de BIOS reconocidose incorporados como par-te del BIOS del propio siste-ma y de la utilización de lamemoria (figura 10). LasPC más recientes ejecutanuna operación Plug andPlay (encienda y use) paradistribuir recursos del siste-ma entre diferentes com-ponentes.

Luego de la verifica-ción, la PC está lista parael próximo paso del proce-so de inicialización: “car-gar un sistema operacio-nal en disco”.

EL DISCO DE INICIALIZACIÓN

Una computadora per-sonal no realiza nada útil ano ser que ejecute un siste-ma operacional que es el

Capítulo 18

281

Fig. 4

Fig. 3

Fig. 6

Fig. 5

Fig. 7

“programa” que permiteque la PC use otros progra-mas. Pero antes de ejecu-tar un sistema operacio-nal, la PC requiere instalar-lo en disco hacia la me-moria de acceso aleatorio(RAM). Lo hace a travésdel bootstrap, o simple-mente boot, un pequeñotrecho de código, que for-ma parte permanente dela PC.

Se llama bootstrap por-que permite que la PC rea-lice algo por sí sola, sin nin-gún sistema operacionalexterno. Desde ya, no harámuchas cosas. En realidad,tiene apenas dos funcio-nes: ejecutar un POST (des-cripto anteriormente) ybuscar un sistema opera-cional en la unidad de dis-co. Cuando completa es-tas operaciones, el bootinicia el proceso de lecturade los archivos del sistemaoperacional y los copia enla memoria de accesoaleatorio.

Debemos aclarar por-que se debe realizar estetrabajo y no simplemente ejecu-tar un porograma específico. Al-gunas computadoras simples oespecializadas lo hacen. Los pri-meros modelos usados para jue-gos, como el Atari 400 y 800 o lacomputadora de Hewlett'Pac-kard LX95 contienen sistemas ope-racionales permanentes.

El LX95 incluye también un pro-grama, el Lotus 1-2-3 en un micro-circuito especial. Pero en la ma-yoría de los casos, el sistema ope-racional se carga en disco pordos razones.

Por un lado es más fácil actua-lizar el sistema operacional cuan-do es cargado en el disco. Porejemplo, cuando una empresacomo Microsoft (que hace el MS-DOS y el Windows 98, los sistemasoperacionales más usados en PC)decide adicionar nuevas funcio-nes o corregir defectos, simple-mente edita un nuevo conjuntode discos. A veces solamente ne-cesita de un único archivo quecorrige una falta en el sistemaoperacional. Es más barato para

Microsoft distribuir un sistema ope-racional en disco que proyectarun nuevo microcircuito que con-tenga un sistema operacional. Pa-ra los usuarios de computadoras,es más fácil instalar un nuevo siste-ma operacional en disco quecambiar microcircuitos.

El programa de inicialización osistema operativo, generalmentees grabado en el disco rígido y noen memorias ROM, lo cual permi-te modificarlos o cambiarlos confacilidad, sin necesidad de tenerque cambiar microchips.

Por otro lado, para car-gar el sistema operacionalen disco, los usurios dispo-nen de sistemas operacio-nales alternativos.

La mayoría de las PCconstruidas con micropro-cesadores de Intel usan MS-DOS y sistemas operaciona-les alternativos, como Win-dows NT, Windows 98 (o Mi-lenium), OS/2, DR DOS oUnix. En algunas configura-ciones de PC, usted mismoseleccionará a su gustocuál sistema operacionalusará cada vez que en-cienda su computadora.En nuestros ejemplos, usare-mos el MS-DOS.

EL PROCESO DE LA

INICIALIZACIÓN

Despues del Test POSTsobre todos los compo-nentes de hardware de laPC, el programa de iniciali-zación (boot) contenidoen los chips de BIOS de laROM verifica la unidad Apara verificar si contiene

un disquete formateado (figura11).

Si hubiera un disquete en launidad, el programa busca locali-zar específicamente en el discolos archivos que componen lasprimeras dos partes del sistemaoperacional. Lo común es que es-tos archivos no se registren porqueestán marcados con un atributoespecial que los oculta al coman-do DIR del DOS. para sistemas MS-DOS, los archivos se denominanIO.SYS y MSDOS.SYS.

En las computadoras IBM, losarchivos son denominados IBM-


282

Fig. 8

Fig. 10

Fig. 9

Fig. 11

BIO.COM e IBMDOS.COM. Si launidad de disquete estuviera va-cía, el programa de inicializaciónbusca en el disco rígido C los ar-chivos del sistema. Si un disco deinicialización no contiene los ar-

chivos, el programa deinicialización envía unmensaje de error.

Luego de localizar undisco con los archivosdel sistema, el programade inicialización lee losdatos almacenados enel primer sector del discoy copia las informacio-nes en posiciones espe-cíficas de la RAM (figura12). Estas informacionesconstituyen el registro deinicialización del DOS. Elregistro de inicializaciónse encuentra localizadoen cada disco forma-teado. Tiene apenas 512bytes, lo suficiente parainiciar la carga de losdos archivos ocultos delsistema. Después que elprograma de inicializa-ción del BIOS se cargaen el registro de iniciali-zación, en dirección he-xadecimal 7C00, en lamemoria, el BIOS cedelos controles al registrode inicialización queejecutará las instruccio-nes a partir de aquelladirección.

A partir de ese ins-tante, el registro de ini-cialización asume elcontrol de la PC y cargael IO.SYS en la memoriade lectura y escritura(RAM). El archivo IO.SYScontiene extensionesdel BIOS y la ROM e in-cluye una rutina llama-da SYSINIT que gobiernalo que resta de la inicia-lización (figura 13). Des-pués de cargado elIO.SYS, el registro de ini-cialización ya no es ne-cesario y lo sus-tituye la RAMpor otros códi-gos.

La rutina SY-SINIT asume elcontrol del pro-

ceso de inicialización ycarga el MSDOS.SYS enla RAM. El archivo MS-DOS.SYS trabaja juntocon el BIOS para gober-

nar archivos, ejecutar programasy responder las señales del hard-ware (figura 14).

Desde DOS, el SYSINIT busca enel directorio raíz del disco de ini-cialización, un archivo llamadoCONFIG.SYS. Si existe, el SYSINITinstruye el MSDOS.SYS que ejecutelos comandos de este archivo. ElCONFIG.SYS es un archivo creadopor el usuario. Sus comandos indi-can al sistema operacional cómorealizar ciertas operaciones; porejemplo, indicará cuántos archi-vos se abrirán simultáneamente.Posiblemente, el CONFIG.SYS con-tenga instrucciones para cargardrivers de dispositivos. Drivers dedispositivos son archivos que con-tienen un código para extender lacapacidad del BIOS en control dememoria o elementos de hardwa-re (vea la figura 15). El SYSINIT or-dena que el MSDOS.SYS cargue elarchivo COMMAND.COM. Este ar-chivo del sistema operacionalreúne tres partes. Una es una ex-tensión de las funciones de entra-da/salida. Esta parte se carga enmemoria con el BIOS y asume par-te del sistema operacional (figura16).

La segunda parte del COM-MAND.COM contiene los coman-dos internos del DOS: DIR, COPY yTYPE. Se carga en la extremidadsuperior de la RAM convencional,accesible a programas aplicati-vos, si precisaran de memoria (fi-gura 17).

La tercera parte del COM-MAND. COM, apenas se usa yqueda abandonada. Esta partebusca en el directorio raíz un ar-chivo llamado AUTEXEC.BAT (figu-ra 18), creado por el usuario conuna serie de comandos de claseDOS, contiene el o los nombres deprogramas que el usuario deseaejecutar cada vez que enciende

Capítulo 18

283

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

la computadora. Ahora, la PC es-tá totalmente inicializada y listapara usar.

CONEXIÓN DE PERIFÉRICOS

Trataremos el tema: “Conexiónde Periféricos”, desde el clásico“Plug and Play” hasta el funciona-miento de los componentes inter-nos que le permitirán tener unaidea más acabada sobre el fun-cionamiento de su PC. Si bienqueda por sobreentendido cómofunciona el disco de inicialización.

CÓMO FUNCIONA EL PLUG

AND PLAY

Hasta hace poco, era difícilcomprar una placa de extensiónpara la computadora sin que secreara un problema de compati-

bilidad con los demáscomponentes, ya presen-tes en el sistema. Estos pro-blemas aparecían porquecada componente necesi-ta comunicarse con el pro-cesador y con otros perifé-ricos a través de muy po-cos canales de comunica-ción, llamados recursos delsistema. Una interrupciónes uno de estos recursos.

Otro recurso del sistema es una lí-nea directa con la memoria, laDMA (acceso directo a la memo-ria).

Como sugiere el nombre, unainterrupción obliga interrumpir loque se está haciendo o procesan-do, para atender otra solicitud. Sidos dispositivos usan, al mismotiempo, idéntica interrupción, elprocesador no puede diferenciarcuál está solicitando atención. Sidos dispositivos usan la mismaDMA, se sobrepondrán los datosalmacenados en memoria. Cuan-do esto ocurre se origina conflic-to.

En la época difícil de las PC -década de los ochenta y mitadde los noventa- había dos mane-ras de evitar los conflictos. Unaexigía ser muy cuidadoso: tenerun registro completo de todos losrecursos empleados por cada dis-

positivo en la PC. Nadie lo tenía.La mayoría conectaba una nue-va placa de expansión y observa-ba si todo andaba bien. Si apare-cían problemas de funcionamien-to -como era común- removía elnuevo dispositivo y reiniciaba to-do nuevamente. Esto implicabaalterar algunas claves, modificarlos recursos que el dispositivo usa-ba, conectar nuevamente y verifi-car si funcionaba y repetir el pro-ceso hasta dar con una combina-ción que funcionara. Ahora hayuna forma más apropiada. Mu-chas empresas de PC, incluidaslas influyentes Microsoft e Intel,acordaron un sistema llamado,con optimismo, Plug and Play (en-cienda y use).

En teoría, si todos los dispositi-vos de su PC obedecen el patrón(tutor) Plug and Play, el BIOS (sis-tema básico de entrada), variosprogramas del sistema y los dis-positivos propios trabajarán auto-máticamente en mutua coopera-ción, esto garantiza que ningunode ellos disputará los mismo re-cursos al mismo tiempo.

No todos los componentesemplean el Plug and Play. Ustedprocúrese este patrón al comprarcomponentes.

Antes del Plug and Play, adi-cionar hardware exigía desco-nectar el sistema antes de instalar.Plug and Play permite intercam-biar dispositivos dinámicamente,sin desconectar (proceso llamadohot swapping en inglés). Lo mismose hace con otras PC portátilesque usan tarjetas PCMCIA (Tarje-tas PC, figura 19).

La ventaja es que la PC, suBIOS, los períféricos y el sistemaoperacional tienen como soporteel Plug and Play. Desinteresada-mente, muchos fabricantes de PCy de componentes toman comomodelo prototipo el Plug andPlay. El Windows 98 ofrece mu-chos drivers Plug and Play queotras empresas pueden usar. Detodas maneras, los fabricantes noestán obligados a usar este pa-trón. Pero es un gran paso paraactualizar sin complicaciones (fi-gura 20).


284

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

Capítulo 18

285

INSTALACIÓN DEL SISTEMA

PLUG AND PLAY

Cuando se instala un sistemaPlug and Play, el principal árbitroentre el software y el hardware, elBIOS (sistema básico de entraday salida), es el primer componen-te que asume los controles. ElBIOS busca todos los dispositivosque precisa -ya sea una placa devideo, el teclado o una unidadde disquete-, de manera que laPC opere adecuadamente.

El BIOS identifica estos disposi-tivos basado en sus identificado-res inequívocos, que son códigoscolocados permanentemente enlas ROMs (memorias sólo de lec-tura) de los dispositivos. El BIOS,

entonces, envíalos datos haciael sistema ope-racional.

El sistemaoperacional eje-cuta drivers es-peciales, deno-minados enume-radores -progra-mas que actúande interfacesentre el sistema

operacional y los diferentes dis-positivos.

Hay enumeradores de barra,enumeradores para un tipo espe-cial de barra llamados SCSI (eninglés: small computer system in-terface, interface de sistema pa-ra pequeñas computadoras, figu-ra 21), enumeradores de puertasy otros. El sistema operacional so-licita a cada enumerador queidentifique qué dispositivos va acontrolar el numerador y qué re-cursos precisa.

El sistema operacional recibelas informaciones de los enume-radores y las almacena en un ár-bol de hardware, que es un ban-co de datos almacenados enRAM. El sistema operacional exa-minará este árbol de hardware

para arbitrar los recursos. En otraspalabras, después de almacena-das las informaciones, el sistemaoperacional decide qué recursos-interrupciones (IRQs), por ejem-plo- dirigir hacia cada dispositivo.El sistema informará a los enume-radores los recursos que dirigióhacia sus respectivos dispositivos.

Los enumeradores guardan lainformación de alojamiento derecursos en microscópicos regis-tros programados en el periférico,que es una especie de borradordigital localizado en unos chipsde memoria.

Finalmente, el sistema opera-cional busca los drivers de dispo-sitivos apropiados.

Un driver de dispositivo es unpequeño código adicional queinstruye al sistema operacionalsobre características del hardwa-re que precisa. Si el sistema noencuentra el driver necesario, so-licita que el usuario lo instale.

El sistema carga entonces to-dos los drivers de dispositivo ne-cesarios e informa en cada casoqué recursos está usando. Los dri-vers de dispositivo inicializan susrespectivos dispositivos y el siste-ma completa la inicialización.

Fig. 21

La Electrónica de las ComputadorasFUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR

En la figura 1 se da un corte es-quemático de un transistor quepermite comprender su funciona-miento. En dicha figura podemoshacer las siguientes observacio-nes:

1) Una pequña carga positivaes enviada por el conducto dealuminio que va hasta el transistor.La carga positiva es transferida auna cámara conductiva de polisi-licio recubierta interiormente pordióxido de silicio aislante.

2) La carga positiva atraeelectrones cargados negativa-mente a una base de silicio tipo P(positivo) que separa dos cáma-ras de silicio tipo N (negativo).

3) El flujo de electrones de sili-cio tipo P, crea un vacío electróni-co que es rellenado por electro-

nes venidos de otro conductor lla-mado fuente. Además de rellenarel vacío de silicio tipo P, los elec-

Figura 1

La Electrónica de las Computadoras

286

trones de fuente también fluyenpor un conductor semejante lla-mado drenador, completa el cir-cuito y conecta el transistor de fo-ma que represente un bit 1. Si unacarga negativa es aplicada al po-lisilicio, los electrones de fuenteson repelidos y el transistor se des-conecta.

4) Millares de transistores secombinan en una pequeña lámi-na de silicio. Esta lámina insertadaen un soporte plástico se liga aconductores metálicos que am-plían el tamaño y posibilitan elcontacto del chip a otras partesdel circuito del computador. Losconductores llevan las señaleshasta el chip y envían señales des-de el chip hasta otros componen-tes del computador.

FUNCIONAMIENTO DE

UNA MEMORIA RAM

Lo que denominamos Memo-ria de Acceso Aleatorio (RAM) sonchips que representan para lacomputadora lo que una tela enblanco es para un artista.

Para que una PC haga cual-quier cosa útil, precisa accionarprogramas de disco hacia la RAM.Los datos contenidos en docu-mentos, planillas, ilustraciones,bancos de datos o cualquier tipode archivo también deben alma-cenarse en la RAM, aunque sólomomentáneamente, para que elsoftware use el procesador quemaneja estas informaciones.

Independientemente del tipode datos que maneja una com-putadora, por más complejo que

nos parezcan, para la PC esos da-tos sólo existen como 0 y 1.

Los números binarios son lalengua propia de las computado-ras porque hasta la mayor y máspoderosa computadora es enesencia una colección de llaves:una llave abierta representa un 0,una cerrada representa un 1.

Esto es lo que a veces se men-ciona como "lenguaje de máqui-na de una computadora". A partirde este sistema numérico, que esel más simple de todos, la compu-tadora construye representacio-nes de millones de números, cual-quier palabra en cualquier idiomay centenas de miles de colores yformas.

Ya que no todas las personasson expertas en notación binaria,como las computadoras, todos losnúmeros binarios aparecen en lapantalla bajo alguna forma com-prensible, generalmente como re-presentación alfabética o núme-ros decimales. Por ejemplo, cuan-do digitamos una A mayúscula, elsistema operacional y el softwareusan una convención llamada AS-CII, en la que a determinados nú-meros corresponden ciertas letras.Una computadora es esencial-mente un manipulador de núme-ros y acorde a su condición demáquina, es más fácil para lacomputadora manejar númerosbinarios. Pero a los programadoresy usuarios en general les es más fá-cil usar números decimales. La Amayúscula corresponde al núme-ro decimal 65, la B al 66, la C al 67y así sucesivamente. En el corazón

de la computadora esos númerosson almacenados en sus equiva-lentes binarios.

Estas notaciones binarias relle-nan los discos y la memoria de laPC. Pero hasta conectar la com-putadora, la RAM está vacía.

La memoria es rellenada con 0o 1 traídos del disco o creados porel trabajo que hacemos en lacomputadora. Cuando se desco-necta la PC, todo el contenido dela RAM desaparece. Algunos tiposrecientes de chips de RAM retie-nen cargas eléctricas al desco-nectar la computadora, pero lamayoría de los chips de memoriafuncionan solamente conectadosa una fuente de electricidad y re-nuevan continuamente los miles ymillones de cargas eléctricas indi-viduales que componen los pro-gramas y los datos almacenadosen la RAM.

COMO SE ESCRIBEN LOS DATOS

EN UNA RAM

En la figura 2 se ejemplifica laescritura de datos en una RAM. Lasecuencia de pasos es la siguien-te:

1) El software, en combinacióncon el sistema operacional, envíaun pulso de electricidad a travésde una línea de dirección, que esun trozo microcóspico de materialeléctricamente conductivo, gra-bado en un chip de RAM. Este pul-so identifica dónde registrar losdatos entre muchas líneas de di-rección en el chip de la RAM.

2) En todas las posiciones dememoria en un chip de RAM don-de los datos sean almacenados,el pulso eléctrico conecta (o cie-rra) un transistor que está conec-tado a una línea de datos. Untransitor es esencialmente una lla-ve eléctrica microscópica.

3) Mientras los transistores es-tán conectándose, el software en-vía pulsos de electricidad por lí-neas de datos seleccionadas. Ca-da pulso representa un bit (un 1 oun 0), en el lenguaje propio de losprocesadores: la menor unidadde información que maneja unacomputadora.

4) Cuando el pulso eléctrico

Figura 2

estimula una línea de dirección ala que un transistor está conecta-do, el pulso fluye a través del tran-sistor conectado y carga un capa-citor (dispositivo electrónico quealmacena electricidad). Este pro-ceso se repite continuamente pa-ra renovar la carga del capacitor,caso contrario se descargaría.

Cuando se desconecta lacomputadora, todos los capacito-res pierden sus cargas.

A lo largo de la línea de direc-ción, cada capacitor cargado re-presenta un bit 1. Un capacitordescargado representa un bit 0. LaPC usa bits 1 y 0 como números bi-narios para almacenar y manejarlas informaciones.

Como una computadora traba-ja solamente con números bina-rios, una A mayúscula se almace-nará en la RAM y en el disco rígidocomo el número binario 01000001(que es la codificación de dichaletra A). La B mayúscula como01000010. Esto ilustra que la letra Amayúscula se almacena como unbyte en un chip de RAM.

El primero de estos ocho capa-citores a lo largo de la línea de di-rección no contiene carga algu-na, el segundo capacitor está car-gado, los cinco siguientes no tie-nen carga y el octavo capacitorestá cargado.

COMO SE LEEN LOS DATOS

DESDE UNA RAM

En la figura 3 se grafica la for-ma en que se leen los datos desdeuna memoria RAM. Para tal proce-so, se cumple la siguiente secuen-cia:

1) Cuando el software debeleer datos almacenados en RAM,envía otro pulso eléctrico por la lí-nea de dirección, una vez cerra-dos los transistores conectados aella.

2) A lo largo de la línea de di-rección, cuando haya un capaci-tor cargado, se descargará a tra-vés del circuito creado por los tran-sistores cerrados y enviará pulsoseléctricos por las líneas de datos.

3) El software reconoce las lí-neas de datos; en las que vienen

pulsos, interpreta cada pulso co-mo un 1 y en las que no se ha en-viado pulso, interpreta cada faltacomo un 0. La combinación de 1 y0 de estas líneas de datos forma unúnico byte de datos.

COMO FUNCIONA UN

MICROPROCESADOR

El microprocesador que com-pone la unidad central de proce-samiento de la computadora, oCPU, es su cerebro, su mensajero,su maestro y su comandante. To-dos los demás componentes (laRAM, el disco rígido, el monitor,etc.) están solamente para esta-blecer el contacto entre el proce-sador y el usuario. Reciben sus da-tos, los pasan al procesador parasu manipulación y luego se presen-tan los resultados. En la mayoría delas PC actuales, la CPU no es el úni-co microprocesador ya que exis-ten coprocesadores en placasaceleradoras de video para Win-dows y placas de sonido, que pre-paran los datos que se deben mos-trar y los datos de sonido para ali-viar a la CPU de parte de su carga.

También hay procesadores es-peciales, como los del interior delteclado, que tratan señales proce-dentes de una secuencia de te-clas presionadas, realizan tareasespecializadas para abastecer dedatos a la CPU u obtenerlos desdeella, etc. En esta nota, veremos co-mo realmente funciona el micro-procesador.

El procesador de alto desem-peño comúnmente utilizado en la

actualidad es el chip Pentium (laversión III es la más empleada) deIntel.

En un chip de silicio de aproxi-madamente una pulgada cuadra-da (un cuadrado de aproximada-mente 2,5cm de lado), el Pentiumencierra 3,1 millones de transistoreso diminutas llaves electrónicas.

Todas las operaciones del Pen-tium se realizan por señales queconectan o desconectan diferen-tes combinaciones de estas llaves.En las computadoras, los transisto-res se usan para representar “0” y“1”, los dos números que pertene-cen al sistema de numeración bi-naria. Estos 0 y 1 se conocen co-múnmente como bits. Varios gru-pos de estos transistores forman lossubcomponentes del Pentium.

La mayoría de los componen-tes del Pentium están proyectadospara mover rápidamente datosdentro y fuera del chip y asegurarque las partes del Pentium no que-den inactivas porque aguardanmás datos o instrucciones. Estoscomponentes reciben el flujo dedatos y de instrucciones para elprocesador, interpretan las instruc-ciones de manera que el procesa-dor pueda ejecutarlas y devuel-ven los resultados a la memoria dela PC.

Lo ideal es que el procesadorejecute una instrucción con cadaoscilación de reloj del computa-dor, que regula la velocidad conque el sistema funciona.

El Pentium ostenta evoluciones,comparado con su antecesor, elprocesador 80486 de Intel, que ga-rantizan que los movimientos de

Capítulo 18

287

Figura 3

datos y de instrucciones a travésdel Pentium se harán lo más rápi-damente posible. Una de las modi-ficaciones más importantes estáen la Unidad Lógico-Aritmética(ULA). Imagine a ULA como un tipode cerebro dentro del cerebro. LaULA realiza todos el tratamiento dedatos que contengan enteros, osea: números enteros como 1, 23,610,234 o -123. El Pentium es el pri-mer procesador de Intel que tienedos ULA, de manera que procesados conjuntos de números al mis-mo tiempo. Como el 486, el Pen-tium posee una unidad de cálculopor separado, optimizada paratratar número en punto fluctuante,es decir: números con fraccionesdecimales como 1,2; 35,8942; 0,317o -93,2. Otra diferencia significati-va sobre el 486 es que el Pentiumrecibe datos a 64 bits por vez,mientras que la vía de datos del486 es de 32 bits. En tanto el 486posee una área de almacena-miento llamada de cache, quecontiene 8 kilobytes de, el Pentiumposee dos memorias “caches” de8k.

Una para los datos y otra paralos códigos de las instrucciones,ambas proyectadas para gantizarque la ULA esté constantementeabastecida con los datos de lasinstrucciones que precisa para ha-

cer sus tareas. En muchas opera-ciones, el Pentium ejecuta un pro-grama dos veces más rápidamen-te que el 486. Pero el potencialcompleto del Pentium no se apro-vecha en su totalidad, a menosque el programa se haya creadoespecialmente para usar las ca-racterísticas del procesador Pen-tium.

EL MICROPROCESADOR

Damos a continuación, las refe-rencias correspondientes a la figu-ra 4.

1) Una parte del Pentium, lla-mada unidad de interface con elbus o barra (BIU), recibe los datos ylos códigos de instrucciones dememoria de acceso aleatorio(RAM) de la computadora. El pro-cesador está conectado a la RAMa través de los circuitos de la placamadre de la PC, conocidos comobus, palabra de origen inglés. Losdatos se trasladan hacia el proce-sador a 64 bits por vez.

2) La unidad que actúa de in-terface con el bus envía datos ycódigos por dos vías separadasque reciben, cada una, 64 bits porvez. Una vía conduce la unidad dealmacenamiento de 8k, o cache,usados para los datos.

La otra vía conduce una ca-che idéntica, usada exclusivamen-te para el código que indica alprocesador lo que hará con losdatos. Los códigos y datos perma-necen en las dos caches hastaque el procesador los precise.

3) Mientras el código aguardaen su cache, otra parte de la CPU,llamada unidad de previsión dedesvío inspecciona las instruccio-nes y determina cuál de las dosunidades lógico-aritméticas (ULA)los tratará más eficazmente. Estainspección garantiza que una delas ULA no quede esperando mien-tras la otra termina de ejecutaruna instrucción.

4) El almacenamiento tempo-rario de “prebúsqueda” de instruc-ciones recupera el código identifi-cado por la unidad de presión y launidad de decodificación traduceel código de programa como ins-trucciones que la ULA entenderá.

5) Si es preciso procesar núme-ros de punto fluctuante -númeroscon fracciones decimales, como23,7- pasarán a un procesador in-terno especializado, llamado uni-dad de punto fluctuante.

6) En el interior de la unidad deejecución, dos unidades lógico-aritméticas procesan exclusiva-mente todos los datos de enteros.Cada ULA recibe instrucciones dehasta 32 bits cada vez de la uni-dad de decodificación.

Cada ULA procesa sus propiasinstrucciones y usa simultánea-mente datos levantados del ca-che de datos, desde una especiede borrador electrónico llamadode registros.

7) Las dos unidades lógico-arit-méticas y la unidad de punto fluc-tuante envían los resultados de suprocesamiento para el cache dedatos. El cache de datos envía losresultados hacia la unidad de in-terface con el bus que, a su vez,envía los resultados a la RAM. *****

La Electrónica de las Computadoras



Figura 4

SSAABBEERR


OsciloscopioFuncionamiento y OperaciónOsciloscopioFuncionamiento y OperaciónOsciloscopioFuncionamiento y Operación

TEOREMAS

DE RESOLUCIÓN

DE CIRCUITOS


MANEJO DEL OSCILOSCOPIO

Qué es un osciloscopio.....291

Principio de funcionamiento

del osciloscopio .................291

Tipos y marcas de

osciloscopios ......................291

Controles típicos de un

osciloscopio........................292

Conexiones de señal ........293

Mediciones de carácter

general................................294

Mediciones en audio

y video ................................295

La función Delay................296

TEORIA DE CIRCUITOS (II)

Principio de sustitución .....297

Teorema de Millman .........297

Teorema de la máxima

transferencia de energía .....298

Teorema de

la reciprocidad ..................298

Métodos de resolución

de circuitos .........................299

Planteo de las

ecuaciones.........................299

MONTAJE COMPLETO DE

UNA COMPUTADORA

Partes de una computadora

básica .................................300

Gabinete y fuente

de poder.............................301

Tarjeta madre.....................301

Microprocesador ...............301

Disipador de calor.............302

Frecuencia y tensión

de operación.....................302

Memoria RAM

y Caché..............................303

Ensamblado de la

unidad de sistema.............303





QUÉ ES UN OSCILOSCOPIO

Aunque por mucho tiempo elosciloscopio estuvo confinado alaboratorios de investigación ycentros de enseñanza, en pocoslustros se ha convertido en un ins-trumento indispensable para el tra-bajo electrónico de taller, debidoa la mayor complejidad de losequipos modernos, cuyo serviciorequiere de técnicas más rigurosasde análisis y ajuste.

El osciloscopio es un instrumen-to que permite visualizar el com-portamiento de las señales elec-trónicas en función del tiempo (for-ma de onda), con lo que es posi-ble inferir el papel específico de uncircuito, así como su desempeño,así permite diagnósticos y medi-ciones que no pueden realizarsepor otros medios. Por ejemplo, veala figura 1, en la cual se muestrauna señal tipo senoidal en la partesuperior y una señal cuadrada enla parte inferior.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

DEL OSCILOSCOPIO

El fundamento de operaciónde este instrumento de medición yanálisis, es similar al de los cinesco-pios de los receptores de TV: uncañón de electrones (cátodo) en-vía un haz hacia una pantalla re-cubierta con un material fosfores-cente; durante su recorrido, el rayoatraviesa por etapas de enfoque(rejillas) y de aceleración (atrac-ción anódica), de tal manera queal golpear la pantalla se produceun punto luminoso (figura 2). Pormedio de placas deflectoras con-venientemente ubicadas, es posi-ble modificar la trayectoria rectade los electrones, tanto en sentidovertical como horizontal, así permi-te el despliegue de información di-versa. Precisamente, es por estascaracterísticas tan especiales del

osciloscopio que es posible visuali-zar en pantalla el comportamientode una señal eléctrica o electróni-ca en el tiempo y se logra apreciardetalles que por otros medios se-rían ignorados o minimizados.

Los controles normales de todoosciloscopio son numerosos y muyvariados, como puede ver en la fi-gura 3, que corresponde a unequipo LEADER modelo 8040, alque hemos tomado como referen-cia por tratarse de un instrumentotípico dentro del rango de los40MHz. Naturalmente, todas estasperillas, teclas, botones, switches eincluso presets tienen una funcionespecífica en el análisis de las se-ñales y de su correcta manipula-ción depende del rigor del diag-nóstico.

Tipos y Marcas de Osciloscopios

En el mercado electrónico hayuna gran variedad demodelos y marcas deosciloscopios, los cua-les incluyen desdeaparatos muy básicosde apenas unos 5MHzde ancho de banda yun solo canal, hastaaparatos sofisticadoscon un ancho de ban-da de 100MHz o más,con 3 o más canales ycon memoria digital.

En particular, no de-

seamos recomendar tipo específi-co alguno de osciloscopio, puestoque muchas veces se puede ad-quirir el más costoso y con las ma-yores prestacioens, pero sus apli-caciones son mínimas de acuerdoa las aplicaciones específicas queel usuario vaya a darle; únicamen-te le queremos recomendar queadquiera un instrumento que cu-bra las necesidades básicas paraun centro de servicio electrónico,como son:

Capítulo 19

291

Capítulo 19

Manejo del Osciloscopio

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

1) Su ancho de banda debe serigual o mayor que 20MHz, puestoque en vidograbadoras y televiso-res se manejan señales de altasfrecuencias, que no podrían de-tectarse con un osciloscopio de unrango de frecuencia menor o, ensu defecto, se mostrarían de ma-nera distorsionada. Figura 4.

2) Debe ser de doble trazo, yaque existen observaciones en lasque se requiera comparar direc-tamente dos formas de onda. Fi-gura 5.

3) La sensibidad mínima debeser de 5mV por división.

4) Debe poseeer gratícula in-terna.

5) Debe contar con la funciónde Delay o línea de retardo, pues-to que es un recurso que permiteanalizar segmentos específicos dela forma de onda, lo cual es críticoen determinados ajustes. Vea la fi-gura 6.

CONTROLES TÍPICOS DE

UN OSCILOSCOPIO

Enseguida vamos ahablar del conjuntode controles que se in-cluyen en un oscilos-copio, para lo cualnos basaremos en la fi-gura 7, correspondien-te a una representa-ción esquemática delpanel frontal del mo-delo 8040 de LEADER,que es de doble trazoy tiene un ancho debanda de 40MHz. Ca-be señalar que, de-pendiendo de la mar-ca y modelo del instru-mento, se presentanalgunas variantes encuanto a la serie decontroles y su disposi-ción, pero en esenciaconservan las mismas

características, ya que el tipo demediciones a las que se accedecon este aparato son universales.

En la parte inferior de la panta-lla (1) tenemos el botón de POWER(2), el cual, como su nombre lo in-dica, sirve para encender o apa-gar el aparato. Al lado aparecendos orificios correspondientes a unpar de controles tipo preset, mar-cados como TRACE ROTATION (8) yASTIG (7).

El primero sirve para corregir elgrado de inclinación en el haz des-plegado y el segundo para com-pensar la distorsión que éste hubie-ra podido sufrir antes de llegar a la

pantalla, lo que redundaría en unpunto no muy definido. A su ladoencontramos la perilla de FOCUS(6), que sirve precisamente paraconseguir un haz perfectamenteafilado, que se manifiesta en unpunto fino, y a un lado encontra-mos la perilla de intensidad o INTEN(5), con la cual se controla la fuer-za de los electrones que golpeanla superficie fosforescente y produ-cen un punto más o menos lumino-so.

A un lado de la pantalla en-contramos la sección de amplifi-cación vertical, la cual controla lascaracterísticas de amplitud de laseñal desplegada en pantalla. Co-mo el modelo que tomamos de re-ferencia es de doble trazo, existencontroles independientes para loscanales 1 y 2, aunque básicamen-te son iguales entre sí, por lo que seexplicarán de forma simultánea.La perilla que más sobresale es laque está marcada en una escalade volt/división o VOLT/DIV (11 y17), en pasos múltiplos de 1, 2 y 5.Como podrá suponer, esta perillaes la que controlando la magnitudvertical de la señal desplegada,amplifica o atenua su valor segúnsea el caso. Es propiamente unamplificador de ganancia contro-lada que envia su salida hacia lasplacas deflectoras verticales.

Asociada a la perilla anteriorencontramos otra que sirve para lacalibración de la escala vertical(12 y 18). Dicho control modifica elgrado de amplificación aplicadoa la señal; de esta manera, paraevitar lecturas erróneas se debe


292

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

mantener en su posicion de cali-brado.

Abajo de estas perillas se en-cuentra un switch de tres posicio-nes, marcado como AC-GND-DC(13 y 19). Se trata de un selector demodo de despliegue, ya sea paraconservar la componente de DCde la señal estudiada, eliminarla obien fijar la posición de la referen-cia.

La perilla de posición verticaldenominada POSITION (10 y 16),sirve para desplazar en esa direc-ción el trazo de la pantalla, así per-mite ubicarlo donde más conven-ga al realizar mediciones diversas.

Arriba de las dos perillas de loscanales encontramos un switchcon múltiples posiciones (22), elcual sirve para seleccionar el mo-do de despliegue de los canales 1y 2. Encontramos posiciones mar-cadas como CH1 o canal 1 y CH2o canal 2, con las que se seleccio-nan los canales respectivos. Sinembargo, dependiente del tipode aparato, pueden llegar a in-cluirse otras posiciones comoCHOP o simultáneo, ALT o alternos,ADD o adición. En CHOP se des-pliegan ambos canales, simultá-neamente, hacen un muestreo dealta frecuencia para simular la pre-sencia de ambas señales. En la po-sición ALT se despliega un canaldurante un barrido horizontal y elotro en el siguiente y así sucesiva-mente.

Finalmente, la posición ADDpermite visualizar en pantalla la su-ma de las señales alimentadas aambos canales.

El último botón dentro de lasección de amplificación verticalestá en la zona correspondiente al

canal 2, y está marcado como INV(23), que quiere decir inversión.Cuando éste es accionado, la se-ñal correspondiente al canal 2 seinvierte verticalmente, lo cual pue-de ser muy útil para determinadasmediciones.

Pasemos ahora a la sección debarrido horizontal, la cual está do-minada por una perilla de gran ta-maño marcada en una escala detiempo/división o TIME/DIV (31).Como podrá imaginar, con estecontrol se fija la rapidez del despla-zamiento del haz en la pantalla, asípermite la visualización de señalescon rápidos cambios en el tiempo.Esta perilla también presenta unaserie de escalas en pasos de 1-2-5,aunque ahora la medición se rea-liza en segundos/división en lugarde volt. Dependiendo de la cali-dad del osciloscopio, se puede dis-poner de escalas tan pequeñascomo 1µseg/div o incluso menos.

Asociada a esa perilla encon-tramos una de calibración, marca-da como VARIABLE (32), que aligual que su similar de la secciónvertical, sirve para modificar la ve-locidad de despliegue de la infor-mación en pantalla. Esta perillatambién debe estar normalmenteen su posición de calibrado.

Obviamente, también se en-cuentra una perilla marcada co-mo POSITION (30), que sirve paradesplazar horizontalmente la señaldesplegada en pantalla, a fin deubicarla como mejor convenga alusuario.

Igualmente, existe un botón co-rrespondiente al magnificador(33), que en este caso es X10, paraindicar que cuando sea activadala frecuencia del barrido horizontalse multiplicará por 10 y permitiráuna mayor amplificación para de-tectar detalles pequeños de lapropia señal desplegada.

Pasando a la sección de dispa-ro, encontramos varios controles yswitches que sirven para visualizarlas señales en pantalla con másclaridad. En la parte superior dere-cha encontramos una perilla mar-cada como TRIGGER LEVEL (28), lacual normalmente está en su posi-ción 0. Con este control se elige laaltura del flanco (ya sea de subidao bajada) que sirve para dispararel barrido horizontal. Esto es muy

útil cuando queremos desplegarfunciones complejas, como seña-les de video. También tenemos uninterruptor de múltiples posiciones(26), el cual permite elegir la fuen-te del disparo, ya sea el canal 1, elcanal 2, la línea de alimentación ouna fuente externa. A su lado seencuentra otro interruptor similar,marcado con las posiciones AC,TV-V y TV-H (25); la primera es laposición más empleada, sin em-bargo, si se van a desplegar seña-les de video es conveniente utilizarlas otras dos, ya que en tal caso laseñal objeto de análisis pasa por fil-tros paso-banda sintonizado conlas frecuencias de sincronía verti-cal u horizontal, según sea el caso,para un despliegue más estable ycorrecto de la señal de pantalla.

Estos son los controles y perillasbásicos que se pueden encontraren los osciloscopios comunes. Co-mo referencia, en la tabla 1 mos-tramos de manera sintetizada losprincipales controles que se dispo-nen en los osciloscopios modernos,independientemente del modeloy marca, indicamos claramente sufunción y aplicación respectivas.Observe que en este apartado nohemos hablado de la función deDelay, ya que este modelo no laincluye. Sin embargo, en el aparta-do final de este capítulo lo tratare-mos con detenimiento.

CONEXIONES DE SEÑAL

Las puntas de prueba constitu-yen el dispositivo más usual paraconectar el osciloscopio a los cir-cuitos objeto de análisis (figura 8).Estas puntas se encuentran dispo-nibles con una atenuación de 1X(conexión directa) y 10X. Las deatenuación de 10X aumentan laimpedancia efectiva de entrada,evitando distorsión en la forma deonda obtenida. Cuando se utilizanpuntas con esta atenuación, elfactor de la escala (ajuste del inte-rruptor VOLT/DIV) debe multiplicar-se por 10, esto es, si en la perilla seindica una escala de 0.1 V/div, alemplear la punta atenuadora lamisma escala se convierte en1V/div (0.1 x 10 = 1).

Para facilitar la toma de medi-ciones, en las puntas de prueba se

Capítulo 19

293

Tabla 1

incluye un pequeño cable concaimán que se conecta a la refe-rencia tierra. Si este cable no esconectado de manera conve-niente, es posible que tan sólo sevea ruido electromagnético en lapantalla del instrumento.

Conviene aclarar que en lamayoría de los osciloscopios mo-dernos el cable de alimentaciónes una línea aterrizada, por lo queel chasis del equipo queda conec-tado físicamente a tierra. Esta si-tuación obliga al usuario a tomarprecauciones especiales al mo-mento de realizar mediciones enaparatos con conexión directa ala línea (chasis vivo), asegúrese pormedio de un multímetro que novaya a provocar un retorno a tierraa través del propio chasis (parachequear esta situación, le reco-mendamos que antes de colocarel caimán de tierra del oscilosco-pio en cualquer punto del apara-to, mida con el multímetro si existeuna diferencia de voltaje conside-rable entre ambos, tanto en DCcomo en AC). Si no se tiene cuida-do, una medición de este tipo malrealizada puede ocasionar gravesdaños, tanto al aparato como aloperador (por ejemplo, puede lle-gar a explotar el tubo de imagendel osciloscopio). Para evitar estasituación, le recomendamos em-plear un transformador de aisla-miento entre la línea de AC y elaparato que esté revisando.

MEDICIONES DE CARÁCTER GENERAL

En la tabla 2 se muestran los dis-tintos modos de operación de lasperillas y controles, mientras queen la tabla 3 se describe a grandesrasgos cómo realizar medicionesdiversas.

Vamos a hablar con más deta-lle respecto de las mediciones devoltajes pico a pico y las de perio-do de tiempo, ya que son las máscomunes en el servicio electróni-co. Para ello emplearemos comofuente de señal una videograba-dora que reproduce una cinta conbarras de color NTSC y para no te-ner que abrir el aparato, simple-mente conecte la punta de prue-ba a un jack RCA que se colocaen la salida VIDEO OUT.

Si todas las conexio-nes son correctas y lavideograbadora traba-ja adecuadamente,en la pantalla del osci-loscopio deberá obser-varse una imagen co-mo la que se muestraen la figura 9 (las esca-las vertical y horizonalempleadas se consig-nan a un lado). Apro-vechando esta señal,realicemos la medición del voltajepico a pico y del tiempo transcurri-do entre pulsos de sincronía hori-zontal.

Podemos observar en la figuraanterior que entre el punto más

bajo y el punto más alto de la se-ñal hay 2,4 cuadros. Considerandoque la punta de prueba está enuna posición de X10 y que la esca-la vertical es de 0,05 volt por divi-sión, tenemos que el voltaje pico a


294

Tabla 2

Fig. 8

Tabla 3

pico de esta señal de video es el si-guiente:

Vp-p = 2,4 cuadros X 10 (ate-nuación de la punta) X 0.05 volt-/div = 1,2 Vp-p

Este procedimiento (contar elnúmero de cuadros verticales queabarca una señal y multiplicarlapor la escala vertical empleada)se puede aplicar en cualquier otramedición de voltaje que deseeefectuarse con el osciloscopio, pe-ro tenga en cuenta que para me-dir voltajes de DC es necesario fijarpreviamente el nivel de referenciay realizar la medición respectivaen la posición dC del selector dedespliegue de canal. Deberácomprobar también que la perillade CAL esté en su posición de ca-librado, ya que de lo contrario laslecturas obtenidas podrán sercompletamente erróneas. Asimis-mo, tome en cuenta la posición

del atenuador de la puntade prueba, ya que nosiempre se debe efectuarla multiplicación por 10 co-mo en este ejemplo.

Aprovechemos tam-bién la misma señal de lafigura anterior para calcu-lar el tiempo que tarda encompletarse una línea ho-rizontal en una señal de vi-deo; para ello deben con-tarse cuidadosamente elnúmero de cuadros quehay entre puntos idénticos

de la señal (por ejemplo, entre losinicios de los pulsos de sincronía).Nuevamente compruebe que laperilla de CAL horizontal esté en suposición correcta para evitar me-diciones falsas y una vez que hayadeterminado el número de cua-dros, multiplíquelos por la escalade barrido horizontal que esté utili-zando. En nuestro ejemplo tene-mos que esta señal abarca 6,3cuadros entre pulsos de sincronía,lo que nos da un periodo de:

Periodo = 6,3 cuadros X10µS/div = 63µS

Este valor es muy cercano alparámetro teórico de 63,3µS quedura una línea de barrido horizon-tal. De esta manera, calculado elperiodo, es posible encontrar lafrecuencia de la señal como sigue:

Frecuencia = 1/Periodo =1/63µS = 15,873Hz

Nuevamente observe que estevalor es muy cercano al paráme-tro de 15,439Hz que teóricamentetiene una señal de video.

MEDICIONES EN AUDIO Y VIDEO

Vamos a realizar algunas medi-ciones que de manera común seefectúan en el servicio de apara-tos de audio y video. Para ello, nosapoyaremos en una videograba-dora Sony SLV-X65 y en un repro-ductor de discos compactos sinimportar la marca, siempre quetenga claramente indicado elpunto de prueba de la señal RF o,en su defecto, que se dispongadel manual de servicio.

Iniciemos con el reproductorde discos compactos. En la figura10 se muestra un fragmento deldiagrama de uno de estos equi-pos, en el cual donde se localiza laseñal de RF, la cual teóricamentedebe tener el aspecto mostradoen la imagen adjunta. Y en efecto,cuando se posiciona la punta delosciloscopio en ese sitio, se obtie-ne un despliegue como el mostra-do en la figura 11, el cual es prác-ticamente idéntico al del diagra-ma, lo que indica que el reproduc-tor de discos compactos está tra-bajando correctamente.

De hecho, si usted está familia-rizado con la teoría de operaciónde estos equipos, sabrá que unavez que se obtiene una señal de RFclara y continua, se puede casi

garantizar que la unidad se en-cuentra operando de maneraadecuada, por lo que el análisisde esta señal resulta de capitalimportancia en el servicio repro-ductores de CD.

Pasemos ahora al caso de lavideograbadora. Como segura-mente habrá podido compro-bar si ya tiene algún tiempo de-dicado al servicio, una de las

Capítulo 19

295

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

secciones que más problemas hanpresentado estas máquinas es lafuente conmutada, sobre la cualno siempre está disponible la infor-mación, por lo que en muchos ca-sos se opta por sustituirla como unbloque completo. Al respecto, ha-gamos algunas mediciones quede manera común deben llevarsea cabo cuando se diagnosticanlas condiciones de operación deesta etapa.

Como primer paso, extraiga lafuente y conéctela. Coloque ense-guida la pinza cocodrilo (tambiénllamado caimán) de referencia atierra en el blindaje que rodea to-da la unidad y, a continuaciónchequee las salidas del transfor-mador de alta frecuencia (termi-nales 5 y 4, por ejemplo). Si el extre-mo primario de la fuente se en-cuentra operando correctamente,en la pantalla del osciloscopio de-berá desplegarse una imagen co-mo la que se muestra en las figuras12A y B, respectivamente (las es-calas empleadas también se es-pecifican). Para finalizar la prácti-

ca, coloque la fuente en su sitio(recuerde desconectarla primero),asegúrela y encienda el aparato.

Hagamos ahora algunas com-probaciones de varias señales in-dispensables en el funcionamientode una videograbadora. Obtengapor ejemplo la señal de reloj delmicrocontrolador principal (figura13) y la señal de video que se ex-trae del sintonizador (figura 14).

LA FUNCIÓN DELAY

Respecto de la función Delay olínea de retardo, conviene men-cionar que es una prestación que,por lo general, viene incluida enlos osciloscopios de 30MHz en ade-lante, la cual permite visualizar se-ñales especialmente complejas.Apoyémonos en el siguiente ejem-plo para las explicaciones corres-pondientes.

Supongamos que en una señalde video se requiere analizar unazona ubicada entre los pulsos desincronía vertical (digamos quenos interesa visualizar la línea debarras de color que envía la trans-misora en la señal de video y quese localiza unos 16H después deeste pulso). Si colocamos el oscilos-copio en disparo TV-H, lo más se-guro es que únicamen-te pueda ser observadauna más de las líneasque forman la imagenen la pantalla; y si lo co-locamos en disparo TV-V, al momento en queaumentamos la veloci-dad del barrido paraanalizar con cuidado lazona de interés, irreme-diablemente la imagendesplegada se saldrápor el costado derechode la pantalla y esto im-pedirá su estudio. Esta

observación no podrá efectuarsea menos que el osciloscopio cuen-te con la función DELAY.

Concretamente, Delay consisteen retrasar el flanco de disparo deuna señal por un cierto tiempo de-finido por el propio usuario, a fin deobservar cualquier punto interme-dio de dicha señal.

Esta situación se ilustra en la fi-gura 15, en la cual se observa pre-cisamente un campo verticalcompleto expedido en la pantalladel osciloscopio, que señala la zo-na que nos interesa observar. Alaumentar la velocidad del barridohorizontal, encontramos que dichazona se sale de la pantalla, perocon el Delay se puede ampliartanto como se desee para un aná-lisis más riguroso. Por último, comopuede suponer, la función de De-lay permite efectuar observacio-nes que de otra manera se dificul-tarían en extremo o definitivamen-te sería imposible efectuarlas. Con-cretamente, en el servicio a equi-pos de audio y video, esta funciónse aplica en el análisis de señalespulsantes, por ejemplo, en el estu-dio de la propia señal de video, enla comprobación del Eye Patternde la señal RF de un reproductorde discos compactos, etc.

Este texto es continuación del


296

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

publicado en el fascículo 17, razónpor la cual mantendremos la se-cuencia en la numeración de lasfiguras.

PRINCIPIO DE SUSTITUCIÓN

Veamos el circuito eléctrico dela figura 12, compuesto por variosgeneradores y componentes pasi-vos. Consideremos la rama j, aco-plada directamente al circuito,por la que circula la corriente Ij y

cuya tensión entre terminales es Vj.El principio de sustitución estable-ce que esta rama se puede susti-tuir, sin alterar las corrientes y ten-siones del resto del circuito, porotra de cualquier configuración,siempre que esta nueva rama pre-sente entre sus extremos la tensiónVj cuando circula por ella la co-

rriente Ij. En particular, puede susti-

tuirse por un generador de tensiónideal Vj o un generador de corrien-

te ideal Ij.

TEOREMA DE MILLMAN

Se lo conoce también tambiéncomo “teorema de reducción degeneradores” y permite combinaren un circuito la acción de variosgeneradores representándolosmediante uno solo. Con ello se lo-gra en ciertos casos simplificar laconfiguración del circuito en ma-yor medida que si se utiliza, por

ejemplo, el principio de superposi-ción.

Con la ayuda del diagrama re-presentado en la figura 13, pode-mos enunciar este teorema de lasiguiente forma:

La combinación de n genera-dores reales de tensión Vj e impe-dancias internas Zj instalados enparalelo equivale a un único ge-nerador de tensión V e impedan-cia interna Z, tal que:

n VjV = Z ∑ ______ (A)j=1 Zj

1Z = _____________ (B)

n 1∑ ______

j=1 Zj

Evidentemente, para entenderel enunciado de este teorema espreciso que conozca las nocionesbásicas sobre las notaciones delanálisis matemático; si no es su ca-so, no se detenga demasiado enla siguiente explicación. Para po-der demostrar lo dicho, sea lo si-guiente:

a) Como:I = V / Z y Y = 1 / Z (B’)

Cada generador de tensióncon su impedancia interna en seriese puede reemplazar por uno decorriente con su impedancia inter-

na en parale-lo (figura13b), siendo:

Ij = Yj . Vj (C)

Yj = 1 / Zj

b) Comolos generado-res de co-rriente y susadmitanciasinternas estántodos en pa-

ralelo se puede sumarlas:

n I = ∑ Ij (D)

j=1

n Y =∑ Yj (E)

j=1

Con estos elementos podemosconstruir el circuito equivalente dela figura 13c.

c) Recurriendo a la ecuación(B’), podemos ahora transformar elgenerador de corriente en uno detensión equivalente (figura 13d),tal que:

V = I / YZ = 1 / Y

d) Observando estas ecuacio-

nes, deducimos que la (A) se pue-de escribir como:

1n

V = ___ . ∑ Vj . Ij (F)Y j=1

Que también se puede escribircomo:

1n

V = ___ . ∑ (Vj / Zj) (G)Y j=1

Lo que demuestra el enuncia-do inicial.

e) Análogamente, como Z = 1 /Y, se tiene:

1Z = ________

n∑ Yj

j=1

Que también podemos escribir

Capítulo 19

297

Fig. 13

Teoría de Circuitos: Teoremas de Resolución (2ª Parte)

Fig. 12

de la siguiente manera:1

Z = _____________n

∑ (1 / Zj)j=1

De esta manera, queda de-mostrado que la combinación devarios generadores puede serreemplazada por uno solo y vice-versa, si se tienen en cuenta lascondiciones enunciadas en el pre-sente teorema.

TEOREMA DE LA MÁXIMA

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

Cuando se debe encarar el di-seño de cualquier trabajo, incluidoun circuito electrónico, debemostener en cuenta su optimización,que no es sencilla de resolver,puesto que hay muchos factoresque se contraponen, como porejemplo tener un sistema eficazpero con bajo costo, o que elequipo sea de potencia y liviano oque sea altamente confiable y po-co complejo. Indudablemente,trataremos siempre de economizarenergía. Es decir, lograr el objetivodel sistema con un mínimo consu-mo de energía. Para ello debemosminimizar las pérdidas.

El problema consiste en lograruna máxima transferencia deenergía (potencia en el tiempo)entre el generador real y la cargade un circuito eléctrico tal como elde la figura 14a.

En las curvas de la parte (b) dela figura, que muestra la corriente,la tensión y la potencia de salidadel circuito, en función de la resis-tencia de carga RL. Se observa lo

siguiente:

- Para RL pequeña, la corriente

de salida es grande, pero la ten-sión baja (no olvidemos que se tra-ta de un generador real, como lostratados en el capítulo 3, que nomantienen tensión constantecuando la corriente de carga eselevada).

- Para RL grande, la tensión de

salida es alta, pero la corriente pe-queña.

- La potencia de salida máxima

(o sea el máxi-mo del produc-to de V por I),se obtiene pa-ra un valor in-termedio deRL.

En los casosen que interesauna máxima transferencia de po-tencia entre el generador y la car-ga, es importante determinar esevalor de RL, y utilizarlo en lo posible.

El teorema de Thevenin, nospermitirá determinar las condicio-nes generales que debe reunir lacarga para una máxima transfe-rencia de potencia:

El generador suministra unatensión cuyo módulo (valor eficaz)es Vg y su impedancia interna es

Zg. La corriente que entrega a la

carga es:

VgI = ___________

Zg + ZL

Con :

Zg = √ (Rg + RL)2 y

ZL = √ (Xg + XL)2

Donde las R son las componen-tes resistivas y las X las reactivas dela impedancia del generador y lacarga respectivamente.

La potencia que se transfiere ala carga es:

Vg2 . RLP = I2 . RL = _______________________

(Rg + RL)2 + (Xg + XL)2

Como Vg, Rg y Xg son fijos, los

parámetros que se pueden ajustarson RL y XL. Cuando la transferen-

cia de potencia sea máxima, lafunción P será máxima.

Matemáticamente, para hallarel máximo de una función se debederivarla con respecto a la varia-ble e igualar la derivada a cero.Pero previamente, podemos esta-blecer ya una primera condiciónde máximo mediante la simple ob-servación de la fórmula. Evidente-mente, deberá ser:

Xg = -XL

Es decir, el primer requerimientoes que la reactancia de la cargasea de igual valor absoluto y signoopuesto a la del generador. Cuan-do esto se cumple, de las ecuacio-nes vistas, podemos deducir que:

P = Vg . RL . (Rg + RL)-2

Aplicando a esta ecuación laoperación de derivada, se obtienela segunda condición de máximatransferencia de potencia:

Rg = RL

Es decir, la resistencia de la car-ga debe ser igual a la del genera-dor. Finalmente, el requerimientocompleto es:

Rg + jXg = RL - jXL

Esto significa que para que latransferencia de potencia entre elgenerador y la carga sea máxima,la impedancia de esta última de-be ser el complejo conjugado dela impedancia equivalente deThevenin del generador.

El concepto de máxima trans-ferencia de energía reviste impor-tancia en los problemas de circui-tos de telecomunicaciones, en losque resulta de mayor interés que laobtención de un máximo rendi-miento (relación entre la potenciaútil y la potencia consumida). De-bemos tener en cuenta que lascondiciones de máxima transfe-rencia de potencia y de máximorendimiento no coinciden.

TEOREMA DE LA RECIPROCIDAD

Para enunciar el teorema de lareciprocidad nos valdremos de los


298

Fig. 14

ejemplos dados en la figura 15,luego podemos decir lo siguiente:

En cualquier circuito lineal, in-variable y bidireccional, com-puesto únicamente de elementospasivos, si se aplica una excita-ción entre dos terminales y se mi-de la respuesta entre otros dos, seobtendrá el mismo resultado que sise intercambian los terminales dela excitación y la respuesta.

Las partes (a) y (b) de la figura15 muestran respectivamente loscasos de excitación con un gene-rador de tensión y respuesta decorriente y para excitación congenerador de corriente y respues-ta de tensión. Del enunciado, de-ducimos que:

- Si una tensión V aplicada enla rama AB produce una corrienteI en la rama CD, la misma tensiónaplicada en CD producirá igualcorriente en la rama AB.

- Si una corriente I aplicada enla rama CD produce una tensión Ven la rama AB, la misma corrienteaplicada en CD producirá igualtensión en la rama AB.

Según hemos dicho, este princi-pio vale solamente para circuitoslineales y pasivos bidireccionales(o bilaterales). Esto significa que lacausa y el efecto se deben rela-cionar de la misma manera en unsentido que en el otro. En general,los circuitos que consideramos has-ta ahora son bidireccionales, peroen la práctica existen muchos dis-positivos que no lo son. Por ejem-plo, para transmitir una señal poruna emisora, debemos colocar el

micrófono en la entrada, dadoque si lo conectamos en el lugarde la antena, no tendremos resul-tados positivos.

Métodos de Resolución de Circuitos

Los métodos generales y teore-mas vistos, así como todos los ba-sados en las dos leyes de Kirchhoff,permiten la resolución de los circui-tos. En algunos casos, sin embargo,el cálculo se dificulta debido a lagran cantidad de ecuaciones ne-cesarias. Los métodos, que partende un análisis topológico del circui-to, se denominan “de mallas” y“de nodos”. Se utilizan determi-nantes como herramientas de cál-culo.

Planteo de las ecuacionesEl gráfico mostrado en la figura

16 es un gráfico plano, porque lasramas se cruzan únicamente en los“nodos” (puntos donde conver-gen más de dos corrientes) del cir-cuito.

Para resolver cualquier proble-ma, es necesario plantear tantasecuaciones independientes comoincógnitas hay.

Estas ecuaciones deben conte-ner todos los parámetros del circui-to, todas sus tensiones y todas suscorrientes.

Nota: ecuaciones indepen-dientes son aquéllas que no se ob-tienen por combinaciones de otrasdel mismo sistema.

En el circuito de la figura 16, su-pondremos conocidas todas lasimpedancias y la tensión V del ge-nerador.

El análisis del circuito (común-mente denominado “análisis topo-lógico”) nos indica que el circuitotiene:

- 7 ramas: - 5 nodos- 3 mallas: A-B-C-A, B-D-C-B y C-D-E-C

De las 7 ramas, sólo una es ac-tiva pues tiene generador, las delresto son pasivas.

Las incógnitas del circuito seránpor lo tanto 13, a saber:

- Las corrientes y tensiones delas 6 ramas pasivas

- La corriente de la rama activa

Debemos por lo tanto plantear13 ecuaciones. Para las ramas pa-sivas, podemos utilizar directamen-te la ley de Ohm:

VAB = IAB Z1 (M.1)

VBC = IBC Z2 (M.2)

VBD = IBD Z3 (M.3)

VDC = IDC Z4 (M.4)

VDE = IDE Z5 (M.5)

VEC = IEC Z6 (M.6)

En las tres mallas del circuito uti-lizaremos la segunda ley de Kirch-hoff:

VAB + VBC - V = 0 (M.7)

VBC + VDB - VDC = 0 (M.8)

VDE + VEC - VDC = 0 (M.9)

Capítulo 19

299

Fig. 16

Fig. 15

Por último, en los nodos A, B, Dy E aplicamos la primera ley deKirchhoff para lo cual considera-mos a C como nodo de referen-cia, “puesto a tierra”:

nodo A ICA - IAB = 0 (M.10)

nodo B IAB - IBC - IBD = 0 (M.11)

nodo D IBD - IDC - IDE = 0 (M.12)

nodo E IDE - IEC = 0 (M.13)

Tenemos en total 13 ecuacio-nes independientes. Observándo-las junto a la topología del circuitode la figura 16 podemos deducir losiguiente:

La cantidad de ecuaciones in-dependientes de nodos ni es igual

a la cantidad de nodos n menosuno (en este caso, el nodo C es elde referencia y las tensiones de losotros nodos se toman con respec-to a él).

ni = n - 1 (M.14)

Existen 7 ramas y 3 ecuacionesde mallas. De allí se deduce que:

“El número de mallas (m) esigual a la cantidad de ramas (r)menos la cantidad de nodos inde-pendientes”.

Matemáticamente:

m = r - ni (M.15)

Como existe una tensión y unacorriente desconocidas en cadarama pasiva, y una tensión o co-rriente incógnitas en cada ramaque incluya un generador, el totalde incógnitas será:

incógnitas = 2r - g (M.16)

Donde r es la cantidad total deramas y g la de ramas que contie-nen algún generador. Debemosplantear tantas ecuaciones comoincógnitas resulten de la fórmula(M.16).

Esas ecuaciones independien-tes provendrán de:

• Ramas: r - g ecuaciones• Mallas: m ecuaciones• Nodos: ni ecuaciones

También:m + ni = r

Por lo tanto, el total de ecua-ciones es 2r - g, igual al de incóg-nitas. A fin de simplificar el procedi-miento, podemos considerar que:

* Cada tensión y corriente enuna rama están relacionadas me-diante la ley de Ohm. Por ello, po-

demos considerar que, por ejem-plo, las incógnitas primarias son lascorrientes, y que las tensiones secalculan posteriormente, una vezconocidas aquéllas.

* Podemos también consideraruna corriente “de circulación” pro-pia de cada malla, y calcular lue-go, mediante sencillas ecuacionesde suma y resta, las corrientes deaquellas ramas que pertenezcan amás de una malla. Este método sedenomina de las mallas, y el siste-ma de ecuaciones que es necesa-rio plantear es dado por la fórmula(M.15):

m = r - niTambién podemos asignar a

cada nodo una tensión con res-pecto al de referencia, y obtenerluego las tensiones de las mallas.

En este caso, se requiere plan-tear ni ecuaciones, y el método se

denomina de los nodos.Puede observar, que la canti-

dad de ecuaciones que se debenplantear para resolver este circuitoque es relativamente sencillo, esmuy grande, por ello, nos debe-mos valer de métodos de resolu-ción eficaces, tales como el “delos nodos o el de las mallas” reciénnombrados y de los cuales nosocuparemos más adelante.


300

Montaje Completo de una Computadora

INTRODUCCIÓN

Las computadoras ensambla-das son una buena alternativapara quien desea adquirir unequipo a precio cómodo y conun rendimiento similar e inclusosuperior al de las máquinas demarca. Pero además, si ustedmonta su propia computadora,tendrá dos ventajas adicionalesal ahorro monetario: la posibili-dad de incrementar sus presta-ciones gradualmente, según supresupuesto, y podrá sentar ba-ses para conocer más a fondo lastecnologías con que se integrauna PC y, por consecuencia, pa-ra la reparación y mantenimientode estos sistemas.

PARTES DE UNA COMPUTADORA BÁSICA

A continuación especificamoslas partes de una computadorabásica. Las características deellas pueden variar, dependien-do de la configuración que enparticular usted desee y de lasofertas que haya en el mercadode componentes al momento dehacer la compra:

• Procesador Pentium II, míni-mo de 450MHz de velocidad.

• Tarjeta madre para normaIntel MMX con 512kB de caché,buses PCI e ISA.

• Tarjeta de video de 1 MB deRAM de video.

• 32MB de RAM mínimo.

• Unidad de disco duro (8GBmínimo).

• Unidad de disco flexible de3,5 pulgadas con capacidad de1,44MB.

• Gabinete minitorre confuente de poder de 200W.

• Monitor de color Súper VGAde 14”, 15” ó 17”.

• Teclado y mouse.

Cabe aclarar que hoy existenprocesadores muy poderosos,pero un técnico en electrónicaaún no precisa un PENTIUM III nimucho menos; es más hasta unPentium I de 150MHz brindará ex-celentes prestaciones y el ahorrode dinero es sustancial.

Describiremos algunas de las

Capítulo 19

301

partes y su respectiva función,aunque no precisamente en elorden estipulado en la lista ante-rior, y también explicaremos có-mo deben ser interconectadaspara ensamblar por completo lacomputadora.

Gabinete y fuente de poderEl gabinete corresponde a la

parte estructural de la computa-dora, y es donde precisamentese alojan las tarjetas de la máqui-na y las unidades de almacena-miento para formar lo que se co-noce como “unidad de sistema”.Hay diferentes modelos de gabi-netes, pero nosotros trabajare-mos con uno tipo minitorre (figura1).

Una vez que ha reconocidolas partes que conforman el gabi-nete, pruebe la buena operaciónde la fuente; para ello, conécte-la a la alimentación y cercióresede que el interruptor selector devoltaje esté en la posición quecorresponda al voltaje nominalde alimentación comercial de220V. Oprima el interruptor de laparte frontal del gabinete paraencender el equipo y verifiqueque el ventilador de la fuente gi-re. Si dispone de un multímetro, sele recomienda verificar el voltajede salida en uno de los conecto-res de la fuente (figura 2).

Tarjeta madreLa tarjeta madre o tarjeta

principal (también llamada mot-

herboard), es una tableta de cir-cuito impreso donde se alojan loscircuitos de proceso de datos deuna computadora y donde seconectan las tarjetas de expan-sión o de interface, las cuales ac-túan como intermediarias entreel microprocesador y los periféri-cos (figura 3). Un sistema básicopuede trabajar solamente conuna tarjeta de interface: la de vi-deo, donde se conecta el moni-tor; aunque conviene recordarque hasta los sistemas 486, casisiempre era necesario conectartambién una tarjeta de puertosI/O, donde se conectaba el mou-se, la impresora y las unidades dedisco. Sin embargo, en la actuali-dad, las tarjetas madre incorpo-

ran los circuitos necesarios paraesas funciones, por lo que ya nose requiere la tarjeta de puertos.Antes de colocar la tarjeta ma-dre en el gabinete, es necesarioprepararla conectándole el mi-croprocesador (CPU), un disipa-dor de calor a éste y la memoriaRAM y caché, para lo cual debeseguir esta recomendación: an-tes de que usted toque algunade las tarjetas de la computado-ra, es necesario eliminar la cargaelectrostática de su cuerpo; paraello, toque con ambas manosuna tubería de agua y, para ma-yor seguridad, toque también laspartes metálicas del gabinete enlas que no haya pintura.

MicroprocesadorPara la CPU se destina un zó-

calo especial, que es una basecon terminales internas desplaza-bles que permiten la inserción dedicho circuito. La mayoría de lastarjetas madre actuales, sonadaptables a una amplia gamade microprocesadores, entre losque podemos mencionar a la se-rie K6 de AMD, los 6X86 de Cyrix,así como todos los Pentium de In-tel, en sus versiones normal yMMX, con frecuencias que vande 75 a 800MHz. Por lo tanto, laflexibilidad de estas tarjetas haceposible elegir la mejor configura-ción, de acuerdo con su presu-puesto y necesidades específi-cas.

Para insertar o liberar un mi-

Fig. 1

Fig. 2

croprocesador de la tarjeta princi-pal, basta con levantar el brazomóvil que se localiza precisamen-te a un lado del zócalo de la CPU.Cuando el brazo está arriba, lasterminales internas se separan yentonces puede hacerse el cam-bio; cuando el brazo se encuen-tra abajo, las terminales internasse cierran para asegurar así la co-nexión eléctrica tarjeta madre-CPU, y éste queda mecánica-mente fijado en la tablilla (con lo

que se previenen falsos con-tactos). Al introducir la CPU enla motherboard, asegúrese deque la muesca coincida conel punto de inserción indicadoen el zócalo (figura 4).

Disipador de calorA partir de los microproce-

sadores 486, la temperaturade operación de las CPU se haincrementado. Para reducir elcalentamiento, es necesariocolocar sobre la cara superiorde estas unidades un disipa-dor de calor, el cual consisteen una placa metálica y unventilador (figura 4).

Note que seguimos ha-blando de los viejos 486, pero sea-mos realistas, muchos técnicos noposeen recursos económicos yaún es posible armar una compu-tadora con apenas $300 con unprocesador 486 (ojo que no todaslas casas del ramo poseen estosantiguos microprocesadores).

Con el propósito de asegurarel contacto térmico entre el disi-pador y la CPU, sobre la cara su-perior de ésta, aplique una pe-queña capa de grasa siliconada

y enseguida coloque el disipador.Cada disipador viene provistocon un par de ganchos laterales,los cuales le permiten afianzarsesobre la CPU. Antes de colocar eldisipador, verifique su buena ope-ración; para ello conecte una delas terminales de conexión de ali-mentación disponibles de la fuen-te con el conector del ventilador,encienda la fuente y confirmeque éste gire.

FRECUENCIA Y TENSIONES DE OPERACIÓN

Una vez instalados el ventila-dor y el microprocesador, se re-quiere configurar la frecuencia yvoltajes de operación de este últi-mo. Esto se debe a que para ca-da modelo de microprocesadorexiste un valor de voltaje y unafrecuencia de operación específi-cos, que son datos que habrá queconsultar en el momento de ha-cer la compra de este dispositivo.Para determinar dichos valores,hay que manipular la posición deun grupo de jumpers o puentes.

Normalmente, sobre la propiatablilla de la tarjeta madre vienengrabadas las especificaciones so-bre los valores de voltaje y fre-cuencia. Estas combinaciones dejumpers se particularizan según elmodelo de tarjeta madre; no obs-tante, en la tabla 1 ofrecemos al-gunos datos que pueden ayudar-le cuando vaya a efectuar laconfiguración. Por ejemplo, paralos microprocesadores Pentiumde Intel, se utiliza una tensión dealimentación de 2,8 volts. (Tengaespecial cuidado de que el valorde tensión con que cuenta sea eladecuado para el microprocesa-dor elegido, ya que en caso con-trario éste puede sufrir daños irre-parables.) Dicha tabla le será demucha ayuda, puesto que le per-mitirá elegir la combinación co-rrecta frecuencia de reloj-factorde multiplicación. Solamente res-tará determinar la combinaciónde puentes que corresponde enla tarjeta principal. Los jumpersP54 y P55, controlan la función deregulador de voltaje simple y do-ble regulador, respectivamente.Para aquellos microprocesadoresque requieren dos tensiones de


302

Fig. 3

Fig. 4

operación internos, se utiliza el do-ble regulador; esta información seencuentra normalmente grabadasobre la superficie del mismo, ob-serve esta información cuandoinstale su CPU.

MEMORIA RAM Y CACHÉ

El paso siguiente es instalar lamemoria RAM del sistema. Comosabemos, la RAM es la parte de lacomputadora en la que se alma-cenan los programas y datosmientras ésta se encuentra en-cendida (de ahí su nombre de vo-látil). Vea la figura 5.

Por lo que se refiere a la me-moria caché, algunos modelos detarjeta madre traen ya incorpora-da una cierta cantidad. Perootros modelos sólo cuentan con256kB, posibles de ampliar hasta512kB; para el efecto, sobre la tar-jeta se incluye un slot (ranura) deexpansión de memoria tipo SRAM.Recordemos que la memoria ca-ché es un paso intermedio entrela memoria RAM y el microproce-sador, para reducir el tiempo deacceso a los datos en la RAM

(con lo cual la velocidaddel sistema aumenta demanera considerabledurante la ejecuciónde programas). Paraesto, el caché lee enla RAM los datos alma-cenados antes de quelos requiera el micro-procesador. El cachése construye con unamemoria más rápidaque la RAM y, por lotanto, su costo es ma-yor; pero por la mismanaturaleza de dichorecurso, se necesitamuy poca memoriade este tipo, en com-paración con la RAM.

ENSAMBLADO DE LA

UNIDAD DE SISTEMA

Como primer pasoya para ensamblar launidad de sistema,hay que conectar latarjeta madre. Para

ello siga estos pasos (figura 6):

1) Retire los tornillos de su-jeción y la tapa posterior delgabinete; coloque enseguidala motherboard sobre la pla-ca de soporte.

2) En los espacios corres-pondientes de la tarjeta ma-dre, introduzca las bases o so-portes de plástico.

3) Coloque uno o dos pos-tes metálicos (según lo permi-ta el gabinete), sobre la tapaposterior.

4) Cuidando que coincidan lasperforaciones de la tarjeta madre

Capítulo 19

303

Tabla 1

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 6

con las de la tapa posterior, colo-que a aquélla sobre esta última.Luego, mediante uno o dos torni-llos fíjela en los postes metálicos.

5) Finalmente, para reinstalaren su sitio original a la tapa poste-rior del gabinete, fíjela con sus tor-nillos de sujeción.

Cuando usted adquiere unatarjeta madre, en el paquete seincluye un conjunto de cables yconectores necesarios para lospuertos de comunicaciones y uni-dades de discos (figura 7). Comose muestra en la figura 8, instalelos conectores para los puertos; yantes de conectar el cable dedatos en las unidades de disco, sedeben colocar éstas en el gabi-nete y conectar su ali-mentación (figura 9).No olvide conectartambién los cables dedatos de las unidadesde disco, en los co-nectores correspon-dientes en la tarjetamadre.

Ahora hay que co-nectar la tarjeta de vi-deo, para lo cual le

sugerimos que seleccione una ti-po PCI con por lo menos 1MB dememoria RAM de video (VRAM).La tarjeta madre también debeincluir ranuras de expansión delestándar PCI.

Para insertar la tarjeta en cual-quiera de los slots de expansióndel estándar PCI, empújela haciaabajo de manera uniforme, colo-cando dos dedos en sus extremos.Si a pesar de la presión ejercida latarjeta no entra fácilmente, pro-ceda a verificar que el peine dela misma coincida con la ranurade entrada del slot del bus corres-pondiente. Por último, fije la tarje-ta con un tornillo. En la parte fron-tal del gabinete, encontrará ungrupo de pequeños cables en cu-

yos extremos hay unaserie de conectores. So-bre éstos, existe un gra-bado que especifica surespectiva función; aho-ra sólo hay que conec-tar cada uno en la ter-minal que le correspon-de en la tarjeta madre,en la posición que enesta misma se indica. Di-chos cables son:

• Reset: correspondeal botón de reinicializaren el panel frontal delgabinete.

• Turbo: correspondeal botón que desde elpanel frontal permiteconmutar entre dos fre-

cuencias de operación del micro-procesador: una baja y una alta(no incluido en gabinetes moder-nos).

• Turbo LED: se enciende al ac-tivarse la operación en alta velo-cidad de la computadora.

• Power LED: se mantiene en-cendido siempre que la compu-tadora lo esté.

• HDD LED: se enciende en elmomento en que se realiza un ac-ceso a la unidad de disco fijo.

Por último, coloque la tapa dela máquina y fíjela con los tornilloscorrespondientes. Enciéndala yentre al programa Setup para darde alta sus características de con-figuración; de esto nos ocupare-mos en el fascículo 22. ********




Fig. 8

Fig. 9

SSAABBEERR


El Control RemotoEl Control Remoto

Cómo Suma unaComputadora

Cómo AlmacenaInformación una

Computadora

Cómo AlmacenaInformación una

Computadora


DISPOSITIVOS DE MONTAJE

SUPERFICIAL

Antecedentes de los

circuitos impresos .......................307

Estructura de un

circuito impreso..........................307

Tipos de circuito impreso ..........307

Tecnología de

montaje superficial ....................308

Encapsulados y denominaciones.....308

Encapsulados para

transistores múltiples ..................309

Transistores de propósito

general ........................................309

Diodos de sintonía .....................310

Diodos Schottky..........................312

Diodos de conmutación...........312

Diodos múltiples de

conmutación..............................312

Diodos zéner ..............................312

Herramientas para el soldado

de los componentes .................312

Cómo soldar un

componente SMD .....................312

EL CONTROL REMOTO

Qué es un control remoto ........314

El control remoto digital............314

Propiedades de las

emisiones infrarrojas...................314

Estructura física de un

control remoto ...........................316

Operación del circuito emisor......316

El circuito de control de

la unidad remota.......................317

Operación del circuito

receptor ......................................317

El formato de la

señal infrarroja ............................318

TRATAMIENTO DE LA INFORMACION

EN UNA COMPUTADORA

Cómo suma una

computadora.............................318

Cómo se almacena

información en los discos .........319

Almacenamiento de información....319





ANTECEDENTES DE LOS

CIRCUITOS IMPRESOS

En los primeros aparatos o sis-temas electrónicos, cuando labase de la electrónica eran lasválvulas electrónicas, la interco-nexión de sus dispositivos se reali-zaba montándolos sobre zapa-tas; es decir, en las terminales me-tálicas individuales de éstas se sol-daban las terminales de cadauno de los componentes. Y parainterconectar los terminales de losdispositivos, se tenían que soldarcables conductores entre los ter-minales de los puentes (en algu-nas regiones se las denomina za-patas). Obviamente que estatécnica provocaba confusionesal momento de realizar las repa-raciones, y además se requeríade un cable muy extenso (figura1). Con el desarrollo del transistor,el tamaño de los componentes seredujo considerablemente; a par-tir de ese momento pasó pocotiempo para que la técnica demontaje en zapatas se hiciera ob-soleta, debido a las numerosasconexiones que tenían que reali-zarse. Se pensó entonces que qui-zá convenía colocar cables con-ductores planos sobre una tablillade material rígido, para que así elcableado ocupara menos espa-cio y no tuviese que ser tan largo.Estas fueron las primeras versionesde lo que ahora conocemos co-mo “circuitos impresos”.

ESTRUCTURA DE UN CIRCUITO IMPRESO

Un circuito impreso está for-mado por una tablilla de materialrígido, sobre la cual se dibujanconductores o pistas; éstas permi-ten la interconexión de los dispo-sitivos electrónicos mediante lasoldadura en las terminales demontaje o pads.

TIPOS DE CIRCUITO IMPRESO

Los circuitos impresos varíande acuerdo con la complejidadde los sistemas electrónicos enque son aplicados. Veamos dequé tipo pueden ser:

1) Los más sencillos son los deuna cara, en cuyo caso, como elnombre lo indica, las pistas se di-bujan sólo sobre uno de sus lados;en los pads se realizan perforacio-nes, y los componentes se inser-tan en la cara que queda libre (fi-gura 2B) y se sueldan en la quetiene las pistas, esto es, en el “la-do soldadura” (figura 2C).

2) Cuando se aumenta lacomplejidad de los circuitos, lacantidad de dispositivos electró-nicos insertados es mayor; y pues-to que entonces aumenta tam-bién el número de conexionespor hacer, es necesario que secoloquen pistas conductoras enambas caras de la tablilla (lo queamplía la cantidad de posibles

conexiones). A los circuitos de es-te tipo se les llama true-hole.

Para que en un true-hole laspistas de una cara se conectencon las de la otra, es precisoagregar cobre dentro de las per-foraciones.

De ahí que sea muy comúnencontrar perforaciones sin termi-nales de componentes, porquelas mismas sirven sólo de puenteentre una cara y otra del impreso(figura 3).

3) Por último, con la finalidadde reducir el área en que seconstruyen los circuitos impresos,y debido a las numerosas cone-xiones que deben hacerse en loscircuitos integrados de alta esca-la de integración (VLSI), se dise-ñaron los circuitos multicapa; in-ternamente, éstos constan de va-rias hojas muy delgadas que con-tienen a las pistas y que son com-primidas en una sola tablilla rígi-

da; las conexio-nes entre loscomponentes ylas diversas ca-pas de pistas serealizan median-te puntos multini-vel (figura 4).

4) Gracias aldesarrollo de latecnología mo-nolítica para lafabricación de

Capítulo 20

307

Capítulo 20

Dispositivos de Montaje Superficial

Fig. 1

Fig. 2

circuitos integrados, en donde apartir de una curia de silicio y, pormedio de técnicas como la foto-litografía, la difusión de impurezasy la tecnología planar, se desarro-llaron componentes más peque-ños; y es por ello que actualmen-te pueden procesarse al mismotiempo miles de circuitos. Esto ha-ce que el costo por dispositivosea muy bajo (figura 5).

5) Con componentes más pe-queños, las terminales de cone-xión utilizadas para circuitos de ti-po true-hole se volvieron innece-sarias; ahora se prefiere soldar loscomponentes en el ras de la tabli-lla, de forma que las terminalesde ésta se unan directamentecon los extremos de las pistas deconexión. A esta técnica de co-nexión de dispositivos electróni-cos, se le conoce con el nombrede “tecnología de montaje su-perficial”.

Los dispositivos discretos de

montaje superficial(transistores, diodos y re-sistencias) se construyencon tecnología planar,la cual básicamenteconsiste en transferir laimagen de una mascari-lla a la oblea o sustrato

de silicio; una resina sensible a laluz ultravioleta se emplea paracrear las zonas de protección, lasmismas que a su vez forman lassecciones de semiconductor delos dispositivos electrónicos.

Después se sigue un procesode difusión de impurezas, con elque se consigue depositar en lasdiferentes capas el material P y N.A continuación la oblea es hor-neada a unos 1.100º C, y se prue-ba cada uno de los circuitos. Porúltimo, la oblea se recorta y semonta en un encapsulado espe-cífico para dispositivos de monta-je de superficie.

TECNOLOGÍA DE MONTAJE SUPERFICIAL

Podemos afirmar que la tec-nología de montaje superficial esaquella técnica que sirve para su-jetar los componentes y los dispo-sitivos sólo en la superficie del cir-

cuito impreso; no se utilizan termi-nales ni perforaciones en el pro-ceso, sino que el componente sesuelda directamente en los extre-mos de las pistas.

Si observamos un circuito im-preso de montaje de superficie,encontraremos perforaciones;mas éstas no son utilizadas parasujetar a los componentes, sinoque sólo sirven como conexiónentre las caras del circuito impre-so. Asimismo, el tamaño tan redu-cido de los componentes y de losdispositivos ha hecho posible quetanto unos como otros quepanen una mayor cantidad por cen-tímetro cuadrado, que en ningúnotro tipo de tecnología.

Es importante señalar que lamayoría de los circuitos electróni-cos de montaje superficial em-plean también componentes detipo discreto, como los que en-contramos en los true-hole.

ENCAPSULADOS Y DENOMINACIONES

Para los circuitos de montajesuperficial, en el mercado elec-trónico encontramos una ampliavariedad de productos. A conti-nuación haremos un recuento de


308

Fig. 3

Fig. 5

Tabla 1

Fig. 4

éstos, con objeto de que el técni-co de servicio sepa a cuál recurrirpara hacer la sustitución de unapieza defectuosa.

Encapsulados para Transistores MúltiplesLa tendencia de la industria es

producir circuitos impresos de ta-maño pequeño y que utilicen dis-positivos con múltiples funciones.

En el caso de los componen-tes discretos, ha sido posible redu-cir el área que ocupan en las ta-blillas; se han encapsulado, a ma-nera de circuitos integrados, va-rios de estos dispositivos. Esto, a suvez, ha permitido que se reduz-can los costos del ensamble delos circuitos.

Muchos de los dispo-sitivos más populares sepueden conseguir enencapsulados tipo DIP,para montaje de superfi-

cie (a los encapsulados de mon-taje de superficie se les designamediante las siglas en inglésSOIC).

Entre los elementos discretosempleados por este tipo de cir-cuitos, se puede señalar a lostransistores bipolares -para pe-queña señal tipo NPN y PNP- y alos transistores de efecto de cam-po (FET) de tipo canal N y canal P.

En la tabla 1 especificamos losdispositivos de montaje de super-ficie en encapsulado múltiple, loscuales están disponibles en confi-guraciones NPN y PNP. Su encap-sulado se muestra en la figura 6.

También podemos encontrarpor separado los transistores paramontaje de superficie. En la figura

7 vemos los encapsulados en quese fabrican estos elementos.

Todos los encapsulados paratransistores son de plástico, pueséste es un material que propor-ciona un excelente rendimientoaun en altas temperaturas y anteambientes de elevada hume-dad. Estos encapsulados ofrecenademás una gran capacidad dedisipación de potencia para apli-caciones de pequeña señal.

Es importante mencionar que,a causa de sus reducidas dimen-siones, en los circuitos de montajesuperficial no puede grabarse ladenominación (matrícula) com-pleta a la que corresponden; poreso se utiliza un método abrevia-do que permite identificarlos fá-cilmente, y a este código se leconoce como “marca”.

Veamos ahora la tabla 2, en laque se describen los modelos máspopulares de transistores de mon-

taje superficial; ahí puedenconsultarse sus característi-cas eléctricas, su tipo deencapsulado y su “marca”de reconocimiento.

Transistores de Propósito GeneralEn la tabla 3 señalamos

transistores de propósitogeneral; vea que son dife-rentes sus encapsulados ysus características eléctri-cas.

Se ha diseñado un con-junto de transistores, cadauno de los cuales incluyedos resistores de polariza-ción y es de propósito ge-neral; también se indicanlos valores de los resistores,para aquellos casos enque no se obtenga el

Capítulo 20

309

Tabla 2

Fig. 6 Fig. 7

reemplazo directo. El arre-glo puede construirse utili-zando componentes dis-cretos, ya que así se lograsu reparación. El diagramade polarización y la tablade características de estostransistores se muestran enla tabla 4. Como transisto-res de propósito general,también pueden utilizarsedispositivos JFET de monta-je de superficie. En la tabla5A tenemos una lista deJFETs que se utilizan gene-ralmente como amplifica-dores de señales de radio-frecuencia en las bandasde VHF y UHF; en la tabla5B, un listado de transisto-res de propósito generalque normalmente se utili-zan como amplificadoresde señal pequeña, amplifi-cadores de corriente di-recta, amplificadores deaudio, amplificadores debaja frecuencia, interrup-tores de bajo voltaje y os-ciladores.

DIODOS DE SINTONÍA

Los diodos de sintonía tie-nen la capacidad de modifi-car su valor de capacidad enfunción del voltaje de polari-zación aplicado en sus termi-nales.

Estos diodos, que estándisponibles para toda labanda de frecuencias utili-zadas en electrónica (des-de la banda de HF hastala de UHF), se utilizan en re-ceptores y transmisores deradiofrecuencia. Dentrode estos sistemas, los dio-dos cumplen una grancantidad de funciones;por ejemplo:

• Sintonía de lazo ce-rrado por fase (PLL).

• Ajuste de frecuenciade osciladores locales.

• Selectores presintoni-zados de radiofrecuencia.

• Filtros de radiofre-cuencia.

• Registros de fase deradiofrecuencia.


310

Tabla 3

Tabla 4

Tabla 5A

• Amplificadores de RF.• Control automático

de frecuencia.• Filtros de video y lí-

neas de retardo.• Generadores de ar-

mónicas.• Moduladores de fre-

cuencia FM.

En su construcción, es-tos dispositivos son dota-dos de tecnología deunión abrupta o de unión

hiperabrupta. La familia de uniónabrupta incluye una gama dedispositivos que se emplean en lamayoría de los circuitos sintoniza-dos para rangos pequeños defrecuencia, los cuales cubren sinembargo todo el espectro de fre-cuencias; por su parte, los diodosde unión hiperabrupta presentanaltos valores de radio de capaci-tancia; dado que esto es particu-larmente adecuado para cuan-do se necesitan amplios rangosde selección de frecuencia, esmuy común encontrar este tipode dispositivos en radios deAM/FM y en la sección de sinto-nía de televisores modernos.

Cabe aclarar que la mayoríade los diodos de montaje superfi-cial vienen en un encapsulado ti-po SOT23 (siglas de Small OutlineTransistor o transistor de encapsu-lado pequeño), cuyas caracterís-ticas físicas se muestran en la figu-ra 8.

A continuación presentamosun conjunto de diodos de sintoníade unión abrupta, mismos quevarían su capacitancia en térmi-nos de un radio que va de 20 a 30voltios; se fabrican en un encap-sulado SOT-23, tal como se mues-tra en la figura 9.

Los siguientes dispositivos demontaje superficial contienendos diodos de sintonía dentro delmismo empaque, y utilizan un en-capsulado tipo SOT-33 (figura 10).

Algunos de los modelos dediodos de sintonía de unión hipe-rabrupta, en encapsulado SOT-23, se indican en la figura 11. Re-cuerde que el indicador de mar-ca viene impreso en el cuerpodel dispositivo; básicamente esuna abreviatura definida por elfabricante, que permite recono-

Capítulo 20

311

Fig. 8

Tabla 5B

Encapsulado SOT-23 para montaje superficial

alucírtaMaicnaticapaC)soidarafocip( R)RB(RV

.nimstloVpaCoidaR

)zHM05,V0.4(Q

.niM .moN Má .x

1TL1012VBMM 1.6 8.6 5.7 03 5.2 0041TL3012VBMM 9 01 11 03 5.2 0531TL4012VBMM 8.01 21 2.31 03 5.2 0531TL5012VBMM 5.31 51 5.61 03 5.2 053

1TL7012VBMM 8.91 22 2.42 03 5.2 003

1TL8012VBMM 3.42 72 7.92 03 5.2 0521TL9012VBMM 7.92 33 3.63 03 5.2 002

Figura 9

sulado SOT-33 de montaje superficialon dos diodos de sintonía M4B

3

1 2

alucírtaMaicnaticapaC)soidarafocip( R)RB(RV

.nimstloVpaCoidaR

)zHM05,V0.3(

Q

.niM .moN Máx .

401VM 73 24 3 5.2 001 *

1TL234VBMM 34 1.84 2 5.1 001 **

(*) (**)Figura 10

cer cada tipo de dispositivo demontaje superficial.

Diodos SchottkyLos diodos Schottky de alto ni-

vel de portadores, llamados Hot-carriers, se utilizan como mezcla-dores y detectores de alta fre-

cuencia en las bandasde VHF y UHF; y, en ge-neral, en la mayoría delas aplicaciones dondehaya señales de altafrecuencia.

Estos dispositivos pre-sentan característicaseléctricas muy estables,gracias a la eliminacióndel diodo de punto decontacto. En pocotiempo, tal particulari-dad será aprovechadaen muchas aplicacio-nes electrónicas.

Ahora veremos ungrupo representativode diodos Schottky ensu versión de Hot-ca-rrier, los cuales se fabri-can en encapsuladosde montaje superficial(figura 12).

Diodos de ConmutaciónLos diodos de con-

mutación, que son dis-positivos que manejanpequeñas señales, seutilizan para conmuta-ción de baja corriente yaplicaciones de con-ducción.

En la tabla de la figu-ra 13 señalamos dos dio-

dos de conmutación de montajesuperficial; se indica también el en-capsulado para estos dispositivos.

Diodos Múltiples de ConmutaciónPara ahorrar espacio y costos,

se encapsulan diferentes configu-

raciones de diodos de conmuta-ción en empaques de soldadurasuperficial. En la figura 14 semuestra el encapsulado y lasconfiguraciones para estos dio-dos.

Diodos Zener

Recordemos que los diodoszener son dispositivos semicon-ductores que durante su opera-ción normal deben polarizarse demanera inversa; así, pueden ha-cer que en los extremos de susterminales se mantenga constan-te el voltaje, independientemen-te de la cantidad de corrienteque consuma el circuito.

Uno de los parámetros impor-tantes de los diodos zener, es pre-cisamente el voltaje de zener; setrata del valor de voltaje para elque cada uno de estos dispositi-vos fue diseñado, con el propósi-to de mantener constante justa-mente la alimentación.

Los diodos zener son amplia-mente utilizados en circuitos demontaje superficial.

En la figura 15 se muestra elencapsulado típico para la listaanexa.

Herramientas para el SoldadoDe entrada, puede pensarse

que soldar es un trabajo relativa-mento sencillo; y en realidad loes, cuando se realiza en circuitosimpresos de una cara. Pero latécnica de soldadura cambiacuando el trabajo se hace en cir-cuitos de montaje superficial, por-que los componentes son dema-siado pequeños; de ahí que hayaaparecido en el mercado todauna serie de herramientas (cauti-nes, puntas, estaciones de solda-do, etc.) que permiten soldarloscorrectamente.

Además de ciertas herramien-tas especializadas, se requiereuna sustancia fundente de solda-dura preparada con alcohol iso-propílico y que se vende de ma-nera común en el mercado elec-trónico. En Argentina y México aesta sustancia se le conoce conel nombre de flux (fundente, eninglés) y, además de facilitar elproceso de soldado de compo-nentes, una vez que se ha seca-


312

21

3Estilo 8

21

3Estilo 9

21

3Estilo 19

21

3Estilo 11

alucírtaMR)RB(VdfPstloV

xamTC acraM olitsE

1TL107DBMM 07 0.1 H5 8

1TL103DBMM 03 5.1 T4 8

1TL101DBMM 0.7 0.1 M4 8

1TL253DBMM 0.7 0.1 G5M 11

1TL353DBMM 0.7 0.1 F4M 91

1TL453DBMM 0.7 0.1 H6M 9

ones de los diodos dentro del encapsulado

Encapsulado SOT-23 para diodos de sintonía de montaje superficial, con tecnología de unión hiperabrupta

21

3

alucírtaM acraM renezejatloV

1TB1225ZSMM 1C 4.2

1TB2225ZSMM 2C 5.2

1TB3225ZSMM 3C 7.2

1TB4225ZSMM 4C 8.2

1TB5225ZSMM 5C 0.3

1TB6225ZSMM 1D 3.3

1TB7225ZSMM 2D 6.3

Figura 11

21

3Estilo 8Encapsulado para diodos de conmutación

alucírtaMnimR)RB(V

dfPstloVacraM

1TL0073VBMM 002 R4

1TL1043VBMM 53 D4

Figura 13

Figura 12

do el estaño, actúa como aislan-te eléctrico.

CÓMO SOLDAR UN COMPONENTE

DE SOLDADURA SUPERFICIAL

Soldar un dispositi-vo discreto de monta-je superficial (porejemplo, un transistor oun diodo), implica lanecesidad de recurrira una técnica diferen-te a la que se empleapara componentesconvencionales. De talsuerte, hay que contaral menos con los si-guientes materiales:

• Un soldador (cau-

tín) de estación de 30watts (debe conectarsea un contacto con laterminal de tierra habili-tada, y una punta del-gada).

• Una jeringa de 3ml.

• Un broche de lámi-na para encuadernar(como los tipo “Baco“).

• Estaño (soldadu-ra).

• Líquido fundente.• Desoldador de aire

o pistón.• Un palillo.

Procedimiento1) Para desoldar el

componente daña-do y separarlo de la

tablilla de circuito impreso, re-tire la mayor parte de la sol-dadura que existe en sus ex-tremos; esto requiere calen-tar la soldadura, y luego suc-cionarla mediante el desol-dador de aire (figura 16).

2) Coloque lapunta del palilloen la parte infe-rior del compo-nente, y calienteligeramente ca-da una de las ter-minales de éste;para que el dis-positivo se separede la placa del cir-cuito impreso. Apli-que un poco defuerza (figura 17).

3) Con muchocuidado, colo-que el nuevocomponente so-

bre la placa del circuito impreso;pero asegúrese de que las termina-les queden acomodadas tal comocorresponde (figura 18).

4) Tome el broche de lámina, ycon la ayuda de unas pinzas mol-déelo hasta que quede con laforma que se muestra en la figura19. La “herramienta“ obtenidacumple dos funciones: servir co-mo disipador de calor (con lo quese evita que el componente seadestruido cuando esté siendo sol-dado), y asegura la posición delmismo sobre la tablilla (para pre-venir que se mueva y entonces sesuelde equivocadamente).

5) Aplique líquido fundente enlas terminales del componente.

6) Oprima el componente con

Capítulo 20

313

Fig. 16

Figura 14

alucírtaM acraMrenezejatloV

1TB1225ZSMM 1C4.2

1TB2225ZSMM 2C5.2

1TB3225ZSMM 3C7.2

1TB4225ZSMM 4C8.2

1TB5225ZSMM 5C0.3

1TB6225ZSMM 1D3.3

1TB7225ZSMM 2D6.3

Encapsulado 425

Figura 15

Figura 17

Figura 18

la “herramienta“ que creó,y suelde sus terminales (fi-gura 20).

Debido a las pequeñasdimensiones de los compo-nentes de montaje superfi-cial, es necesario practicarlo suficiente en tablillas dedesperdicio; el objetivo esdominar la técnica parasoldarlos, puesto que así sereduce la posibilidad dedañar las tablillas de circui-tos que estén en buenascondiciones de operación.

El Control Remoto

314

Figura 19

Figura 20

El Control RemotoQUÉ ES UN CONTROL REMOTO

Un control remoto es una uni-dad externa con la que es posi-ble operar un equipo a distan-cia, esto es, sin que el usuariotenga la necesidad de estable-cer algún contacto físico con elsistema asociado; por ello, en elcontrol remoto se concentra elmanejo de las diversas funcio-nes del equipo al que comple-menta.

En los aparatos electrónicosdomésticos el uso de este dispo-sitivo permite acceder a los dis-tintos controles y prestacionesdel equipo; encendido, cambiode canal, conmutación de fun-ciones, nivelación de volumen,congelamiento de imágenes,efectos especiales, etc. Inclusoen algunos televisores moder-

nos, diversos ajustes que antes eltécnico debía efectuar median-te presets, ahora se llevan a ca-bo vía el control remoto, modifi-cando los valores de ciertas me-morias internas que a su vezcontrolan a sendos potenció-metros digitales (figura 1).

Es importante resaltar que elrango de prestaciones otorga-das por un control remoto de-penderá del diseño específicode cada equipo.

Cabe mencionar que la evo-lución que este accesorio ha ex-perimentado al paso del tiem-po, no ha modificado su princi-pio básico de operación: untransmisor envía las instruccio-nes codificadas mediante algúncanal de comunicación haciaun receptor alimentado perma-nentemente, el cual capta la se-

ñal y la envía en forma de pulsoseléctricos al sistema de control,donde el comando específicoes identificado para proceder aordenar su ejecución.

EL CONTROL REMOTO DIGITAL

La principal característicadel control remoto moderno esque se apoya en la tecnologíade las emisiones infrarrojas parala transmisión de órdenes entrela unidad remota y el aparatoreceptor.

Analicemos cómo trabajanestos accesorios, cuáles son lasseñales que emiten y algunosaspectos relevantes de su ope-ración.

PROPIEDADES DE

LAS EMISIONES

INFRARROJAS

La luz infrarrojaes una emisión elec-tromagnética cer-cana al espectrode la luz visible (figu-ra 2). Entre las pro-piedades que leotorgan ventaja so-bre otros sistemasutilizados anterior-mente, resaltan:

• Son ondas al-

Figura 1

tamente direccionales, por loque es necesario “apuntar“ o di-rigir el accesorio remoto hacia elaparato sujeto a control, sinafectar a otros equipos que seubiquen de manera cercana a latrayectoria de los rayos.

• Su rango de acción es muylimitado (un máximo promediode siete metros), lo cual impideque las señales “salgan“ del re-cinto donde se generan y afec-ten a otros aparatos de habita-ciones contiguas.

• Los LEDs (diodosemisores de luz) sonmuy económicos y suoperación es muy con-fiable.

• Debido a la natura-leza particular de lasondas de luz, es posibleenviar datos a muy altavelocidad, con la certe-za de que tanto la emi-sión como la recepciónserán adecuadas.

• La emisión de ra-yos luminosos por me-dio de un LED consumeun mínimo de energía,lo que prolonga la vidaútil de las baterías em-pleadas.

Desde que los fabri-cantes decidieron apro-vechar un rayo de luzpara el envío de infor-mación, consideraronmás apropiado no utili-zar emisiones del espec-

tro visible, lo que podría ser mo-lesto para los usuarios en deter-minadas circunstancias, sino laporción que se ubica justo abajode la frecuencia correspondien-te al color rojo (de ahí el nombrede “zona de infrarrojo“). Y si bieneste tipo de rayos constituye unafuente de calor, para las magni-tudes tan limitados que se re-quieren en el envío de datos norepresenta ningún riesgo.

Adicionalmente, las emisionesinfrarrojas tienen una propiedad

que las hace idóneas para estasaplicaciones: permiten eliminarlas interferencias de la luz visiblede una manera muy sencilla;basta simplemente con colocaren la etapa receptora una ven-tana de cristal o plástico de colorrojo oscuro transparente. De estamanera, se garantiza que cual-quier rayo de luz de una frecuen-cia por arriba de la frecuenciadel rojo sea bloqueado, mientrasque las frecuencias inferiorespueden pasar sin problemas.

Capítulo 20

315

Figura 3

Figura 2

ESTRUCTURA FÍSICA DE UN

CONTROL REMOTO

Veamos cómo está construi-do un control remoto. El gabine-te que contiene a los circuitos,por lo general está formado portres piezas independientes: lastapas superior e inferior y la quecorresponde al compartimientode las baterías (figura 3).

En el interior de la unidad des-taca una placa de circuito im-preso (figura 4) en la que se alo-jan todos los componentes elec-trónicos que detectan las órde-nes y transmiten los pulsos de ra-yos infrarrojos.

Se puede apreciar fácilmenteque la mayor parte del áreaocupada por este impreso co-rresponde a la matriz de teclas,mientras que en un extremo seubica el circuito integrado decontrol, algunos componentesperiféricos (capacitor o condensa-dor, resistencias, cristal oscilador),los transistores excitadores y el dio-do emisor del haz infrarrojo. Tam-bién, en un extremo se ubica la en-trada de voltaje (donde se conec-tan las baterías).

Otra pieza que destaca es elteclado de goma, donde seconcentran todos los botones decontrol (figura 5). Este elementorecibe el nombre de “teclado ti-po membrana“, debido a suconstrucción interna.

Si se cortara una de las teclas

se podría apreciar que el botónde goma va conectado a unapequeña membrana en formade domo orientado hacia abajo,el cual a su vez está recubiertopor una capa de compuesto deferrita, material cuyas propieda-des conductoras son excelentes.Justamente, dicha capa permiteel cortocircuito en las terminalesde cada interruptor, mismas quese encuentran grabadas en elpropio circuito impreso; de estamanera, la pequeña membranaubicada en la parte inferior decada tecla hace las veces de re-sorte, regresando el botón a suposición original una vez que de-ja de presionarse (figura 6).

OPERACIÓN

DEL CIRCUITO

EMISOR

Analicemosla operaciónde un controlremoto típico.Vea el diagra-ma esquemáti-co que semuestra en la fi-gura 7 y obser-ve que el tecla-do es de tipomatricial, es de-cir, cuenta conuna serie decolumnas y ren-glones en cu-yos nodos o in-tersecciones se

colocan las teclas, una para cadacruce.

La manera en que funcionanestos teclados es la siguiente: el cir-cuito de control (al cual llegan to-das las columnas y renglones) expi-de una serie de pulsos, ya sea a

El Control Remoto

316

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Capítulo 20

317

través de los propios renglones ode las columnas, pero de línea enlínea.

En los controles donde el inte-grado expide los pulsos por la lí-nea de las columnas, se inicia elprocedimiento “encendiendo“primero la línea correspondientea la columna 1 y chequea(“checa”, como se dice en Cen-troamérica) que no exista entra-da en alguna de las líneas aso-ciadas a los renglones; si no de-tecta ninguna señal entonces“apaga“ a la primera columna y“enciende“ a la segunda paravolver a checar los renglones. Yasí sucesivamente el proceso serepite cuantas veces sea nece-sario hasta que se haya encen-dido la última columna, de talmanera de que si no se detectaninguna tecla activada, el cir-cuito integrado regresa a su po-sición inicial y comienza de nue-vo el muestreo en la columna 1,reiniciando el ciclo.

En el caso de que sí haya si-do presionada una tecla, porejemplo la que corresponde a laintersección de la segunda co-lumna con el cuarto renglón, elcircuito de control “enciende“ laprimera columna y checa susentradas de renglones;como no encuentra se-ñal, “apaga“ esta línea y“enciende“ la segunda,en cuyo caso detecta latecla activada, lo cualsignifica que los mismospulsos que expide el cir-cuito de control por la lí-nea de la columna 2 loscapta por la línea del ren-glón 4, indicando enton-

ces que la tecla C2-R4 ha sidopresionada.

Como resultado de esta ac-ción, el circuito integrado con-sulta una tabla interna que le in-dica el proceso a efectuarcuando encuentre activada di-cha combinación, traduciéndo-se por lo general en una serie depulsos de salida que llegan a unexcitador (la mayoría de vecesno es más que un transistor deswitcheo), el cual va conectadoal LED o LEDs infrarrojos que seencargan finalmente de enviarlas instrucciones al receptor enforma de un rayo de luz.

Y no importa si el tiempo enque dura la tecla presionada esmuy corto. De todas formas elcircuito de control detecta di-cha acción, debido a que el ci-clo de muestreo del teclado esmuy rápido, llegando a produ-cirse varios cientos de muestreospor segundo.

EL CIRCUITO DE CONTROL DE LA

UNIDAD REMOTA

Prácticamente desde que sedemostró la factibilidad de loscontroles basados en emisiones

infrarrojas, los diseñadoreseligieron la transmisión dedatos de tipo digital; estoes, “1’s“ y “0’s“ que soncaptados por el receptorincluido en el aparato yenviados a un micropro-cesador incluido en el Sys-con (sistema de control),una etapa digitalizadadonde a su vez se identifi-ca el código binario res-pectivo, para proceder ala ejecución de las órde-nes correspondientes.

Por lo tanto, el circuito decontrol que se incluye en la uni-dad remota forzosamente debeser de tipo digital; de hecho, esbásicamente otro microcontro-lador, aunque con un objetivomuy limitado, pero con todos loselementos que caracterizan aeste tipo de circuitos: una señalde reloj, un reset, una memoriainterna, puertos de entrada dedatos y puertos de salida así co-mo un núcleo de microprocesa-dor que se encarga de la ejecu-ción de todas las instruccionesque le permiten hacer un mues-treo a las líneas del teclado,identificar las distintas teclas yexpedir en su línea de salida laorden correspondiente; y todoesto dentro de un encapsuladomuy pequeño, que en rarasocasiones rebasa las veinte ter-minales.

OPERACIÓN DEL CIRCUITO RECEPTOR

Ya sabemos entonces que lacomunicación entre el circuitoemisor y el receptor de un con-trol remoto, se efectúa median-te pulsos binarios transmitidospor medio de luz infrarroja. Expli-

Figura 7

Figura 8

quemos ahora cómo se efectúala recepción y ejecución de lasinstrucciones correspondientes.

En la figura 8 se muestra eldiagrama del circuito receptorde un control remoto típico, elcual se incluye en el aparato res-pectivo. Por lo general se tratade un fototransistor que recibe laenergía infrarroja (recordemosque un fototransistor sólo condu-ce cuando recibe energía lumi-nosa), y en cuyo colector se to-ma una muestra de los pulsosque se reciben, los que a su vezpasan a un pequeño circuitoque les da forma para expedirloscon el formato y el nivel adecua-dos.

EL FORMATO DE LA

SEÑAL INFRARROJA

En la figura 9 se muestra la for-

ma general de los pul-sos que se obtienen ala salida de cualquierunidad remota; pue-de observar que alprincipio se tiene unazona de identifica-ción, en la cual se en-vían uno o varios pul-sos que le permiten alreceptor identificarque esa orden provie-ne de “su“ controlasociado. Enseguidase tiene una serie depulsos codificados(por lo general entre10 y 20), correspon-dientes estrictamentea la orden en cues-tión. Y por último seencuentran uno o va-rios pulsos de identifi-

cación final, los cuales le indicanal receptor que ha concluido latransmisión de la orden, sirviendoen ocasiones también comoidentificación final.

Conviene aclarar que no to-das las marcas y fabricantes utili-zan este formato completo; enalgunos casos sólo se aprovechael identificador inicial y los pulsosde la instrucción, mientras queen otros sólo se envían los pulsosde la orden y el identificador fi-nal.

El identificador inicial cuentacon uno o varios pulsos de unaforma y duración definidas, locual permite identificar plena-mente al fabricante del controlremoto e incluso al tipo de apa-rato al que pertenece. Precisa-mente, dicha información permi-te que solamente el aparatoasociado reaccione ante las ór-denes emitidas.

Algunos fabricantes utilizancomo identificador un solo pulsode una duración determinada,mientras que otros emplean unaserie de 1’s y 0’s, codificados detal forma que se elimine cual-quier posibilidad de confusióncon otros aparatos.

Sin embargo, aunque en siste-mas digitales convencionales es-tamos acostumbrados a que un“1“ se representa con un nivel devoltaje alto y un “0“ con un volta-je bajo, en la transmisión de da-tos esto no resulta práctico, debi-do a que una serie extensa debits podría mantener por muchotiempo un nivel fijo en el canalde transmisión, lo que a su vezpodría redundar en una pérdidade sincronía y por consiguientede datos.

Por ello, en este caso se utilizauna codificación por ancho depulso, en la cual se asigna unadeterminada anchura de pulsoa los 1’s y otra a los 0’s (figura10).

De esta manera, siempre setiene un flujo de pulsos constan-te, por lo que el receptor lo úni-co que debe hacer es medircon exactitud el ancho de lospulsos recibidos para identificarlos 1’s y los 0’s.

Finalmente, la porción corres-pondiente al identificador finales, como su nombre lo indica, un“cierre“ de la señal enviada. Eneste segmento los fabricantespueden incluir un código final deidentificación o bien, un aviso deque la orden ya fue transmitida yque el microcontrolador del re-ceptor debe comenzar a proce-sar la información respectiva. Sinembargo, en algunas unidadesremotas este pulso se omite.

Tratamiento de la Información en una Computadora

318

Figura 9

Figura 10


En los dos capítulos anterioreshemos visto cómo es unacomputadora, para qué sirve

y cómo se ensambla un equipobásico, veremos ahora breve-mente coómo se realizan ciertasoperaciones.

Cabe aclarar que, si lo desea,puede obtener mayor informa-ción sobre el tema en la enciclo-pedia: “Todo sobre Computado-ras”, de esta casa editorial; lacual se edita simultáneamentecon esta obra.

CÓMO SUMA UNA COMPUTADORA

Una PC almacena todas lasinformaciones -sean palabras,ilustraciones o números- en formade números binarios. En el sistemade numeración binaria existen

únicamente dos dígitos: 0 y 1. To-dos los números, palabras e ilustra-ciones se forman por diferentescombinaciones de estos dos dígi-tos (en el capítulo 24 veremos endetalle la lógica binaria).

Para “manipular” los númerosbinarios se usan llaves transistoriza-das. Recuerde que una llave tie-ne dos estados posibles: abierta(desconectada) o cerrada (co-nectada) y esto combina perfec-tamente con los dos números bi-narios (“0” y “1”). Un transistorabierto, por el cual no fluye co-rriente alguna, representa un 0. Untransistor cerrado, que permiteque un pulso de reloj de la com-putadora pase por él, representaun “1”.

El reloj de la computadora re-gula la velocidad con la que lacomputadora funciona. Cuantomás rápido opera o emite pulsosel reloj, más rápidamente funcio-na la computadora. Las velocida-des del reloj son medidas en me-gahertz, o miles de oscilacionespor segundo.

La corriente que fluye por untransistor se usa para controlarotro transistor, a efecto de conec-tar o desconectar la llave y alterarlo que el segundo transistor repre-senta.

Este tipo de “configuración” sellama puerta porque, tal comouna puerta real, el transistor seabrirá o cerrará y permitirá o inte-rrumpirá el paso de corriente.

La operación más simple querealiza un transistor se llama depuerta lógica “NO” (o negación).Esta puerta recibe una entradade reloj y una de otro transistor. Lapuerta “NO” produce una únicasalida, opuesta siempre a la en-trada del otro transistor. La puerta“NO” posee un transistor único.Cuando la corriente de otro tran-sistor, representado como “1”, seenvía hasta una puerta “NO”, lallave del transistor coloca su puer-ta de forma que no pase un pulsode reloj, o corriente, esto produceun “0” en la salida de la puerta“NO”. La entrada de un “0” fija eltransistor de puerta “NO” de for-ma que el pulso de reloj al pasarpor ella produzca un 1 en la sali-da. En la figura 1 se grafica lo queacabamos de exponer.

Las puertas “NO” dispuestas encombinaciones diferentes creanotras puertas lógicas. Todas estascompuertas contienen una líneapara recibir pulsos de reloj y dos omás líneas de entrada de otraspuertas lógicas. La puerta “O”,por ejemplo (que graficamos acontinuación) crea un “1” si la pri-mera o la segunda entrada estáen estado alto (estado lógico“1”).

Por otra parte, una puerta “Y”produce un 1 únicamente si la pri-mera entrada y la segunda estánen “1”. Se dice: la salida es “1” silas dos entradas son “1”.

Una puerta “XOR” (tambiénllamada O EXCLUSIVO) produceun “0” si ambas entradas son “0” o“1”. Genera un “1” solamente siuna de las entradas es uno y laotra cero.

Una computadora realiza loscálculos básicos de todas lasoperaciones con diferentes com-binaciones de puertas lógicas.

Esto se consigue con procesosllamados sumadores parciales ysumadores completos. Un suma-dor parcial (figura 2) surge de lacombinación (conexión eléctrica)de una puerta “XOR” y una puer-ta “Y”, ambas reciben representa-ciones de números binarios de undígito. Un sumador completo pue-de construirse a partir de sumado-res parciales en combinación conotras puertas o llaves.

La combinación de un suma-dor parcial y un sumador comple-to permite el manejo de númerosbinarios mayores y genera resulta-dos por transporte de números. Enla adición de los números deci-males 2 y 3 (10 y 11, en sistema bi-nario), primero el sumador parcialprocesa los dígitos del lado dere-cho por las puertas “XOR” e “Y”.

El resultado de la opera-ción “XOR” -1- repite el dígi-to de las unidades del resul-tado.

El resultado de la opera-ción “Y” del sumador parcial-0- se envía hacia las puer-tas “XOR” e “Y” en el suma-dor completo. El mismo tam-bién procesa los dígitos de laizquierda de los números 10 y

11, y envía ambos a otras puertas“XOR” e “Y”. Los resultados de lasoperaciones “XOR” e “Y” de losdígitos de la izquierda se proce-san juntamente con los resultadosdel sumador parcial. Uno de losresultados nuevos pasa por unapuerta “O”. Por último, el resulta-do de todos estos cálculos es 101en binario, que corresponde a 5en decimal. Para números mayo-res, se usan más sumadores com-pletos, uno para cada dígito enlos números binarios. Un procesa-dor 80386 o más reciente usa su-madores completos de 32 bits.

CÓMO SE ALMACENA INFORMACION

EN LOS DISCOS

Si bien estamos en la era de losCDs, minidiscos y muchos mediosde lectura y escritura óptica, lascomputadoras actuales siguenutilizando medios magnéticos pa-ra almacenar información, tal esel caso de los disquetes de 3 y1/4”. Por tal motivo, creemos inte-resante dar información de cómose realizan los procesos de lecturay escritura, pues suelen ser ele-mentos que ocasionan fallas pordefectos en las cabezas o simple-mente suciedad en las disquete-ras.

Actualmente, los fabricantesde computadoras realizan avan-ces en el sentido de crear chips

Capítulo 20

319

Figura 1

Fig. 2

de memoria no volátil que, con-trariamente a sus primos más co-munes, no pierden el contenidocuando se desconecta la PC por-que poseen sus propias fuentesde energía. Todos estos métodospara almacenar datos en formapermanente tienen sus ventajas ytambién sus desventajas.

ALMACENAMIENTO DE INFORMACION

Por más informativa y velozque sea la memoria de una com-putadora, la RAM tendrá una des-ventaja fatal: es volátil. Excep-tuando muy pocos, los chips dememoria pierden las informacio-nes almacenadas cuando se des-conecta la computadora. Todo elesfuerzo colocado en un proyec-to anual, en un informe contableo en la escritura del “gran dramaargentino” se perderá, si la electri-cidad requerida por los transisto-res de la RAM falta, aunque sólosea por una fracción de segundo.

Hay diversas formas de obte-ner almacenamiento permanen-te de los programas de la compu-tadora y de los trabajos que conellos se generen, almacenamien-to que permanecerá intacto pormás que la electricidad se corte.

La forma más común de alma-cenamiento permanente hastahace unos años era el uso de dis-cos magnéticos, tanto del tipo fle-xible como del rígido. También seusaba el almacenamiento mag-nético en “unidades de cinta”,método de almacenamiento per-manente que lleva tanto tiempode uso como las computadoras.Estos nuevos dispositivos que usanláser para almacenar y recuperardatos están ganando populari-dad.

Actualmente, los fabricantesde computadoras realizan avan-ces en el sentido de crear chipsde memoria no volátil que, con-

trariamente a sus primos más co-munes, no pierden el contenidocuando se desconecta la PC por-que poseen sus propias fuentesde energía.

Todos estos métodos para al-macenar datos en forma perma-nente tienen sus ventajas y tam-bién sus desventajas.

Los disquetes son universales,portátiles y baratos, pero les faltamayor capacidad y velocidad.Los discos rígidos son probable-mente el mejor medio de almace-namiento. Almacenan y recupe-ran datos rápidamente, tienencapacidad para salvar diversosvolúmenes de datos y resultan ba-ratos en relación al costo por me-gabyte pero, en general, no sonportátiles. Las unidades de cintaofrecen virtualmente almacena-miento ilimitado fuera de línea(cuando no se está procesando)a bajo costo, pero son muy lentascomo para usarlas en otra tareaque no sea la de copias de segu-ridad.

Algunas de las formas de al-macenamiento sirven a usuariosde PC que necesitan almacenarenormes cantidades de datos.Las unidades de CD-ROM reúnenhasta 650MB (megabytes) de da-tos en un disco idéntico a los dis-cos láser compactos que repro-ducen música y los discos CD-ROM tienen producción barata. Elproblema es que son dispositivosde “sólo lectura”, lo que significaque podemos usar los datos ya al-macenados en ellos tal como fue-ron creados, no se pueden borraro alterar datos en un CD-ROM. Lasunidades magneto-ópticas y lasunidades “ópticas” leen los datoscon láser, igual que los CD-ROM,pero tienen varias ventajas: esosdatos pueden alterarse, son velo-ces, portátiles y ostentan genero-sa capacidad, aunque reciénahora su costo ha bajado comopara que tengan un uso más po-

pular.Dos tipos de chips de memoria

guardan informaciones hasta quese renueva la electricidad. LasEPROMs (del inglés, Erasable Pro-grammable Read-Only Memory =memoria programable de sólolectura), que se encuentran prác-ticamente en todas las computa-doras personales.

Son lentas y su contenido pue-de alterarse solamente al expo-nerlo a la luz ultravioleta. Los chipsflash RAM, que combinan la ca-pacidad y casi la misma veloci-dad indicadas en la descripciónde los chips de RAM convencio-nales con la capacidad de rete-ner los datos cuando la fuenteprincipal de energía está desco-nectada. Seguramente tendránun uso popular en el futuro comomedio ideal de almacenamientopermanente. Pero actualmenteson muy caros como sustitutos delos discos rígidos.

Pese a las diferencias tecnoló-gicas entre estos métodos de al-macenamiento, todos tienen encomún una cualidad semejantepara grabar datos y un sistemaparecido para archivar estas in-formaciones de forma tal quepermite encontrarlas nuevamen-te.

El almacenamiento perma-nente es conceptualmente similaral sistema usado cuando se guar-dan papeles. Los archivos en pa-pel requieren estar manuscritos odactilografiados, todos en la mis-ma lengua y acomodados orde-nadamente en los armarios paraencontrarlos de manera fácil y rá-pida. Así también, los archivoselectrónicos exigen un almacena-miento dentro de un sistema orde-nado y sensato y en un lenguajecomún.

Desde ya que éste es un temaque requiere un apartado espe-cial y, por ello, nos ocuparemosen detalle oportunamente. *****


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, prepa-rada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio D. Vallejo, OscarMontoya Figueroa y Leopoldo Parra Reynada.


SSAABBEERR


Los Superconductores

La TV CodificadaMétodos de Codificación y DecodificaciónLa TV CodificadaMétodos de Codificación y DecodificaciónLa TV CodificadaMétodos de Codificación y Decodificación

Los Circuitos deConmutaciónLos Circuitos de

Conmutación

Circuito Decodificador

de SonidoCircuito Decodificador

de Sonido


LA TV CODIFICADA

Diagrama en bloques del

modulador de sonido.......323

Recuperación del audio

en el decodificador..........324

Circuito decodificador

de sonido............................325

CIRCUITOS DE CONMUTACION

Introducción.......................327

Circuitos de aplicación ....327

Comportamiento de las

cargas en un

semiconductor...................327

Dispositivos específicos

de disparo ..........................329

Rectificador controlado

de silicio ..............................329

Triac.....................................330

Diac.....................................331

LA SUPERCONDUCTIVIDAD Y

SUS APLICACIONES

Qué se entiende por

superconductividad ........333

Características de los

superconductores .............333

Aplicaciones de los

superconductores .............334

Generación de energía

eléctrica .............................335

Mejores dispositivos

electrónicos........................335

Transportación terrestre ....335

Aplicaciones .....................336





NOTA: EL PRESENTE CAPI-TULO SE INCLUYE PARA FACI-LITAR LA INVESTIGACION SO-BRE LAS TECNICAS DE CODI-FICACION Y DECODIFICA-CION DE SEÑALES DE TV.TANTO LA EDITORIAL COMOEL AUTOR RECUERDAN A TO-DOS LOS LECTORES QUE LAFABRICACION Y COMERCIA-LIZACION DE DECODIFICA-DORES CLANDESTINOS ESTASEVERAMENTE PENADA PORLA LEY. LO QUE SI ES PERFEC-TAMENTE LEGAL ES LA TAREADE INVESTIGACION CONDU-CENTE AL DISEÑO DE CODI-FICADORES Y SUS DECODIFI-CADORES OFICIALES PARAREALIZAR TRANSMISIONES YRECEPCIONES CODIFICA-DAS DE TV CON LA CONSI-GUIENTE AUTORIZACION DELA SECRETARIA DE COMUNI-CACIONES. MAS AUN, ESTAACTIVIDAD DEBE SER PROMOVIDACOMO UNA FUENTE DE RECURSOSPARA NUESTRA VAPULEADA IN-DUSTRIA ELECTRONICA.

INTRODUCCIÓN

La Secretaría de Comunica-ciones obliga a transmitir el soni-do de los canales eróticos en for-ma codificada. Como en generalla misma frecuencia (el mismocanal) es utilizada también paralas emisiones deportivas, todas re-sultan codificadas del mismo mo-do para evitar que el sonido delas emisiones deportivas puedaser recibido en un TV sin decodifi-cador.

Si se trata de evitar que un TVnormal reciba el sonido codifica-do, lo más adecuado es interpo-ner un modulador de sonido conuna subportadora fuera de labanda de audio. Esta subporta-dora puede estar modulada enamplitud o en frecuencia, pero

siempre se elige la modulaciónde frecuencia para poder trans-mitir señales de control de codifi-cación de video en la banda ba-se de audio, es decir entre 0 y15kHz.

DIAGRAMA EN BLOQUES DE UN

MODULADOR DE SONIDO

En una transmisión normal, elmodulador de sonido de la emi-sora es un modulador de frecuen-cia con una frecuencia portado-ra que se encuentra 4,5MHz porencima de la portadora de vi-deo. En un transmisor codificadose mantiene este mismo esque-ma, pero la señal modulante yano es la señal de audio sino unasubportadora con una frecuen-cia superior a 20kHz. Ver figura 1.

El camino de la transmisión deaudio de un hipotético canal queemite la portadora de video en300MHz, sería el siguiente: Laseñal de audio se envía a un mo-

dulador de frecuencia que reci-be además una subportadora de31.250Hz (u otra frecuencia supe-rior a 20kHz para que sea inaudi-ble). La salida del primer modula-dor será entonces una portadorade 31.250Hz modulada en fre-cuencia por la señal de audio. Es-ta señal se envía a un sumador,en donde se agregan señales decontrol de la codificación de vi-deo comprendidas en la bandade frecuencias de 0 a 15kHz. El es-pectro de la señal compuesta deaudio y control puede observarseen la figura 2.

A su vez, el espectro de laseñal de nuestro canal hipotéticode 300MHz se puede observar enla figura 3.

Observe que las portadoras setransmiten con diferente ampli-tud; la portadora de sonido setransmite con la mitad de energíaque la de video en un canal sincodificar. En un canal codificadose suele aumentar el nivel de laportadora de sonido para que in-

Capítulo 21

323

Capítulo 21

La TV Codificada

Fig. 1

terfiera con el video en un TV nor-mal; luego se compensa esto conun filtro de superficie en la FI deldecodificador.

El ancho de banda del sonidoes también mayor para un canalcodificado, ya que se transmitenfrecuencias más altas, por lo ge-neral, llega hasta 50 kHz, siendoeste detalle a considerar en el di-seño de la FI de sonido del deco-dificador.

RECUPERACIÓN DE AUDIO

EN EL DECODIFICADOR

Si se observa con un oscilosco-pio la salida de audio del detec-tor de FI de sonido del decodifi-cador , se observa una forma deseñal como la indicada en la figu-ra 4.

El oscilogra-ma muestrauna portadorade 31.250Hzmodulada enfrecuencia y,sumada a ella,una señal lla-mada puertavertical y algu-nos pulsos quese presentanaleatoriamen-te. La puertavertical es unaseñal rectangu-lar que, en pe-ríodo de inacti-vidad, coincide con el pulso desincronismo vertical que dibuja-mos debajo de la señal de audio.

Olvidemos por un momento laseñal de puerta vertical y pense-

mos sólo en la señal de 31.250Hzmodulada en frecuencia. La ma-nera más sencilla de recuperar elaudio es con un circuito integra-do PLL cuya teoría de funciona-miento se encuentra en un apén-dice del libro TV Codificada II. Sinembargo, en ese apéndice setrata a los circuitos integradosPLLs más desde el punto de vistade la recuperación de los pulsoshorizontales, en tanto que aquílos usaremos como detectores deFM. De cualquier manera se tratade los mismos integrados pero co-nectados de otro modo. Aquí va-mos a utilizar el circuito integradode NATIONAL LM565CN o susreemplazos (por ejemplo, el SIG-NETICS NE565 y otros que llamare-mos 565 genéricos). En la figura 5mostramos el diagrama en blo-

La TV Codificada

324

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 3

ques. Expliquemos el funciona-miento como detector de FM confuente única. Si queremos detec-tar una señal de 31.250Hz modu-lada en frecuencia se requiereque el VCO oscile libre en esa fre-cuencia.

El fabricante indica que la fre-cuencia se puede calcular con lafórmula Fo=1,2/(4xR2xC1) y en

donde el valor óptimo de R2 esde 4000 ohm pero puede variarentre 1K y 20K sin mayores proble-mas. Adoptando R2=10kΩ se ob-tiene un valor de C1=1,2/4xR2x-Fo=1,2/4x10.000x31.250=960pF. Seadopta entonces un valor de1000 pF +-5% NP0 del tipo cerámi-co disco.

En estas condiciones y con

sólo conectar una tensión defuente en la pata 10 de 12V, elVCO oscila en las cercanías de31.250Hz. Conectando la pata 4,que es la salida del VCO, a la 5que es la entrada de referencia,el circuito queda preparado pararecibir la señal de muestra por lapata 2 o la 3. Lo que llamamosÒmuestraÓ no es otra cosa que

Capítulo 21

325

Fig. 5

Fig. 5

la entrada de audio codificada.Tanto la pata 2 como la 3 son en-tradas, porque el circuito integra-do tiene entrada diferencial. Co-mo nosotros tenemos una señalde entrada referida a masa bastacon conectar la pata 3 a masa eingresar la señal por la pata 2. Pe-ro esa masa que mencionamosdebe ser, en realidad, una masavirtual debido a que vamos a ali-mentar al integrado sólo con ten-sión positiva de 12 V (si Ud. realizapruebas con fuente partida de +-

6 V entonces debe realizar el cir-cuito con la pata 3 conectada ala unión de las fuentes).

Y eso es todo, por la pata 7obtendrá audio decodificadoporque el detector de fase va agenerar una tensión continua deerror que, debidamente amplifi-cada y filtrada por R1 (interno) yC2 externo, queda aplicada alVCO corrigiendo su frecuencia,de modo que se enganche conla frecuencia de entrada. Si elVCO está enganchado en fase

por la portadora de 31.250Hz mo-dulada en frecuencia, es porquela tensión continua de control tie-ne la misma forma que la señalde modulación de audio utilizadaen el transmisor.

En la figura 6 le ofrecemos elcircuito completo del decodifica-dor de audio en donde obser-vará que se ha agregado un tran-sistor que opera como separadorpara obtener baja impedanciade salida y poder cargar una en-trada de audio de un TV.

Circuitos de Conmutación

326


Cuando se estudia el com-portamiento del transistorcomo parte componente

de un circuito electrónico, deberealizarse el análisis, ya sea paraseñales débiles (pequeñas) opara señales fuertes, que haganque el semiconductor trabaje enla zona de corte o en la zona desaturación de sus curvas carac-terísticas.

Se dice, en este último caso,que el transistor actúa como uninterruptor (cuando pasa desdela región de corte a la de satura-ción y vuelve luego al corte).

Los circuitos "interruptores"con transistores o de conmuta-ción se usan en sistemas de ra-dar, televisión, instrumentaciónelectrónica, telefonía, circuitosdigitales, etc.

El circuito característico deun transistor conmutador no di-fiere de los ya estudiados, tal co-mo se puede ver en la figura 1,dado que lo que varía es el nivelde la señal aplicada a la entra-da.

En la figura 2 se representacómo varía la corriente de emi-sor, detallando los tiempos de

"encendido" y "apagado" deltransistor, debido a que la res-puesta a la señal de entrada noes inmediata, sino que sufre uncierto retraso, que quedan defi-nidos por dos tiempos, uno deconexión (tON) y otrode desconexión(tOFF). La falta de res-puesta de un transis-tor a los tiempos rea-les de conmutaciónse debe a que, en lasaturación, existencargas en exceso, deportadores minorita-rios almacenados enla base. Por esta ra-zón, cuando se emplean transis-tores en conmutación, se debereducir el tiempo de almacena-miento.

Ahora bien, si se deseancomponentes más rápidos, sedeben utilizar componentes conestructuras distintas. Para ello, espreciso dar algunos conceptos.

En la superficie de los semi-conductores y de losmetales existen estadosde energía adicionales,que surgen de la roturade la continuidad de laestructura cristalina.

En la figura 3 se re-produce la estructurade un componente,que permite el movi-miento de cargas conmayor facilidad y dismi-nuye, de esta manera,

los tiempos de almacenamiento.Se trata de un diodo Schottky,cuyas características tensión-co-rriente son similares a las de undiodo de juntura P-N normal, talcomo se puede apreciar en la fi-gura 4.

Los diodos Schottky tienen untiempo de almacenamientodespreciable, porque la corrien-

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

te está producida principalmen-te por portadores mayoritarios,ya que los electrones entran des-de el lado N hacia el aluminio y,por consiguiente, no pueden di-ferenciarse de los electrones delmetal, con lo que no se producealmacenamiento en la proximi-dad de la unión.

De la misma manera que sepuede reducir el tiempo de retar-do de un diodo, se podría reducirel tiempo de establecimiento deun transistor.

El componente así formadorecibe el nombre de transistorSchottky, y su símbolo, tanto co-mo el modelo equivalente, semuestran en la figura 5.

Si se intenta saturar el transis-tor aumentando la corriente debase, la tensión del colector dis-minuirá, por lo cual el diodoSchottky conducirá y, como launión del colector está polariza-da en sentido directo a una ten-sión menor que la de umbral(V<0,7 V), el transistor no entraráen saturación.

CIRCUITO DE APLICACIÓN

Se puede reducir el retardode una compuerta lógica TTL(transistor, transistor, lógico), si seelimina el tiempo de almacena-miento o establecimineto de to-dos los semiconductores que laintegran. Como se ha visto, estose consigue evitando que lostransistores estén totalmente sa-turados.

La mayoría de los circuitos in-tegrados digitales de la familiade los llamados de "alta veloci-dad", emplean semiconductoresSchottky con el objeto de au-mentar la velocidad de opera-ción, lo que es altamente benefi-cioso en componentes, tales co-mo las memorias.

En la figura 6 se da el circuito

eléctrico de una compuertaNAND de dos entradas fabricadacon tecnología Schottky.

Los circuitos integrados queemplean esta tecnología son losmás rápidos dentro de los TTL yutilizan diodos Schottky que resul-tan fáciles de fabricar y, como yase ha estudiado, son muy rápi-dos. La subfamilia de circuitos in-tegrados con esta tecnología, sedenomina HTTL y con ella se tie-nen tiempos de propagación in-feriores a los 3 nanosegundos, loque permite operar con frecuen-cias de oscilación superiores a los100MHz. El consumo suele ser ba-jo y la disipación de potencia ra-ra vez supera los 20mW.

Los fabricantes de circuitos in-tegrados se esfuerzan para con-seguir componentes rápidos demuy baja disipación; con esta fi-losofía se tiene otra subfamilia TTLSchottky de baja potencia, de-nominada LSTTL, que posee resis-tores internos de mayor valor conel objeto de reducir la corrientede circulación interna.

Suelen emplear una configu-ración diferente a la entrada,reemplazando el transistor multie-misor por un sistema más veloz,con lo cual se consiguen tiemposde propagación típicos de unos10 nanosegundos y un consumopor compuerta de tan sólo 2mW.Como puede observar, el consu-mo se ha reducido considerable-mente, pero como contraparti-da, la frecuencia máxima de re-loj sólo alcanza los 35MHz, lo cuales bastante importante si se locompara con la frecuencia má-xima que se obtiene con otras fa-milias.

Volviendo al análisis del transi-sitor en conmutación, conectaruna juntura significa que por ellacircule una corriente superior a lade manteni-miento, lo cualdemandará untiempo paraque la tensión yla corriente seestabilicen. Aeste tiempo selo denominarégimen transi-torio de cone-xión.

Del mismo modo, cuando eltransistor conduce, para blo-quear la tensión y anular la co-rriente, será necesario un tiempodenominado régimen transitoriode desconexión.

En una juntura ideal, los tiem-pos de conexión y desconexiónson nulos, lo que implica una re-sistencia nula durante la conduc-ción e infinita cuando se quierepracticar el bloqueo.

Dicho de otra manera, noexistiría en este caso almacena-miento de cargas en el materialque forma la juntura (en la zonaneutra). Si se realizara el análisisque permita explicar el compor-tamiento de la juntura, podría-mos asemejar la misma a un cir-cuito rc paralelo, dado que haríafalta que el capacitor se carguecompletamente para que la jun-tura entre en un régimen perma-nente. El tiempo de estableci-miento de la corriente de colec-tor dependerá del tiempo queprecise la base para almacenaruna carga determinada.

De aquí que adquiere vital im-portancia tanto la resistencia deentrada como la capacidad ba-se-emisor de un transistor, a la ho-ra de establecer el comporta-miento del semiconductor en al-ta frecuencia. El mismo procedi-miento se puede seguir para es-tudiar a los transistores de efectode campo, unijuntura, Schottky,etc, procedimiento del cual nosocuparemos en lecciones futu-ras.

COMPORTAMIENTO DE LAS

CARGAS EN UN SEMICONDUCTOR

Para "conectar" una junturaPN se debe hacer circular porella una corriente, teniendo un

Capítulo 21

327

Fig. 5

Fig. 6

régimen transitorio de conexión,que representará el tiempo ne-cesario para que la tensión y lacorriente se estabilicen, permitirállevar el sistema a un régimenpermanente.

Para "desconectar" la juntura,se debe disminuir la tensión conel objeto de anular la corrientecirculante por el circuito.

Entonces, el régimen transito-rio de la desconexión representael tiempo necesario para que enla juntura se anule la corriente yel sistema permanezca en régi-men permanente.

En la figura 7 se reproduce unesquema circuital que utilizare-mos como base para explicar es-te tema, consideraremos al tran-sistor en conmutación.

El generador VG suministrauna tensión de forma de ondacuadrada. En el tiempo “Ø” elgenerador entrega la tensión +V.luego, en el tiempo “Ø1” se esta-blece una tensión -V y así sucesi-vamente. Se busca que la junturabase-emisor del transistor permitael paso de la corriente, a partirdel tiempo t = Ø, y que la corrien-te sea nula durante el tiempo t =Ø1, tal como se muestra en la fi-gura 8.

En dicha figura se ha supuestouna juntura de comportamientoideal, en la cual se tendría unaresistencia nula, en el sentido di-recto de conducción, e infinita,en el sentido inverso, y no existiríaen ella el almacenamiento decargas en las zonas neutras delmaterial que forma parte de lajuntura, ni en la zona de "cargaespacial" de la misma.

Lógicamente, existen tiemposde demora para que se produz-ca el establecimiento de las car-gas, con lo cual la situación reales diferente, tal como muestra lagráfica de respuesta de la figura8.

Se observa que a partir deltiempo t = Ø comienza el proce-so de conexión. Si suponemosque la resistencia R del circuito esmuy superior a la resistencia de lajuntura base-emisor y que la ten-sión aplicada a la juntura es muysuperior a la tensión de conduc-ción (0,7V para el silicio), puededecirse que la corriente será:

VI = ————

R

Para explicar el proceso de al-macenamiento de cargas, su-pondremos que la juntura P-N es-tá compuesta por una zona P,fuertemente dosificada, y unazona N de dosificación más débil.

Por lo tanto, la inyección deportadores en la junturaconsistirá, casi exclusiva-mente, en lagunas o hue-cos que irán de la zona P+hacia la zona N. Además,los electrones que se in-yectan en sentido contra-rio serán muy pocos, de-bido a la baja contami-nación de la zona N.

Para calcular la co-rriente circulante, sabe-mos que la misma estarádada por la cantidad decargas inyectada en lajuntura N por unidad detiempo; matemáticamen-te se tiene:

QpI = ————

Tp

Es fácil deducir que lajuntura se comporta co-mo un circuito RC parale-lo, tal como se muestra enla figura 9. En base a lafórmula anterior y a laasociación recién hecha,se deduce que:

QI = _______

Cy

T = RC

En la figura 10 se ha

reemplazado el efecto de alma-cenamiento de cargas en la jun-tura por el equivalente RC, por locual el tiempo de establecimien-


328

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 10

Fig. 9

to de la corriente de colector de-penderá del tiempo necesariopara almacenar en la base unacarga QB, lo cual podemos escri-bir como:

QbIc = ______

Tb

Como VG >> VBE, puede con-siderarse que el capacitor Cb so-porta la totalidad de la tensión"escalón +V" en forma casi instan-tánea.

La carga almacenada en elcapacitor está dada por:

Qb = Cb . V

La base del transistor, que estáen serie con el capacitor Cb, al-macena una carga igual, comose esperaría de dos capacitoresconectados en serie.

Para este análisis, considera-mos la entrada del transistor (en-tre base y emisor), de naturalezapuramente capacitiva, por loque:

Tb = Cb . Rb

Quiere decir que el tiempo Tbes el mínimo necesario para quese establezca un régimen perma-nente, como condición funda-mental que debe cumplir laconstante de tiempo del circuitoCR de entrada, para compensarla constante de tiempo intrínsecadel transistor y, por consiguiente,anular el tiempo de estableci-miento.

El análisis efectuado se realizacon fines demostrativos, dadoque el fabricante de semicon-ductores suele dar los tiempos deestablecimiento que el proyectis-

ta o técnico debe cono-cer, para poder seleccio-nar el componente ade-cuado, a la hora de tra-bajar con un circuito elec-trónico.

Con este tema damospor finalizado el estudiosimplificado del transistoren conmutación. Comosíntesis, podemos decirque un transistor en con-mutación se comporta comouna llave electrónica, que permi-te el manejo de una corrienteelevada entre emisor y colector,cuando se aplica una tensión su-ficiente a la juntura base-emisor.Estudiaremos ahora, los dispositi-vos específicos de disparo, co-múnmente conocidos como "re-lés electrónicos".

DISPOSITIVOS ESPECÍFICOS

DE DISPARO

Los semiconductores contro-lados de disparo, tales como elrectificador controlado de silicio,el diac y el triac, se utilizan en sis-temas de encendido de automó-viles, controles de iluminación, demotores, electrónica de poten-cia en general, calefacción, etc.Estudiaremos cada uno de estoscomponentes en forma sencilla,pero lo suficientemente profundacomo para contar con herra-mientas válidas de trabajo.

RECTIFICADOR CONTROLADO

DE SILICIO (SCR)

Es un dispositivo semi-conductor, formado porcuatro capas de estruc-tura (PNPN), que se utilizacomo interruptor electró-nico. Esto quiere decirque su comportamientotiene dos estados: unode bloqueo (como unallave abierta) y otro deconducción (como unallave cerrada). En la figu-ra 11 se representa enforma esquemática uncomponente de estascaracterísticas con elsímbolo correspondiente.

G es la compuerta, A el áno-do y K el cátodo. Si se analiza de-talladamente la estructura de es-te componente, mostrada en lafigura 11, se puede deducir queel rectificador controlado de sili-cio se comporta como dos tran-sistores conectados en cascada,tal como se muestra en la figura12. El cátodo (K), que general-mente es de material N muy con-taminado actúa como emisor. Lazona de compuerta (G), que esde material P poco contamina-do, actúa como base del mismotransistor, cuyo colector se com-pleta con una zona de bloqueode material N.

Por otro lado, la zona de áno-do (A), que es de material tipo P,muy contaminada cerca de laconexión y poco contaminadaen la proximidad de la juntura,completa el dispositivo.

Se observa que el SCR estácompuesto por dos transistoresuno PNP y otro NPN, conectadosen cascada.

Supongamos que se alimentael ánodo (A) con una tensión po-sitiva con respecto al cátodo (K)y que la compuerta (G) no estápolarizada. El transistor T2 estará

Capítulo 21

329

Fig. 11 Fig. 12

Fig. 13

al corte, por lo cual la corrienteIc2 será nula, lo mismo que la co-rriente de base Ib1, en el transis-tor T1, por ser la misma que Ic2. Eltransistor T1 se encuentra, por lotanto, al corte y no circulará co-rriente entre el ánodo y el cátododel dispositivo (IA = 0).

Si ahora polarizamos la com-puerta (G), en forma directa conrespecto al cátodo (K), el transis-tor T2 sale del corte. La corrientede colector Ic2, deja de ser nula,al igual que la corriente de baseIb1, ya que Ic2 es igual a Ib1; enconsecuencia, el transistor T1 de-ja el estado de corte y provocala circulación de corriente de co-lector Ic1, que se cierra por la ba-se del transistor T2, como Ib2.

El transistor T2 es, de esta ma-nera, excitado por el transistor T1,independientemente de la pola-rización externa, aplicada en lacompuerta (G), que sólo fue ne-cesaria para el "arranque" o en-cendido del RCS.

Se observa, entonces, que eltransistor T2 excita al transistor T1 yéste, a su vez, al T2. Esta relaciónde realimentación lleva a ambostransistores a la condición de sa-turación. En este estado, la caídade tensión entre el ánodo y cáto-

do del SCR es muy baja, porlo que la corriente debe serlimitada por el circuito ex-terno.

En base al mecanismorecién explicado, en la figu-ra 13 se muestra la curvacaracterística de este dis-positivo.

Con una tensión aplica-da en sentido inverso (conel ánodo negativo respectoal cátodo), el dispositivo

bloquea la co-rriente que por élcircula y quedaun componentemuy pequeño desaturación inversanormal a toda jun-tura semiconduc-tora. La tensiónmáxima de blo-queo, en el senti-do directo VBO,se obtiene con lacompuerta en cir-cuito abierto; vale

decir, IG = 0.Si se aplica una corriente de

excitación en la compuerta, latensión de bloqueo disminuye,hasta llegar un momento en quese produce el disparo del SCR, enque la corriente aumenta hastaun valor máximo limitado por loscomponentes externos y ya no seestablece un control desde lacompuerta, es decir que no esposible controlar la corriente deánodo con variar la corriente decompuerta. Para poder obtenerun nuevo control desde la com-puerta, se debe eliminar o invertirla tensión de ánodo. Es lógico su-poner que, en circuitos de co-rriente alterna, el disparo se pro-duce cada medio ciclo, dadoque en los restantes se aplicauna tensión inversa al ánodo. Pa-ra producir el desbloqueo, se de-be aplicar a la compuerta, en elinstante preciso, un impulso demuy corta duración que “gatilla”el dispositivo.

TRIAC

El SCR permite la conducciónde un solo semiciclo de la co-rriente alterna; cuando es nece-

sario controlar ambos semiciclosde la señal, se emplea el triac,que es un dispositivo que puedeconducir en ambas direcciones.La figura 14 representa la estruc-tura de capas constructiva simpli-ficada de un triac y su símbolo es-quemático.

Este dispositivo posee tres ter-minales, denominados: terminalprincipal Nº 1, terminal principalNº 2 y compuerta.

Un circuito equivalente quesurge del análisis de la estructuradel triac, se puede ver en la figu-ra 15, donde se observa que sondos pares de transistores conec-tados en cascada e interconec-tados entre sí. En consecuenciapuede considerarse el triac co-mo dos SCR conectados en pa-ralelo y en sentidos opuestos, se-gún lo mostrado en la figura 16.

Con polarización directa opolarización inversa, el triac pre-senta un primer estado de blo-queo (que llamaremos estado“NO”) y un segundo estado deconducción (llamado estado“SI”). El punto en el cual el dispo-sitivo realiza la transición entre losdos estados corresponde a latensión de ruptura; dicha tensiónde ruptura, de la misma formaque ocurría con un SCR, puedevariarse mediante la aplicaciónde un impulso de corriente, posi-tivo o negativo, al terminal decompuerta.

A medida que aumenta laamplitud del impulso de com-puerta, disminuirá la tensión deruptura. Los valores necesariospara producir el disparo (sensibili-dad del componente) son dife-rentes para cada caso y el fabri-cante suele especificarlos en losmanuales de datos.


330

Fig. 14

Fig. 15

Fig. 16

En la figura 17 se reproduce lacurva característica del triac,donde se observa la conducciónen ambos sentidos: es decir, per-mite conducir los dos semiciclosde una señal alterna, cuando es-tá excitada la compuerta.

DIAC

Es un dispositivo semiconduc-tor de dos junturas, de construc-ción similar a la del transistor bi-polar que, muchas veces, es lla-mado "diodo para corriente al-terna", pero que funciona, bási-camente, como un diodo de rup-tura por avalancha bidireccionaly que puede pasar del estado de

bloqueo al estado de con-ducción, con cualquier po-laridad de la tensión que seaplique entre sus termina-les.

En la figura 18 se repre-senta la estructura de ca-pas de este componente ysu símbolo correspondien-te.

La curva característicase reproduce en la figura19 y corresponde a la deun transistor simétrico (elcolector es igual al emisor),con la base abierta.

El emisor se denominaánodo 1 y el colector, áno-do 2.

Cuando se aplica ten-sión positiva o negativa debajo valor sobre los electro-dos del diac, se estableceun flujo pequeño de co-rriente de fuga (Is), hastaque la tensión llega al pun-to de ruptura VBO. A partirde ese momento, la junturapolarizada en sentido inver-so sufre una ruptura poravalancha y, por encimade ese punto, la caracterís-tica tensión-corriente equi-vale a una "resistencia ne-gativa", lo que significa quela corriente aumenta conuna disminución de la ten-sión.

Los diac se usan princi-palmente en dispositivos dedisparo para control de fa-se del triac y otras aplica-

ciones similares, donde es nece-sario establecer una tensión de-terminada en los dos sentidos dedisparo.

Circuitos de Aplicación

Una aplicación típica para eltriac como control de potenciaes la que aparece en la figura 20.

En este circuito, un resistor devalor apropiado limita lacorriente por la compuer-ta, de modo que, conuna corriente pequeña,se puede obtener uncontrol de grandes po-tencias en un circuito decarga. Las corrientes típi-

cas para los triacs comerciales,que deben ser aplicadas a lacompuerta, varían entre 20 y50mA y las corrientes principalesde control varían entre 5 y 50 am-pere.

Del mismo modo que en elcaso de los SCRs, podemos usarlos triacs como eficientes contro-les de potencia, cortando los se-miciclos de alimentación en mo-mentos oportunos, de modo queapenas una parte sea conduci-da hacia la carga.

Es evidente que, en el casode los triacs, conduciendo estoscomponentes, la corriente en losdos sentidos, obtenemos unabanda mucho mayor de varia-ción de potencia, que puede es-tar entre cero y 95%, para los ca-sos comunes.

La configuración usada paraun circuito de control de poten-cia, en este caso, es semejante ala de los SCR, con la diferenciadel diodo usado en la compuer-ta.

Tenemos, entonces, un com-ponente adicional que sería undiac, obteniendo la configura-ción de la figura 21.

Como los triacs pueden con-ducir corriente en los dos senti-dos, son especialmente indica-dos para ser usados en circuitosde corriente alterna. Es lógicoque habiendo un único sentidode corriente, en los circuitos decorriente continua, la utilizaciónde un triac en lugar de un SCR se-ría un desperdicio, pues habríauna parte de no conducción pa-ra este componente. El circuitomás simple con triac se muestraen la figura 20, en la que estecomponente se usa para permitirel control de una corriente inten-sa con un interruptor de peque-ña capacidad.

La corriente de disparo deltriac está determinada por el re-sistor R que debe, entonces, di-mensionarse de acuerdo con su

Capítulo 21

331

Figura 17

Figura 18

Figura 19

Figura 20

sensibilidad y con la capacidaddel interruptor.

Como para un triac de capa-

cidad de corriente del or-den de 10 a 20A tenemosuna corriente de disparoen la banda de los 20 a los50mA, hasta pueden usar-se con eficiencia "reed-switches" , o también pe-queños relés.

Otra aplicación apare-ce en la figura 22, en quetenemos un control de dosintensidades para unacarga que puede ser unalámpara o un motor.

En el caso de un motor,tendremos 2 velocidades,según la posición de la lla-ve, y en el caso de la lám-para, dos brillos.

En la posición en quequeda el diodo, fuera delcircuito, la corriente dispa-ra el triac en los dos semi-ciclos y toda la potenciaes aplicada a la carga.

En la posición en que eldiodo es colocado en elcircuito, éste permite eldisparo del triac solamen-te en la mitad de los semi-ciclos. La carga recibe en-tonces la mitad de la po-tencia.

Vea que, en este circui-to, el diodo usado puede ser decapacidad de corriente bastan-te pequeña.

Una tercera posición de la lla-ve permite que el circuito seainactivado.

La tercera aplicación es delconocido control de potencia,en que podemos hacer uso, co-mo carga, de un motor (perfora-dora eléctrica, ventilador, etc.) obien de una lámpara en cuyocaso tendremos el llamado "dim-mer" (atenuador).

El circuito aparece en la figu-ra 23 con los valores para la redde 220V, observándose el uso dediac, que puede estar, o no, in-corporado al triac (entre parén-tesis se dan los valores para220V).

Como en todas las aplicacio-nes el triac desarrolla una ciertacantidad de calor, que dependede la intensidad de la corrientecirculante, es preciso montarloen un disipador de calor. Las cu-biertas de los triacs ya están do-tadas de recursos que facilitan sumontaje en estos disipadores. Lacantidad de calor desarrolladapor un triac, como en los SCRs,puede calcularse fácilmentemultiplicando la intensidad me-dia de la corriente conducidapor 2,0V, que es la caída de ten-sión en este componente. Porejemplo, un triac que conduzcauna corriente de 5A desarrollauna potencia de 10W.

La Superconductividad y sus Aplicaciones

332

Fig. 21

Fig. 22

Fig. 23

La superconductividad, es unapropiedad que presentanciertos materiales sólidos de

perder súbitamente toda resisten-cia al paso de la corriente eléctri-ca al sobrepasar un nivel umbraltérmico denominado “tempera-tura crítica”. Si bien este fenóme-no se conoce desde principiosdel presente siglo, es hasta añosrecientes cuando se están encon-trando nuevas y fascinantes apli-caciones. El presente capítulo tie-ne como objeto precisamentemostrarle el grado de desarrolloque tiene la tecnología supercon-ductora, y qué se puede esperarde ella en un futuro cercano.

UN POCO DE HISTORIA

Desde que comenzaron a es-tudiarse los fenómenos eléctricosy fue descubierta por GeorgeOhm la ley que tomaría su nom-bre, algunos experimentos de-mostraron que la resistenciaeléctrica de los materiales sufrevariaciones si se exponen acambios de temperatura. De he-cho, al medirse estas variacio-nes, llegó a calcularse un pará-metro conocido como “coefi-ciente de temperatura”, el cualindica qué tanto se modifica elvalor de la resistencia de un ma-terial al aplicarle una variación

de temperatura. También se des-cubrió que casi todos los mate-riales conductores (especial-mente los metales) presentan uncoeficiente de temperatura po-sitivo, esto es: cuando aumentasu temperatura aumenta su resis-tencia y, al contrario, cuando latemperatura desciende, la resis-tencia eléctrica del materialtiende a disminuir (este compor-tamiento es el común en la ma-yoría de los materiales, aunquelos semiconductores llegan tenerun coeficiente de temperaturanegativo, situación que se apro-vecha para la fabricación de lostermistores).


Capítulo 21

333

Simultáneamente al estudiode las propiedades conductorasde los materiales, en el siglo pa-sado, la comunidad científica seencontraba verdaderamentefascinada con la investigaciónde los fenómenos “criogénicos”.La criogenia es la rama de la físi-ca que se ocupa de la aplica-ción de los fenómenos que seproducen en la materia al ser so-metida a bajas temperaturas.

Los experimentos realizadosentonces, se orientaban princi-palmente a la licuefacción delos gases que componen la at-mósfera terrestre (oxígeno, nitró-geno, bióxido de carbono, hi-drógeno, helio, etc.). Se pensóque si se enfriaban lo suficiente-mente, pasarían de su estadogaseoso al líquido, lo que permi-tiría investigar nuevas propieda-des de dichas sustancias.

Durante toda la segunda mi-tad del siglo pasado, se logró li-cuar casi todos los gases, graciasa que se perfeccionaron los mé-todos para conseguir tempera-turas muy bajas, cercanas al 0˚K(cero grados Kelvin es igual a -273,16 grados centígrados) nivelconocido como “cero absolu-to”. El único gas que no pudo serlicuado, sino hasta el siglo XX, en1908, fue el helio, que tuvo queser llevado a una temperaturade 4,22˚K (sólo como curiosidadcientífica, en la actualidad se haconseguido llevar a todos los ga-ses incluso a su estado sólido, ex-ceptuado al helio, el cual no pa-rece solidificarse ni siquiera atemperaturas de apenas unafracción de grado por encimadel cero absoluto).

Ya que se disponía de la tec-nología para obtener tempera-turas tan bajas, a muchos cientí-ficos se les ocurrió investigar quésucedía con las propiedades de

diversos materiales enesas condiciones. Fueel físico holandés, de laUniversidad de Leyden,Heike Kamerlingh On-nes (el mismo que logrólicuar el helio por prime-ra vez), quién descubrióen 1911 el fenómenoque posteriormente sellamaría “superconduc-

tividad”. Por este importante ha-llazgo, Onnes recibió en 1913 elpremio Nobel de Física.

Qué se Entiende por Superconductividad

Como se mencionó, los cien-tíficos sabían ya que la resisten-cia eléctrica de la materia dismi-nuye conforme baja la tempera-tura. Onnes quiso averiguar has-ta qué punto se podía reducir di-cha resistencia, y si fuese posiblelograr que desapareciera porcompleto. Por uno de esos ex-traordinarios golpes de suerte ode intuición, eligió al mercuriocomo material a investigar (ade-más de que era uno de los meta-les que más fácilmente se obte-nía en estado puro). Al enfriarlopor debajo de los 4,22˚K (en esosniveles ya en estado sólido), On-nes notó que la resistencia eratan pequeña que ya no se podíamedir, y dedujo un comporta-miento perfectamente lineal dela resistividad eléctrica del mer-curio ante cambios en la tempe-ratura.

Observe en la gráfica de la fi-gura 1 cómo se va reduciendo laresistencia a medida que baja latemperatura, hasta que llega a0, justo en un nivel de 4,22˚K.

Sin embargo, investigacionesposteriores permitierondeterminar que en reali-dad la variación sí era li-neal pero hasta pocoarriba de los 4,22˚K, yque llegado a este pun-to de temperatura existíaun “salto” descendentesúbito, como se muestraen la figura 2. A este es-tado en que desapare-ce la oposición al pasode la corriente eléctrica,

es decir, en que no hay disipa-ción de energía, se le llamó “su-perconductividad“. Pero ade-más, en estas condiciones, losmateriales exhiben otras impor-tantes características, según ve-remos enseguida.

CARACTERÍSTICAS DE LOS

SUPERCONDUCTORES

Veamos ahora dos propieda-des que hacen tan especiales alos superconductores.

1) La principal, y más obvia,es su nula resistencia, y por con-siguiente la posibilidad de ofre-cer una virtualmente infinita ve-locidad de propagación de laenergía eléctrica sin pérdida al-guna por calor disipado. Esto secomprende mejor si recordamosque la potencia que disipa unconductor, es una función de lacorriente que circula por él y dela resistencia del mismo. Analice-mos sobre la siguiente fórmula al-gebraica que nos permite expre-sar el razonamiento anterior:

P = R x I2

Donde: P = potencia disipada

(watt)R = resistencia eléctricaI = corriente circulando

Es obvio entonces que si la re-sistencia es igual a cero, la po-tencia disipada también seráigual a cero.

2) Impenetrabilidad del flujomagnético en el material super-conductor. Esto es muy impor-tante, dado que el efecto se

Figura 1

Figura 2

puede aprovechar para la fabri-cación de sistemas realmenteasombrosos.

Aunque existen otras propie-dades interesantes en los super-conductores, las dos anterioresson las que más se pueden apro-vechar en diversas áreas de latécnica. Ahora bien, ¿por qué seha desatado en todo el mundotal interés por los superconducto-res, si se descubrieron hace másde 80 años? La respuesta es sim-ple: hasta hace no muchos años,los únicos superconductores quese conocían eran metálicos y pa-saban a dicho estado solamentesi se sometían a temperaturas ex-tremadamente bajas, lo que losconvertía en una rareza de labo-ratorio sin ninguna aplicaciónpráctica inmediata. Sin embar-go, con los años se han descu-bierto aleaciones cerámicas quese comportan como supercon-ductores a temperaturas relativa-mente altas, alcanzando en al-gunos casos cerca de los 100grados Kelvin, es decir, bastantearriba de la temperatura de ebu-llición del nitrógeno líquido, quees un refrigerante barato y fácil

de obtener. Este alcance ha esti-mulado a los investigadores en labúsqueda de superconductoresaún más “calientes”, que hagafactible su aplicación masiva sinun gasto excesivo en sistemas derefrigeración.

Concretamente, el descubri-miento de materiales supercon-ductores de tipo cerámico fuerealizado por J. Georg Bednorz yK. Alexander Müller, en un labora-torio de la IBM de Zurich, Suiza, loque les valió el premio Nobel deFísica de 1987. Otro investigadorque también ha aportado impor-tantes avances en este campoes el doctor Paul Chu, de la Uni-versidad de Houston (quien dehecho descubrió el primer super-conductor de “alta temperatu-ra”, alrededor de –179ºC).

APLICACIONES DE LOS

SUPERCONDUCTORES

Transmisión y distribuciónde energía eléctricaSabemos que la resistencia de

un cable puede considerarse decero a distancias cortas; pero siconsideramos un cable que mi-

de decenas e in-cluso cientos de ki-lómetros, su resis-tencia ya no pue-de despreciarse. Sia esto añadimosque dicho cabledebe transportarmiles de kilowattsde potencia, elproblema es real-mente complejo.La solución que seha dado hastahoy, es la utiliza-ción de líneas demuy alto voltaje(220 ó 440kV), locual disminuye demanera significati-va la corriente quecircula por los ca-bles y, por consi-guiente, la pérdi-da de energía porcalor disipado.

Actualmentese han desarrolla-do cables super-

conductores para la transporta-ción y distribución de energíaeléctrica, mas no se han genera-lizado. Este tipo de cables requie-ren de una cubierta refrigerantea su alrededor para mantenerlosa una temperatura inferior al ni-vel crítico. Sin embargo, tal cu-bierta no sería necesaria si se dis-pusiera de un elemento conduc-tor que trabajara a la temperatu-ra ambiente, de ahí el interés delos físicos en la búsqueda de su-perconductores cerámicos. En lafigura 3 se muestra la estructurade este tipo de cables.

Esta aplicación ha desperta-do el interés de la comunidadcientífica internacional, ya quepodría reducir considerablemen-te los costos de generación y dis-tribución de energía eléctrica, algrado de que con un cable demuy pequeño calibre podrían cir-cular varios cientos o miles deamperes sin pérdida apreciablede energía en forma de calor. Enla actualidad ya se están hacien-do experimentos en dicho cam-po, y se calcula que en la prime-ra década del siguiente siglo seinstalarán las primeras líneas detransmisión de este tipo en los Es-


334

Fig. 3

tados Unidos (en Europa y Japónse tiene un interés similar, así queestamos frente a una verdadera“carrera tecnológica” entre to-das estas naciones para verquién desarrolla primero y máseficientemente esta aplicación).

Generación de energíaeléctricaLos generadores eléctricos no

trabajan a los elevados voltajesde la línea de transmisión; por lotanto, para que la potencia ge-nerada sea grande, es necesarioque por los bobinados circulencorrientes muy elevadas. Parapoder manejar estas corrientes,los generadores se construyencon cables muy gruesos, capa-ces de soportar esas condicionesde trabajo, lo que redunda en unvolumen y peso excesivos (el ro-tor de un generador eléctricopuede pesar varias toneladas, loque implica que se necesita unenorme volumen de agua circu-lando, y por consiguiente unapresa enorme, para poder mo-verlo e iniciar la generación deelectricidad).

Si estas unidades se constru-yeran con tecnología supercon-ductora, tanto el tamaño comoel peso se reducirían considera-blemente, disminuyendo los cos-tos de construcción, montaje ymantenimiento, permitiendo in-cluso obtener de presas relativa-mente pequeñas una cantidadapreciable de energía eléctrica.

En este campo (y en el ante-rior), destacan los compuestoscon base en Bismuto, que ya seestán investigando y comenzan-do a aplicar en forma experi-mental. Estos compuestos hanvenido a sustituir las tradicionalesaleaciones de Niobio y Titanio,que fueron ampliamente utiliza-das a partir de los años 60.

Mejores dispositivoselectrónicosDos de las limitaciones que

enfrentan los investigadores en laminiaturización de los dispositivoselectrónicos, son:

1) la disipación de energía enespacios cada vez más reduci-dos y

2) el delicado problema de lacooperación entre componentesmuy numerosos y cercanos entresí.

En la miniaturización, se debetomar en cuenta que las líneaspor donde circulará la corrienteeléctrica también se reducirán,con su consiguiente aumento deresistencia y de calor disipado. Yasumado, el calor de todas las lí-neas que conducen corrientepuede llegar a afectar seriamen-te el desempeño del integrado, einclusive destruirlo. Si bien se handifundido tecnologías nuevasque consumen mínima corriente,como los circuitos CMOS de altaescala y muy alta escala de inte-gración, la colocación de diga-mos un millón de dispositivos enun chip de un micro-procesador,produce tal disipación de calorque debe ser tomada en cuentaen el diseño (de hecho, desdehace aproximadamente 10 añosque los microprocesadores de lascomputadoras deben utilizar sis-temas para eliminar el calor re-manente de su operación, comodisipadores y ventiladores adosa-dos directamente en el dispositi-vo).

En este campo, están siendoprobados diversos materiales, so-bre todo basados en aleacionesde Ytrio y Talio, los cuales puedenconvertirse fácilmente en placasdelgadas ideales para usarse co-mo base para la fabricación decircuitos integrados. Con la apa-rición de superconductores cerá-micos, es posible alcanzar un altogrado de miniaturización, quetendría casi como único límite lapureza de los materiales emplea-dos. Los especialistas consideranque con esta tecnología prontose podrán fabricar computado-ras más poderosas, más rápidas,y más baratas.

Transportación terrestreEste campo es uno de los más

interesantes y de los que recibenmás atención por los investigado-res y los gobiernos. Aquí se apro-vecha la propiedad de impene-trabilidad de los campos magné-ticos en los superconductores.

Si dejamos caer sobre un ma-

terial superconductor un imán,quedará flotando o levitando.

Este fenómeno se debe aque, como el superconductor tie-ne en su interior un campo mag-nético igual a cero, al acercar elimán (y por consiguiente su cam-po magnético asociado) el ma-terial crea un contracampo, demodo que la suma en su interiorsiga siendo cero. Esto es como sien el superconductor se crearaun imán idéntico al que se estáacercando, como la imagen deun espejo. A este fenómeno se leconoce como “efecto Meissner”.

Como se puede apreciar enla figura 4, al ser ambos imanesde la misma polaridad, tienden arepelerse, lo que hace que elimán quede “suspendido” sobreel superconductor a una ciertadistancia que será determinadapor el peso del propio imán y lapotencia de su campo magnéti-co.

Una aplicación del efectoMeissner se presenta en el diseñode vehículos para transportaciónultra-rápida. Por los principios ele-mentales de la física sabemosque una de las principales limita-ciones que presenta un transpor-te superficial, es la fricción contrael pavimento o contra los carriles,la cual tiende a frenarlo.

También sabemos que confor-me aumenta la velocidad de unvehículo, se va perdiendo capa-cidad de maniobra, esto es, senecesita crecientemente más es-pacio para cambiar la trayecto-ria. Un vehículo que aprovechelas propiedades de levitaciónmagnética, contrarrestaría am-bas limitaciones.

Al respecto, se han diseñadotrenes que pueden desplazarse“flotando” sobre rieles super-con-ductores, gracias a generadoresmagnéticos y a que se impulsanpor medio de un motor de induc-ción lineal. El hecho de que sedesplacen flotando evita el roza-miento entre partes; además, porla propiedad de imagen en es-pejo de los superconductores,cualquier desviación en la tra-yectoria sería autocorregida, esdecir, se trata de vehículos ex-cepcionalmente estables, lo queredunda en una gran seguridad

Capítulo 21

335

para los pasajeros.Como puntoadicional, un vehículo de este ti-po no produce ningún tipo decontaminación ambiental, yaque se impulsa por medio deelectricidad y no produce ruido,puesto que no hay contacto en-tre el vehículo y la superficie.

Aplicaciones médicasEste es un campo en el cual

los dispositivos superconductoresya se están utilizando intensiva-mente; por ejemplo, en la obten-ción de imágenes por resonan-cia magnética (una técnica quepermite explorar el interior delcuerpo humano con gran preci-sión, pero que requiere de la ge-neración de un campo magnéti-co muy intenso, el cual se produ-ce por medio de una corrientetan alta que fundiría a un embo-binado tradicional), se utilizancables superconductores fabri-cados con una aleación de Nio-bio y Titanio (material que se des-cubrió a mediados del presentesiglo, y que se vuelve supercon-ductor a “solo” –253ºC ó 20ºK).

La razón por la que aún no seemplean los nuevos materialescerámicos que se mencionaronanteriormente, es que hasta elmomento no se ha encontradoun método efectivo para conver-tir en un delgado alambre estoscompuestos, mientras que laaleación de Nb-Ti, al ser total-

mente metálica, posee todas laspropiedades de ductilidad quecaracterizan a estos materiales.Seguramente conforme se per-feccione la fabricación de alam-bres delgados utilizando com-puestos de Bismuto, pronto sereemplazará la tecnología Nb-Ti,lo que pondrá este tipo de estu-dios más al alcance del públicoen general.

Otras aplicacionesComo podrá suponer, un fe-

nómeno tan especial como la su-perconductividad potencial-mente posee una enorme varie-dad de aplicaciones; entre lasmás interesantes y que actual-mente ya se están investigandopodemos encontrar el almacénde energía en forma de una“rueda volante”, una especie detoroide de material supercon-ductor en el que se pone a circu-lar una corriente considerable,de tal manera que al no haberninguna resistencia por parte delmaterial que la conduce, dichacorriente se queda circulandopor tiempo indefinido, como unalmacén de energía (esta apli-cación está siendo estudiadamuy cuidadosamente por la co-munidad europea).

Otra aplicación que pareceextraída de la cienciaficción es eldesarrollo de “escudos contragravedad”, que están siendo in-vestigados por la NASA en Esta-

dos Unidos (pruebas reali-zadas han demostradoque objetos que poseenen su interior un pequeñoaparato formado por ce-rámicas superconducto-ras sufren un pequeño de-cremento en su peso); si secomprueba la efectividadde estos métodos, la pro-pulsión de naves espacia-les futuras puede sufrir unarevolución total.

Por último, cabe señalar queel fenómeno de la superconduc-tividad es muy importante parael desarrollo tecnológico futuro yque, en las condiciones actuales,no requiere de un complejo labo-ratorio para ser reproducido; enotras palabras, esta tecnologíase encuentra al alcance de paí-ses como el nuestro y no es viabledesdeñarla. De hecho, algunosinvestigadores tanto de la Univer-sidad Nacional Autónoma deMéxico como del InstitutoBalseiro en Argentina, ya hanproducido muestras de cerámi-cas superconductoras y han rea-lizado trabajos muy interesantesal respecto.

Si desea información adicio-nal puede consultar los siguientestítulos y direcciones en Internet:

• Magaña, Solís L:F: “Los su-perconductores”, serie La cienciadesde México. Fondo de CulturaEconómica, 1991. México.

• Rhodes, R.G. and Mulhall,B.E. “Magnetic Levitation for RailTransport”, serie Monographs oncryogenics, Oxford UniversityPress, 1981, Inglaterra.

• Superconductive Compo-nents Inc.

(http://www.superconductive-comp.com/)

• Oak Ridge National Laboratory(http://www.ornl.gov/)• Sandia National Laboratory(http://www.sandia.gov/)


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos, prepa-rada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la colaboración de do-centes y escritores destacados en el ámbito de la electrónica internacional.Los temas de este capítulo fueron escritos por Horacio D. Vallejo y Leopol-do Parra Reynada.


Fig. 4

SSAABBEERR


Mantenimiento yReparación deComputadoras



Protección de la InformaciónActualizaciónUtilitarios para MantenimientoUtilitarios de DiagnósticoUtilitarios de Información del SistemaRecuperación de Información

Preparado en base a material deCentro Japonés de Información

Electrónica y la revistaElectrónica y Servicio


MANTENIMIENTO Y REPARACION

DE COMPUTADORAS

¿En qué consiste el servicio a

una PC? ..............................339

Mantenimiento...................339

Reparación.........................339

Protección de la

información ........................339

Actualización .....................340

Herramientas y

componentes.....................340

Discos con sistema ............340

Utilitarios para el

mantenimiento...................341

Utilitarios para el servicio

a computadoras................342

Utilitarios de información

del sistema..........................342

El programa Syschk ...........344

Utilitarios que se incluyen

en Windows .......................344

Utilitarios de diagnóstico...345

Utilitarios de

Optimización ......................346

Antivirus ...............................349

Programas integrados.......349

El CD complementario .....350

Norton Utilities .....................350





¿EN QUÉ CONSISTE EL MANTENIMIENTO

DE UNA COMPUTADORA?

Si ha observado cómo se re-para una videograbadora, un te-levisor o un equipo de audio, ha-brá notado que el proceso decorrección de la avería involucrala sustitución de un componente,algún ajuste eléctrico o mecáni-co, la resoldadura de tarjetas,etc. En todo caso, la reparaciónnecesariamente involucra "mani-pular el hardware", con el apoyode instrumentos, herramientas es-pecializadas, manuales y diagra-mas que describen exhaustiva-mente los circuitos del equipo.

En el servicio o mantenimientoa computadoras se tiene un pa-norama distinto por tres razonesprincipales:

1) Son máquinas constituidaspor una serie de módulos cuyoscomponentes electrónicos difícil-mente pueden ser sustituidos oresoldados, pues sus dimensionesno lo permiten. Lo más prácticoes sustituir el módulo completo.

En las computadoras muy vie-jas tipo XT, 286 y aún en las 386, síera posible reparar algunas desus tarjetas, pues las tecnologíasde integración no alcanzaban loslímites que se manejan en la ac-tualidad y además eran muy cos-tosas, por lo que convenía inten-tar la reparación.

No obstante, hay algunas re-paraciones menores que puedenrealizarse en tarjetas de tecnolo-gía de punta.

2) Dado que las computado-ras son máquinas programables,la mayoría de las fallas no tienenque ver con causas físicas, sinocon incompatibilidades lógicas,es decir: con problemas entre al-gún programa y un dispositivo dehardware, entre dos programas,

entre una aplicación y los contro-ladores de ciertos elementos yotros más.

Incluso, puede hablarse deuna mala configuración de jum-pers, de conexiones mal realiza-das, de sistemas poco optimiza-dos, de recursos insuficientes yotras anomalías, pero ningún ca-so se diagnostica como daño físi-co. En este sentido, no puede de-cirse que una computadora "estádescompuesta" cuando se blo-quea o cuando un programa nopueda ejecutarse. Por lo menosno, en el sentido que usamoscuando el televisor o la videogra-badora se han descompuesto.

3) El mantenimiento de unacomputadora incluye más tareasque un aparato de consumo do-méstico, pues no sólo abarca elmantenimiento y la reparación,sino también la protección de lainformación y la actualización delhardware y software.

Por lo tanto, los procedimien-tos tradicionales utilizados en elservicio a un equipo de consumi-dor, poco tienen que ver con elservicio a una computadora,aunque ambos sean sistemaselectrónicos. Las herramientas,instrumentos, diagramas y ma-nuales típicos del taller casi siem-pre salen sobrando.

MantenimientoEs la serie de pasos a realizar

periódicamente, aun en sistemasque no presenten síntomas extra-ños, a fin de garantizar que lamáquina siga funcionando sin fa-llas por un cierto período.

Entre estas tareas se encuen-tra la optimización del sistema,necesaria cuando la máquinafuncina lentamente o cuando seproducen ciertos conflictos en laejecución de programas. En estos

casos, el problema puede solu-cionarse "afinando" algunos as-pectos operativos de la misma,como su configuración inicial, susarchivos de arranque, la instala-ción correcta de los diversos ele-mentos de hardware y software,etc.

ReparaciónEsta se entiende como el

diagnóstico y corrección de pro-blemas que afectan de maneradeterminante la operación nor-mal de un sistema o impiden sufuncionamiento. En estos casos,ya hay un síntoma específico queno permite la ejecución de las ru-tinas normales en una computa-dora, por lo que el trabajo del es-pecialista consiste en determinarla causa del problema, que pue-de estar en hardware o en soft-ware y en su solución.

En este punto se ubican la lo-calización de daños en los circui-tos de las tarjetas y periféricos,conflictos entre controladores,mala asignación de recursos, im-perfecciones lógicas en archivoso programas y todas aquellasanomalías que pueden catalo-garse como "descomposturas" físi-cas o lógicas del sistema.

Protección de la informaciónEsta actividad la entendemos

como la serie de rutinas que per-miten tomar medidas preventivaspara salvaguardar los datos y res-catarlos cuando por alguna ra-zón se han perdido.

Entre estas tareas se encuen-tran las medidas antivirus, la recu-peración de la tabla de particióny de la FAT, el rescate de datosen discos duros dañados, etc. In-cluso podrían considerarse medi-das más sencillas cercanas al ni-vel del usuario, como el respaldoperiódico de la información, el

Capítulo 22

339

Capítulo 22

Mantenimiento y Reparación de Computadoras

desborrado de un archivo o eldesformateo de un disquete.

ActualizaciónEs la modificación del hardwa-

re y el software, por sustitución oañadidura de las nuevas tarjetaso periféricos, carga de versionesnuevas del sistema operativo, en-tre otras posibilidades. Lo que sepersigue con ello, es que el siste-ma sea más poderoso o cuentecon nuevas funciones, por ejem-plo, multimedia o comunicacio-nes. En la mayoría de los casos,estas tareas no se presentan enforma pura. Por ejemplo, puedesuceder que el especialista searequerido para corregir una ave-ría en la unidad de disquete, perose aprovecha la oportunidad pa-ra optimizar el desempeño del sis-tema; o bien, que al ir a rescataruna máquina contaminada convirus informáticos, se procede aactualizar un controlador o el sis-tema operativo. Como éstos,pueden citarse muchos casos.

Lo importante es que el técni-co pueda diferenciar entre una yotra tarea del servicio, pues ello lepermite tomar las medidas co-rrectivas y emplear las herramien-tas apropiadas. Y a la vez, estosupone una sólida base de cono-cimientos, determinantes para unbuen trabajo.

ACERCA DEL EQUIPO NECESARIO PARA

EL MANTENIMIENTO Y LA REPARACIÓN

DE UNA PC

Hablar de las herramientas,componentes y programas nece-sarios para el servico a una PC,depende del nivel de las máqui-nas a las que se orientará su tra-bajo. Esto resulta evidente si con-sidera que, por ejemplo, una má-quina que se tiene en casa parajuegos y tareas de los hijos, pro-bablemente tendrá algunos com-ponentes distintos de los que po-see una computadora de oficinautilizada para llevar una contabili-dad o el inventario de un alma-cén; la que, a la vez, será distintade las computadoras de una em-presa que requiere comunicaciónconstante entre sus usuarios y unagran concentración de datos pa-

ra su rápido manejo. Por ello, esun tanto difícil proponer una con-figuración de herramientas y utili-tarios para todo propósito; hemosdividido la lista de elementos re-comendados en diferentes nive-les, dependientes del segmentodel mercado en el que vaya atrabajar.

Herramientas y componentesLa lista de las herramientas y

componentes necesarios en elservicio a este tipo de sistemas esla siguiente:

• Juego de destornilladores odesarmadores: de cruz, planos, ti-po Torxy, si es posible, una seriede dados de diferentes medidas.

• Pinzas de punta y de corte.• Multímetro de bolsillo, analó-

gico o digital.• Chips de memoria RAM, sufi-

cientes para sustituir algunos quese sospechen defectuosos.

• Tarjeta de video ISA-VGA.• Controladora Multi-I/O ISA.• Loopbacks de prueba para

puertos serial y paralelo.• Algunos disquetes sin forma-

tear. Es suficiente una caja dediscos de 3,5 de alta densidad.

Discos con sistemaA los disquetes que contienen

grabados los archivos mínima-mente indispensables para elarranque de una computadora,se les llama discos sistema. Re-cuerde que la máquina, al ser en-cendida, ejecuta una serie de ru-tinas de auto-prueba y enseguidabusca un sistema operativo en launidad declarada como A. Si loencuentra, lo carga en la memo-ria RAM, de lo contrario se dirigea la unidad C (el disco duro) parasu ejecución.

Un disco sistema es una herra-mienta muy importante para eje-cutar determinadas pruebas enla máquina, como tendremosoportunidad de apreciar en eltranscurso de la obra (figura 1).

Para preparar un disco sistemaen la línea de comandos de DOS,introduzca un disquete sin forma-tear y escriba la orden:

FORMAT A:/U/S

Al finalizar el proceso, tendrá

un disquete con los archivos ne-cesarios para arrancar el sistemadesde la unidad A. Para compro-barlo, teclee DIR A: y observe elarchivo COMMAND.COM, que esel único visible, aunque tambiénestarán presentes el MSDOS.SYS yel IO.SYS, que tienen atributos de"sólo de lectura".

Si su disquete ya está forma-teado introduzca la orden:

FORMAT A:/U/Q/S

El resultado final será el mismo.También puede escribir:

SYS A:

En este caso, sólo se transferi-rán los archivos de arranque sinmodificar la información que pu-diera contener el disquete.

En el caso de Windows 98 oMilenium, para crear este discosistema es necesario entrar al PA-NEL DE CONTROL, solicitar INSTA-LACION DE WINDOWS y elegir laopción CREAR DISCO SISTEMA.

Aunque teóricamente podría-mos arrancar una computadoracon un disco sistema de cualquiersistema operativo, hay ciertas di-ferencias que en la práctica obli-garán a reunir una colección dedisquetes que permita enfrentar-nos a múltiples situaciones (aun-que se ofrece en el mercado unCD con todo lo que precisa).

• Disco sistema MS-DOS 6.0 ó6.2 con DBLSPACE (el duplicadorde disco para estas versiones);adicionalmente, en este disco esrecomendable grabar utilitariosusuales como programas dediagnóstico, comandos externosdel DOS, antivirus, etc.

• Disco sistema MS-DOS 6.22con DRVSPACE (el duplicador dedisco para esta versión). La mis-ma indicación anterior.

• Disco sistema de Windows 95


340

Fig. 1

o 98 (sólo archivos de arranque yconfiguración). Este disco será in-dispensable para un correctodiagnóstico de máquinas quetraen precargado este sistemaoperativo, ya que posee ciertasparticularidades como los nom-bres de archivos largos que encaso de arrancar con un DOSnormal, podrían perderse o no serreconocidas.

Estos discos son únicamentepara máquinas que trabajan conMS-DOS o Windows. Pero, ¿quésucedería si en alguna computa-dora se utiliza el PC-DOS de IBM,en la que además se ha duplica-do el disco duro con su propioprograma para esa función —unavariante de Stacker—, el cual noes compatible ni con DBLSPACE nicon DRVSPACE?

Tendría que preparar ahí mis-mo un disco sistema con los archi-vos necesarios para que al arran-que se puedan reconocer y utili-zar las unidades comprimidas. Yen caso de que el disco duro estécontaminado con algún virus in-formático, el disco sistema obteni-do será inútil para efectuar unaclínica de desinfección. Por lotanto, también se recomienda te-ner a mano lo siguiente.

• Disco sistema OS/2 Warp uOS/2 última versión. Cargue tam-bién los utilitarios de diagnóstico yreparación que considere nece-sarios.

• Disco sistema PC-DOS 6.1 deIBM (con Stacker).

• Disco sistema DR-DOS 6.0 deDigital Research (con SuperStor).

• Disco sistema Novell-DOS 7.0de Novell.

En cuanto al sistema operativoCompaq-DOS, es virtualmenteidéntico al MS-DOS; de hecho, lomismo podríamos decir del PC-DOS de IBM, ya que ambos se fa-brican con licencia de Microsoft ycomparten sus característicasprincipales, aunque hay algunasdiferencias entre ellos, sobre todoen la compresión de datos.

Por supuesto que si en unacomputadora el disco duro no es-tá duplicado, no importará el sis-tema operativo, siempre quearranque desde disquete. Esta in-dicación también se cumple pa-

ra máquinas con Windows 95 o98, excepto en el aspecto de re-cuperación de archivos borradosaccidentalmente y en el desfor-mateo del disco duro u optimiza-ción del sistema, aspectos que depreferencia deben hacerse conutilitarios de 32 bits (que reconoz-can y puedan manejar los nom-bres largos de archivos que iden-tifican a estas aplicaciones), yaque las funciones básicas de ad-ministración de recursos y archi-vos las puede realizar por igualcualquiera de ellos.

Si desea saber más sobre estetema le recomendamos consultarla obra: “Todo sobre Computado-ras”, de esta editorial, en la quese menciona qué pasa con dis-cos muy viejos y lo que ocurriráen el futuro.

Por último, en años pasados sevendieron duplicadores de discoduro como Stacker, Super-Stor yXtraDrive. En caso de encontrarun disco comprimido con algunode estos utilitarios, será necesariocontar con su respectivo disco sis-tema para tener acceso a los da-tos.

UTILITARIOS PARA EL MANTENIMIENTO

Los utilitarios son programas di-señados para realizar procesosque no necesariamente contribu-yen a la producción de resulta-dos, como los que se obtiene, porejemplo, con un procesador detextos o una base de datos, perofacilitan el manejo de la compu-tadora o apoyan las tareas delservicio.

Según su perfil de aplicación,se dividen en: utilitarios para el

usuario y utilitarios para el servi-cio.

Entre las primeras están losprogramas de apoyo operativo,como administradores de archi-vos, visores de imágenes, herra-mientas de respaldo, de compre-sión de archivos y, en general, to-das aquellas actividades que fa-ciliten el manejo de la computa-dora o constituyen recursos ope-rativos adicionales.

En contraste, los utilitarios parael servicio son programas quepermiten obtener datos del siste-ma, diagnosticar su operación,optimizar el desempeño y recu-perar información. En esta cate-goría se encuentran herramientasque permiten comprobar el rendi-miento del sistema, localizar y co-rregir errores en disco duro, admi-nistrar memoria, detectar y erradi-car virus, rescatar información, re-solver problemas entre progra-mas, etc.

La gama es amplia, tanto co-mo las necesidades de manteni-miento, reparación, optimizacióny actualización de una computa-dora. Por la importancia de estosprogramas, el siguiente capítuloestará dedicado a hablar de susprincipales características y de losque mínimamente debe reunirpara el servicio a las PC.

En los ambientes empresaria-les, por lo general, las computa-doras están conectadas en red,por lo que parte del diagnóstico yreparación consiste en verificar elflujo de datos entre las distintasmáquinas instaladas.

En estos sistemas, lo común esencontrar una configuración dered "punto a punto", en la quecada nodo está formado por una

Capítulo 22

341

Fig. 2

computadora completa, con susunidades de almacenamiento ytarjetas controladoras; de estamanera, si una de ellas en parti-cular presenta algún problema,puede simplemente inhabilitarsedicho nodo mientras se realiza eldiagnóstico (figura 2).

A las herramientas anterioreshay que añadirles algunos ele-mentos especializados en el diag-nóstico y detección de fallas enambientes de redes, como son:

• Verificador de continuidaden cables (BNC y 10-Base T).

• Conectores tipo "T" y cam-panas BNC.

• Terminales tipo telefónico10-Base T y pinza especial parasu montaje.

• Cable suficiente, tanto coa-xial como multiwire.

• Programas con utilitarios es-peciales para el diagnóstico deredes.

Todo lo anterior debe comple-mentarse con sólidos conocimien-tos de cómo trabaja una red, delas configuraciones habituales, decómo dar de alta nuevos nodos odispositivos y del ambiente de tra-bajo. Y estos conocimientos re-quieren dedicación y estudiosavanzados.

UTILITARIOS PARA EL SERVICIO A PC

Las principales herramientasde este tipo se pueden agruparen cuatro categorías:

1) De información del sistema2) De diagnóstico3) De optimización4) De recuperación de infor-

mación

En este sentido, los utilitariospara el servicio son herramientasque no sólo brindan certidumbreal especialista al reportarle unaserie de datos que lo guían en sustrabajos, sino que también le per-miten alcanzar el mayor rendi-miento posible de un sistema da-do y proteger la informacióncuando está en riesgo de perder-se (e incluso rescatarla cuando seha perdido).

Utilitarios de Información del SistemaEste tipo de programas tiene

como objetivo principal hacer uninventario de los componentesdel sistema, tanto del hardwarecomo del software operativo. Así,dependiendo de su nivel, puedendesplegar datos sobre las carac-terísticas del microprocesador, dela memoria RAM, parámetros físi-cos y lógicos del disco duro, con-figuración de los dispositivos multi-media, los puertos de entrada/sa-lida, el contenido de la memoriaCMOS, la versión del sistema ope-rativo, si está presente el subsiste-ma Windows, el entorno operati-vo del DOS, etc.

Con estas referencias, el espe-cialista dispone de una serie deelementos de juicio antes de pa-sar a rutinas de servicio más com-plejas.

Estos programas pueden serdesde muy básicos —sólo una odos pantallas con informaciónpoco detallada con los aspectosmás relevantes de una computa-dora—, hasta relativamenteavanzados, con la posibilidad dellevar a cabo algunas pruebaselementales para verificar el de-sempeño de algunos elementosde la máquina.

En los apartados subsecuentesse explicarán varios programasde este tipo, muchos de los cua-les se encuentran en el CD quepuede adquirir a un bajo costopor ser lector de esta enciclope-dia. Al respecto, de manera inevi-table tendremos que mencionaruna serie de conceptos técnicosque probablemente le resultendesconocidos, pero no se preo-cupe, conforme vaya avanzandoen la lectura de esta obra se iránaclarando.

El MSD de MS-DOSA partir de la versión 6.0 de

MS-DOS y en Windows 3.1, se in-cluyó el programa Microsoft Sys-tem Diagnostics, mejor conocidapor sus siglas MSD. Para tener ac-ceso a este utilitario desde la lí-nea de comandos, basta con es-cribir MSD y presionar enter, encuyo caso se despliega una pan-talla como la que se muestra enla figura 3.

Observará que se trata de unmenú de entrada que suministrainformación sobre diversos aspec-tos del sistema.

• Computer - Al ingresar a es-te menú, aparece una ventana(figura 4) en la que se consulta lamarca del equipo, el fabricantedel BIOS, información adicionalsobre dicho circuito, su fecha defabricación, la versión del softwa-re incluido, los bits de identifica-ción y otros datos.

También se identifica el tipode microprocesador y se detectala presencia del coprocesadormatemático, así como el tipo decontrolador o chipset del sistema,la existencia del controlador deDMA's y si cuenta con un segun-do 8259 para manejar las inte-rrupciones 8-15.

• Memory - Al presionar estaopción, se expide una pantallacomo la de la figura 5. Se trata


342

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

sólo de un mapa de memoria,donde se puede localizar cuálesporciones de la memoria superiorestán siendo utilizadas. Esta infor-mación puede ser muy útil en lalabor de administración de me-moria.

• Video - Aquí aparece unapantalla como la de la figura 6,donde se indica el tipo de tarjetade video, el fabricante del chip-set y, si la información está dispo-nible, el modelo del mismo, tam-bién señala el modo de video enuso, en número de columnas yrenglones (como el utilitario seejecuta en modo texto, este pa-rámetro casi siempre indica 80columnas por 25 renglones), iden-tifica el fabricante del BIOS de latarjeta de video y algunas carac-terísticas del mismo, informa si latarjeta es compatible con los es-tándares de VESA y si hay algúnadaptador de video secundario.

• Network - Aquí se detecta lapresencia de algún recurso quepermita el intercambio de infor-mación entre computadoras,además identifica el tipo de redinstalada, el nombre por el queresponde dicha computadora ala red y si hay algún BIOS corres-pondiente a tarjetas de red insta-ladas.

• OS Versión - Aquí se puedeobservar qué versión del sistemaoperativo se está ejecutando enla computadora (figura 7), deta-lla como su revisión interna, su nú-mero de serie, el número de usua-rio y la forma como se identifica-rá el sistema cuando se accionela orden VER.

También informa si el DOS seha ubicado en el área de memo-ria alta, si está instalado Windowsy desde qué directorio se estáejecutando el utilitario MSD. Tam-bién muestra las variables del en-torno del DOS, como es si hay unshell distinto al COMMAND.COM,el estado de la línea Path, el as-pecto del Prompt, etc.

• Mouse - Aquí se observan di-versos detalles sobre el dispositivoapuntador, como el tipo de mou-se empleado (serial o de bus), laversión del manejador de ratón,qué puerto e interrupción está uti-lizando, su sensibilidad horizontal yvertical, entre otros parámetros.

• Other adapters - En esteapartado se consulta si hay otrosdispositivos conectados al siste-ma, aunque el más común de és-tos es la palanca de juegos ojoystick.

• Disk drives - Al entrar en estaopción aparece una pantalla co-mo la de la figura 8. Puede apre-ciar que es posible consultar infor-mación sobre las unidades de dis-co instaladas en la computadora,incluidas unidades de disquetes,discos duros y unidad de CD-ROM(o lo que esté instalado). Tambiénindica la cantidad de espacio li-bre en cada unidad.

LPT ports - Este apartado pro-porciona información sobre lospuertos paralelos instalados en elsistema; lo normal es que sóloaparezca un puerto paralelo(LPT1), el que se incluye como op-ción predeterminada en todacomputadora. A este puerto tam-

bién se le conoce como "puertode impresora", ya que la mayoríade los usuarios lo utilizan exclusi-vamente para conectar ese peri-férico.

• COM port - Aquí se disponede abundante información refe-rente a los puertos seriales instala-dos en máquina (figura 9), inclui-da dirección I/O, velocidad detransmisión, tipo de UART emplea-do y otros datos.

• IRQ - Esta opción despliegauna pantalla (figura 10) en la quese listan las 16 interrupciones quemaneja la plataforma PC; tam-bién indica si dicha interrupciónestá siendo utilizada por algúndispositivo o si está libre.

• TSR programs - Aquí se pre-senta una lista de las aplicacio-nes cargadas como residentes enmemoria, lo que permite identifi-car fácilmente cuáles de ellasconsumen más memoria de la

Capítulo 22

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Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

necesaria, para poder luego opti-mizar el aprovechamiento de eserecurso del sistema.

• Device drivers - Esta opciónmuestra la lista de dispositivos ins-talados en la máquina, así comola dirección de memoria que es-tán empleando y los atributosque posee.

Adicionalmente a todo lo an-terior, MSD posee algunos menúsque permiten tener acceso aotras funciones, como son:

• Menú FILE - Aquí se puedeconsultar los principales archivosde configuración del sistema, co-mo son el AUTOEXEC.BAT y elCONFIG.SYS de DOS, el WIN.INI, elSYSTEM.INI de Windows y otros ar-chivos importantes relacionadoscon Mail, Internet, MEMMAKER yDBLSPACE —o DRVSPACE para laversión 6.22 de MS-DOS (figura11).

• Menú UTILITIES - Por medio

de este menú se tiene acceso ados mapas de memoria (figura12) que permiten localizar exac-tamente dónde se está ejecutan-do alguna aplicación específica.Por medio de la línea INSERTCOMMAND es posible modificaralgunos parámetros del CON-FIG.SYS y activando la línea TESTPRINTER se puede probar en for-ma básica el funcionamiento dela impresora. La línea final permi-te conmutar el despliegue deblanco y negro a color (lo mismose logra presionando la tecla F5).

EL PROGRAMA SYSCHK

Este es un utilitario del tipo sha-reware, un concepto de venta enel que el usuario tiene oportuni-dad de probar libremente un de-terminado programa y despuésde un cierto tiempo, si le es útil di-cha aplicación, pagar una pe-queña cuota de registro, lo que leda derecho a prestaciones adi-cionales como son otros progra-mas de apoyo, versiones másavanzadas y manuales de opera-ción.

El SYSCHK es producido porAdvanced Personal Systems.

Cuando se ejecuta, al presio-nar el comando SYSCHK, apare-ce una pantalla con un menú ini-cial que conduce a diversaspruebas sobre elementos indivi-duales de la computadora (figura13).

La primera de esas pruebas,que aparece como opción pre-determinada, es la informacióngeneral en forma resumida (Sum-mary), donde se identifica el tipode microprocesador empleado,su velocidad, la cantidad deRAM instalada, la versión del siste-ma operativo utilizada y el núme-ro de puertos seriales y paralelos,entre otros datos.

Al desplazar la línea resaltadade la ventana de la izquierda,van apareciendo diversas panta-llas en la ventana derecha quemuestran las características deta-lladas del punto elegido. Porejemplo, si resaltamos la línea"CPU/BIOS", aparece una serie dedatos tanto del microprocesadorcomo del BIOS del sistema; si se

elige la línea "IRQ list", se muestrauna relación detallada de las in-terrupciones de la plataforma PCy cuáles de ellas están siendo utili-zadas y por qué dispositivo; en lalínea "Video", se despliegan datossobre el fabricante del chipset,así como la cantidad de RAM ins-talada, la máxima resolución tan-to en número de colores comoen puntos, entre otros datos (figu-ra 14); si se resalta la línea Win-dows, se despliega informaciónsobre la instalación de esta inter-face gráfica y así sucesivamente.

Este utilitario presenta la infor-mación muy detallada.

Sobre todo en el aspecto delos IRQ's suele ser más exacta alcompararla con MSD, que fre-cuentemente presenta inexactitu-des al detectar los dispositivos ins-talados (compare las figuras 10 y15 y observe que en esta últimase detectó correctamente que elmódem configurado comoCOM3 utiliza la interrupción 5, latarjeta de sonido emplea la 7 yque IRQ15 está ocupada por unelemento desconocido, que eneste caso es el lector de CD-ROM).

Si sabe interpretar correcta-mente la información que brindaeste programa, tendrá mayoresposibilidades de solucionar losproblemas que se presentan en laPC.

UTILITARIOS QUE SE

INCLUYEN EN WINDOWS

Windows 95 no incluye utilitarioespecífico de información del sis-tema, como sucede en MS-DOS.Sin embargo, en el PANEL DECONTROL hay una serie de recur-sos que permiten explorar algu-


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Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

nos aspectos operativos del siste-ma.

Por ejemplo, si activa el iconoSISTEMA e invoca la opción ADMI-NISTRADOR DE DISPOSITIVOS, apa-rece una pantalla como la mos-trada en la figura 16, en la cualse puede consultar una lista muyextensa de los recursos instalados,desde controladoras de discosflexibles y discos duros hasta lospuertos de comunicación y dis-positivos multimedia. Al hacer do-ble "clic" sobre cualquiera de es-tos dispositivos, aparece una pan-talla con información más deta-llada del elemento solicitado (fi-gura 17), como su dirección I/O,su solicitud de interrupción (IRQ),su acceso directo a memoria(DMA), etc.

Este utilitario se incluyó comoun respaldo a las característicasPlug and Play (conecte y use) deWindows 95 o Windows 98, parapermitir que el técnico de serviciohaga una rápida inspección delos recursos del sistema que yahan sido utilizados, de modo quesi se llega a instalar un elementoadicional que no cumple con es-tas especificaciones, pueda ha-cerse la configuración manual-mente sin grandes dificultades.

UTILITARIOS DE DIAGNÓSTICO

Estos utilitarios constituyen, dehecho, una extensión de las quebrindan información del sistema,en la medida que también ofre-cen datos, pero como resultado

de un diagnóstico operativo de lacomputadora.

En esta categoría se encuen-tran programas que no sólo de-tectan los componentes, sino quetambién los prueban, analizanposibles conflictos o problemasde operación y comparan su de-sempeño con una base de datospreviamente grabada, en la cualse indica el resultado considera-do como óptimo. De esta mane-ra, se reporta al final si la máqui-na está funcionando adecuada-mente y las posibles incongruen-cias que pudieran existir.

Enseguida se explica un pro-grama de este tipo, en el quepuede apoyarse durante sus acti-vidades de servicio a las PC.

AMI Diagnostics de American Megatrends Inc.Aunque éste es un programa

comercial, la compañía que loprodujo liberó una versión demoen la modalidad de shareware,no tan completa pero sí muy útil,por lo menos es mejor que otrosutilitarios que se distribuyen en es-ta modalidad.

Al ejecutar el programa con elcomando AMIDIAG —estando enel directorio respectivo—, apare-ce una pantalla inicial (figura 18)y enseguida la de menú principal,desde donde se pueden ejecutartodas las pruebas que este utilita-rio ofrece. Note que se incluye unmenú especial para realizar prue-bas a la tarjeta madre (SystemBoard), memoria (Memory), discoduro (Hard Disk), disquete(Floppy), teclado (Keyboard), vi-deo y misceláneas.

Al desplegar cada menú,aparecen diversas opciones queresultan muy efectivas para de-terminar el adecuado comporta-miento del equipo, aunque en es-ta versión algunas de las pruebashan sido desactivadas.

Le recomendamos que tratede adquirir la versión completadel programa.

Y refiriéndonos a utilitarios sha-reware, si es que no tiene posibili-dades de adquirir una herramien-ta profesional como de las quehablaremos más adelante, esmuy conveniente que explore losprogramas de diagnóstico que se

distribuyen mediante dicha mo-dalidad (en Internet o en CD-ROM especializados). Hay unagran diversidad de aplicaciones,desde algunas que prueban ex-clusivamente un elemento espe-cífico del sistema (como puertosI/O, coprocesador, módem, discoduro, unidad de disquete, princi-palmente), hasta otras que ha-cen pruebas y análisis combina-dos de los recursos.

Tenga en cuenta que parareunir una buena colección deprogramas de diagnóstico quecubra todos los aspectos del siste-ma debe explorar muchos utilita-rios, algunos de los cuales soncompletamente inútiles u ocasio-nan bloqueos a la computadorau otras anomalías.

Lo mejor es utilizar programasprofesionales, aunque de ningunamanera son despreciables los deltipo shareware.

Utilitarios de diagnóstico para Windows 95 y Windows 98Prácticamente no hay progra-

mas de diagnóstico a nivel hard-ware que se ejecuten sobre Win-dows 95 (98).

Capítulo 22

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Fig. 16Fig. 17

Fig. 18

Esto se debe a que dicho sis-tema operativo aísla de maneramuy efectiva a la parte "dura" dela máquina, de las aplicacionesque se ejecutan sobre ella, impi-diendo realizar algunas pruebas anivel de los componentes.

Sin embargo, si pretende ha-cer un diagnóstico al hardwarede una computadora que tengacargado el sistema operativoWindows 95 (98), puede arrancar-la en modo DOS: cuando aparez-ca el letrero "Iniciando Windows95 (98)" presione F8, seleccione"Sólo símbolo de sistema en modoa prueba de fallos" y se encontra-rá con el típico cursor de la líneade comandos; introduzca enton-ces el disquete de utilitarios queemplea en cualquier unidad desistema y podrá ejecutarlos sinproblemas y diagnosticar los ele-mentos que componen la máqui-na y realiza pruebas en dondenecesariamente se requiera la in-teracción directa entre el hard-ware y el software.

Seguramente, en un futurocercano aparecerán utilitariosque podrán ejecutarse sobre lainterface gráfica de Windows 95,pero por el momento es mejorconfiar en el viejo conocido DOSpara una labor de diagnóstico.

UTILITARIOS DE OPTIMIZACIÓN

La función primordial de estosutilitarios es mejorar el rendimien-to del sistema, aunque algunosprogramas ofrecen opciones adi-cionales para personalizar aspec-tos del sistema operativo, encon-trar archivos duplicados o rara-mente utilizados y otras posibilida-des que facilitan el trabajo del es-pecialista en sus rutinas para ob-tener el mejor desempeño de la

computadora. Entre los diver-sos utilitarios que se puedenemplear están los que brindael MS-DOS a partir de la ver-sión 6.0 y las incluidas en Win-dows 95 (98). También hay al-gunas que se distribuyen me-diante el concepto sharewa-re; sin embargo, no debe de-saprovecharse que en las últi-mas versiones del MS-DOS seincluyen programas de este ti-po, pues además de ser con-fiables son los que se tienen a lamano.

Utilitarios para mejorar eldesempeño del disco duroUn aspecto importante en el

rendimiento general de una com-putadora es el grado de frag-mentación de los archivos alma-cenados en el disco duro. Con-viene precisar que un archivo seencuentra fragmentado cuandoestá grabado de manera reparti-da en diversos sectores del discoque no son consecutivos o conti-guos. Esta situación se origina conel trabajo normal del usuario, alborrar, crear y modificar archivosy se traduce en que los archivosde un mismo directorio o progra-ma quedan esparcidos en diver-sos puntos del disco duro.

El problema con un disco frag-mentado es que aumenta eltiempo en que tardan las cabe-zas magnéticas en ejecutar lasoperaciones de lectura y escritu-ra, pues tienen que colocarse endiversos puntos para leer una in-formación de manera continua yesto disminuye la velocidad ge-neral de operación del sistema.Lógicamente, una manera de in-crementar el rendimiento de lamáquina consiste en "defragmen-tar" el disco duro, es decir, enreorganizar los archivos de talmanera que no sólo cada unoquede grabado por completo ensectores adyacentes, sino quetambién todos los archivos de undirectorio queden compactadosen una misma zona.

Para realizar esta tarea, quees más bien de rutina, se han di-señado diversos programas deoptimización del disco duro, sien-do el más popular el Defrag, elcual se incorporó a partir de la

versión 6.0 de MS-DOS e inclusoaún permanece entre los utilita-rios del sistema de Windows 95(98).

Para activar este utilitario des-de la línea de comandos escribaDEFRAG, debe aparecer unapantalla como la que se muestraen la figura 19, que correspondea un mapa del disco duro conpequeñas celdas que represen-tan cierto número de sectores (oclusters, que son grupos de secto-res). Si aparece un número exce-sivo de "huecos" entre las celdascon información, es convenienteentonces realizar una defragmen-tación aunque en ocasiones elprograma recomiende otra op-ción. Para ello, diríjase a CONFI-GURACION, señale METODO DEOPTIMIZACION y elija OPTIMIZA-CION PLENA. Arranque el procesoy después de algunos minutos(puede tardar bastante en discosmuy fragmentados o que hayansido duplicados con DBLSPACE oDRVSPACE), observará que todala información ha sido "empaque-tada" y ocupa un espacio conti-nuo desde el principio del disco.

Puede suceder que muchosusuarios no adviertan una mejoraen la velocidad —debido al tipode aplicaciones que ejecutan—pero diversas pruebas han de-mostrado que un disco defrag-mentado puede acelerar de 15 a20% el rendimiento en compara-ción con el desempeño anterior.Por lo tanto, es recomendableejecutar periódicamente esta ruti-na de optimización.

Si desea ejecutar este progra-ma bajo Windows 95, vaya al bo-tón INICIO, línea PROGRAMAS, lí-nea ACCESORIOS, elija HERRA-MIENTAS DEL SISTEMA y finalmenteDEFRAGMENTADOR DE DISCO (fi-gura 20).


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Fig. 19 Fig. 20

Ahora bien, antes de ejecutarla defragmentación de cualquierunidad, conviene asegurarse deque los datos contenidos en ellano presenten irregularidad, comofallas en la estructura de archivos,incongruencias en las tablas delocalización de archivos (FAT), ca-denas perdidas de clusters o ca-sos similares.

Para revisar estos aspectos, apartir de la versión 6.2 de MS-DOSse incorporó un utilitario parachequeo de disco duro llamadoScandisk, que se ejecuta con elcomando del mismo nombre.

Este programa, incluso, puederealizar una comprobación delestado de la superficie magnéti-ca de los platos del disco duro,notifica si algún sector ha sufridodaños y ofrece la posibilidad derecuperar la información que pu-diera contener dicha porción dedisco antes de marcarla comodefectuosa para que el DOS evi-te almacenar información enesos sectores.

Por lo tanto, casi como reglageneral, siempre que vaya a apli-car una defragmentación de dis-co, previamente revise el estadode la información con Scandisk(los usuarios de Windows 95 pue-den encontrar este utilitario en elmenú INICIO, línea PROGRAMAS,línea ACCESORIOS, opción HE-RRAMIENTAS DEL SISTEMA y final-mente SCANDISK, vea figura 20).

Utilitarios para administrar memoriaLa necesidad de administrar

memoria fue un aspecto que du-rante mucho tiempo representóuna dificultad para muchos usua-rios, además de ser un punto vitalpara la correcta ejecución deuna gran cantidad de programasque se ejecutan en DOS, sobretodo juegos.

La administración de memoriaes una de las tareas del servicioque más complicadas le resultana muchos especialistas, puesademás de un buen conocimien-to de la estructura, archivos y co-mandos del DOS, requiere com-prender perfectamente las distin-tas clasificaciones en que se divi-de la memoria RAM desde elpunto de vista lógico así como te-

ner cierta práctica para rescatarhasta el último resquicio de lamemoria base sobre la que seejecutan los programas en estesistema operativo.

Tomando en cuenta esta si-tuación y la importancia que tie-ne una adecuada administraciónde memoria para el correcto de-sempeño de un sistema, a partirde la versión 6.0 de MS-DOS se in-cluyó un utilitario denominadoMemmaker, cuyo objetivo es ana-lizar de forma automática los ar-chivos de arranque del sistema yoptimizarlos, así libera la mayorcantidad de memoria RAM posi-ble para la ejecución de progra-mas en DOS.

Para invocarla, sólo escribaMEMMAKER en la línea de co-mandos, con los que apareceránvarias pantallas que lo guiarándurante el proceso de optimiza-ción de memoria.

En la mayoría de los casos, lasopciones por default garantizanun buen desempeño, pero enotras situaciones es mucho másconveniente realizar la adminis-tración manualmente. Incluso, seha comprobado en repetidasocasiones que una buena admi-nistración manual rescata unamayor cantidad de memoria queel Memmaker.

En Windows 95 (98), teórica-mente no es necesaria la adminis-tración de memoria; sin embargo,se han encontrado ciertas aplica-ciones en modo DOS, sobre todojuegos, las cuales no se ejecutansi la máquina no está correcta-mente administrada en su memo-ria simple. Y como en este sistemaoperativo no hay un programade administración automática,tiene que realizarse de maneramanual. Por estas razones y por-que de cualquier manera la eje-cución del Memmaker en DOSimplica una serie de conocimien-tos mínimos respecto de los tiposde memoria lógica, es conve-niente hacer un estudio detalladodel tema.

Utilitarios para duplicar el disco duroAún hay en el medio muchas

computadoras con discos durosde baja capacidad, con relación

al tamaño de los programas mo-dernos, incluido el sistema opera-tivo Windows 95 (98).

Como una opción para incre-mentar la capacidad de estasunidades, en las versiones 6.0 y6.2 del MS-DOS se incluyó un pro-grama llamado DoubleSpace, elcual permite almacenar la infor-mación de manera comprimidaen el disco duro. Esto se logra me-diante ciertos algoritmos que des-cartan datos redundantes, demodo similar a como lo hacen losutilitarios clásicos de compresiónde archivos (como el PKZIP, el LHAy el ARJ); con la diferencia deque estos utilitarios hacen la com-presión y descompresión de for-ma completamente automática.

La ventaja de este programaes que es transparente para elusuario y trabaja en tiempo real;es decir, comprime la informacióncuando es almacenada y la des-comprime cuando se le da lectu-ra, a diferencia de los compreso-res como los mencionados másarriba, en los que el usuario no só-lo debe seleccionar los archivos acomprimir sino también ejecutaralgunas rutinas manualmente. Ylo mismo cuando va a expandirla información.

Cabe insistir en que el espaciode almacenamiento adicionalque aparece después de ejecu-tado el Doublespace es virtural(no existe físicamente), aunquepara fines prácticos efectivamen-te se incrementa el espacio dealmacenamiento del disco.

El DoubleSpace no fue el pri-mer programa de este tipo. Du-rante muchos años, se vendieroncompresores como utilitarios inde-pendientes; de hecho, StackeryXtraDrive aún gozan de cierta po-pularidad entre el público infor-mático.

Fue Digital Research la prime-ra compañía que incorporó unduplicador en tiempo real comoparte de su sistema operativo, apartir de la versión 6.0 del DR-DOS. Este es el SuperStor, quetambién se vendió como utilitarioindependiente.

Y como esto le otorgó ventajaa esa compañía, pronto Microsoftincluyó el DoubleSpace en su sis-tema operativo. De hecho, este

Capítulo 22

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programa fue una versión que uti-lizó tecnología de Stac Electronics(productora del popular progra-ma Stacker), y esta firma entablóuna demanda legal contra Micro-soft por incumplimiento de acuer-do, lo que obligó a dicha corpo-ración a desarrollar su propiocompresor: el DriveSpace que seincluye en la versión 6.22 del MS-DOS.

El DoubleSpace se ejecutadesde DOS con el comandoDBLSPACE y el DriveSpace con laorden DRVSPACE, según la versióndel sistema operativo. La formacomo ambos programas funcio-nan es prácticamente idéntica,los menús de opciones que seofrecen durante la configuraciónson muy intuitivos en los dos utili-tarios, por lo que es posible que elmismo usuario seleccione las op-ciones más convenientes paraoptimizar su sistema.

A pesar de ello, recomenda-mos que valore seriamente laconveniencia de duplicar un dis-co duro, ya que en tal caso la in-formación almacenada puedellegar a ser más difícil de recupe-rar en caso de que surja algúnproblema.

Además, los precios actualesde los discos duros justifican másla compra de uno nuevo de grancapacidad que la duplicaciónpor software.

Como comentario final, esteutilitario de duplicación de discotambién se incluye en Windows95 (98) (vaya al botón INICIO, lí-nea PROGRAMAS, opción ACCE-SORIOS, HERRAMIENTAS DEL SISTE-MA y DRIVESPACE), aunque estaes una opción que en ocasionesno se carga durante la instala-ción de dicho sistema operativo(depende del tipo de instalaciónrealizada, si fue manual o auto-mática y si el software viene pre-cargado o se proporcionaron losdiscos correspondientes), sí quedeberá tener a mano los disque-tes o el CD del programa.

Utilitarios de protección y rescate de informaciónLa función principal de este ti-

po de utilitario es proteger y res-catar la información del sistema ydel usuario. Ya se sabe que enmuchos casos, lo más valioso de

una computadora —incluso másque el hardware y los programasde aplicación—, es la informa-ción que se almacena en el dis-co duro y de la que no se tienerespaldo.

Por lo tanto, proteger la infor-mación y recuperarla en casode daño es una de las activida-des más importantes para eltécnico de servicio. Al respecto,las pérdidas de datos puedenser desde muy simples como unarchivo borrado accidentalmen-te, hasta daños físicos en el discoduro que impiden el arranque deesta unidad de almacenamiento.Y lógicamente, las herramientasutilizadas tienen que ser apropia-das, como explicaremos ensegui-da.

Utilitario para recuperar archivos borrados accidentalmenteEl caso más frecuente de pér-

dida de información consiste enel borrado accidental de un ar-chivo o directorio, lo que podríasignificar la pérdida de muchashoras de trabajo o el tener queinstalar los programas perjudica-dos. Casi desde que fabricaronlas PC, surgieron aplicaciones pa-ra "desborrar" archivos elimina-dos, con la condición de que na-da se hubiera sobrescrito despuésde cometido el error. Justamente,uno de los primeros utilitarios dePeter Norton —pionero en la ven-ta de este tipo de programas—fue un "desborrador" que llegó aser muy popular.

Por muchos años, Microsoft yotros fabricantes de sistemas ope-rativos desatendieron estas solu-ciones, las cuales fueron cubiertaspor terceros fabricantes.

No obstante, en las últimasversiones, el MS-DOS se convirtióen una verdadera multiherra-mienta, como navaja suiza, al in-corporar diversos utilitarios, entrelos que se encuentran dos de re-cuperación de archivos borradosaccidentalmente: Undelete deDOS y Restablecer, que se acoplaal subsistema Windows (figura 21).

Es muy obvio el procedimientode desborrado de archivos y di-rectorios, por lo que no vamos aexplicar los pasos a seguir, en to-do caso consulte el manual de

MS-DOS o la ayuda del progra-ma. Interesa más explicar la razónpor la que es posible recuperarlos archivos borrados.

Cuando el usuario da la ordenDELETE (nombre archivo), el siste-ma operativo no elimina física-mente los datos del archivo encuestión; tan sólo borra la primeraletra del nombre del archivo en laFAT (y en realidad no la borra, si-no que la reemplaza por un ca-rácter de control). A partir de esemomento, el DOS considera quelos sectores que ocupaba ese ar-chivo están disponibles para serutilizados por otra información,por lo que si se escribe algún da-to posteriormente cabe la posibili-dad de que se aloje en el espa-cio ocupado por el archivo borra-do, por lo que éste ya no se po-drá recuperar. Es por ello quesiempre se recomienda "deborrar"un archivo lo más rápidamenteposible, para evitar su destruc-ción por una nueva información.

En el caso de Windows 95 (98),para evitar que el usuario pasepor este proceso de recupera-ción, se ha incorporado un recur-so emulado del sistema operativoSystem de Macintosh: el Trashcan.Este utilitario es como una "pape-lera" virtual, hacia donde se en-vían todos los archivos borrados.Y al igual que sucede en una ofi-cina con el cesto de papeles,donde podemos "rescatar" algúndocumento desechado, se pue-den desborrar los archivos quehayan sido eliminados.

En el caso de Windows 95, es-te utilitario se llama "Papelera deReciclaje" y también permite re-cuperar archivos aunque se ha-yan efectuado operaciones deescritura en el disco duro, pues elprograma los protege, lo que nosucede en MS-DOS y Windows


348

Fig. 21

Capítulo 22

349

3.1. Claro está, siempre que nohaya dado previamente la ordenVACIAR LA PAPELERA DE RECI-CLAJE, caso en el que se pierdenirremediablemente los archivos,aunque cabe mencionar queexisten utilitarios que permitenrescatar la información inclusoen esas circunstancias.

Utilitario para desformateo de disquetesUn tipo de programa que

también tiene una función de re-cuperación, pero con disquetesque han sido formateados acci-dentalmente, es el Unformat deDOS, el cual permite recuperar lainformación siempre y cuandono se haya colocado el modifi-cador /U en la sintaxis de la líneade comandos.

Para lograr esta posibilidad,cada vez que se ejecuta el co-mando FORMAT (el incluido apartir de la versión 5.0 de MS-DOS), antes de proceder el for-mateo del disquete el programaverifica primero si no posee infor-mación; en caso afirmativo, ha-ce una copia de la FAT, para loque graba una copia de ésta enotro lugar del disco, de tal mane-ra que si más adelante el usuariodesea recuperar la informaciónahí contenida, simplemente invo-ca el comando UNFORMAT (uni-dad), con lo que este utilitariorescata el archivo de control, re-construye la FAT y, en la mayoríade casos, recupera la informa-ción previamente borrada sin da-ño alguno.

Utilitarios para rescate de información en casos graves Existen casos de pérdidas de

información que escapan al po-derío de Undelete y Unformat. Sinembargo, hay utilitarios especiali-zados que permiten la recupera-ción de datos en casos realmen-te graves, como la destrucciónde la tabla FAT y de su copia, lapérdida de la tabla de partición,daños en el disco duro, etc.

Entre estos utilitarios podemoscitar el Rescue de All Micro, elDrive Wizard de Learning Curve yalgunos otros programas espe-cializados en el diagnóstico de

computadoras, así como algunasde las herramientas incluidas enprogramas integrados como Nor-ton Utilities como el NDD o el Ca-librate.

ANTIVIRUS

En estricto sentido, los utilita-rios antivirus no recuperan infor-mación, sino que la protegen alevitar que los virus informáticosdestruyan los archivos; es decir,los detectan y los eliminan antesde que realicen su labor.

Al igual que otros utilitarios, losprogramas antivirus fueron duran-te mucho tiempo diseñados yproducidos por compañías inde-pendientes, que los ofrecían a losusuarios ya sea en el conceptode shareware o como progra-mas comerciales; sin embargo, apartir de la versión 6.0 de MS-DOS, Microsoft incorporó un anti-virus en dos versiones: una paraDOS (MSAV) y otra para acoplar-se al subsistema Windows(MWAV). Figura 22.

Estos programas son muyefectivos pero tienen un gran in-conveniente, pues constante-mente surgen nuevos virus, quehacen que estos utilitarios rápida-mente se rezaguen, con lo quedisminuye su confiabilidad. Yaunque Microsoft ha tomadouna serie de medidas para brin-dar actualizaciones, en la prácti-ca muy pocas personas se ape-gan a estas disposiciones.

Además de estos programas,hay muchos utilitarios antivirus,desde las de tipo shareware has-ta las profesionales. Entre las quepodemos citar como recomen-dables están las siguientes: Doc-tor Solomon, AntiVirus Anyware,Norton Antivirus, McAfee ViruS-

can, PC-Cillin y ThunderByte. Al-gunos de estos programas sepueden conseguir en versión limi-tada en Internet, con lo que setiene la ventaja de que siemprese puede contar con las últimasversiones, lo que brinda una granseguridad.

PROGRAMAS INTEGRADOS

En la práctica, lo más útil esdisponer de programas que inte-gren utilitarios para las diversasnecesidades: información del sis-tema, diagnóstico, optimizacióny recuperación de información.Sin embargo, no existe un pro-grama que cubra todas las ne-cesidades, pero sí algunos muycompletos que pueden satisfacermúltiples necesidades.

Entre este tipo de programasintegrados podemos citar NortonUtilities de Symantec, PC Tools deCentral Point —que recientemen-te ha sido adquirida por Syman-tec— CheckIt Pro, WinCheckIt deTouchstone y QA Plus de DiagSoft.

También hay programasavanzados que incluyen ademásdel software respectivo, elemen-tos de hardware que hacen mu-cho más efectiva la tarea deprueba y localización de fallas.Algunos de estos programas in-cluyen tarjetas de diagnósticoPOST, loopbacks para comprobarlos puertos I/O del sistema, méto-dos para comprobar la disposi-ción de los IRQ's y DMA's, etc.

Estos utilitarios suelen ser muycostosos, aunque se justifica sucompra, sobre todo si piensa de-dicarse profesionalmente a la re-paración y mantenimiento decomputadoras personales.

Buenos ejemplos de estos pro-gramas son MicroScope de Micro2000 Inc., o los diversos utilitariosproducidos por MicroHouse (susenciclopedias de discos duros ytarjetas son las mejores fuentesde referencia para el técnico).También son recomendables al-gunos elementos de Data Depot,como tarjetas POST o identifica-doras de IRQ's y DMA's entreotras herramientas.

Fig. 22

EL CD COMPLEMENTARIO

Para cubrir las necesidadesbásicas del especialista, hemospreparado un disquete en el queincluimos una serie de utilitariosdel tipo shareware. El autor lasha probado y comparado ex-haustiva y favorablemente conrespecto a programas comercia-les y éstos, aunque tengan másalcance llegan a ser muy costo-sos. Para indagar sobre los utilita-rios que ha recibido, consulte elmanual que se incluye con cadauno (por lo general, un archivode texto con el mismo nombredel programa, pero con extensiónDOC o TXT). Pero como tales do-cumentos vienen en inglés, parafacilitar su aplicación, hemos in-cluido un archivo llamado LEAME-.BAT en el que se da una brevedescripción de los alcances decada programa. El valor de esteCD es de $25, pero presentandoel cupón de página 338, Ud. pue-de adquirirlo en nuestras oficinaspor sólo $8 (puede enviarnos ungiro postal a nombre de EditorialQuark SRL por $8 junto con unafotocopia de esa página y es-tampillas para gastos de correo yle enviaremos el disquete a su do-micilio).

NORTON UTILITIES

El conjunto de utilitarios dise-ñados originalmente por PeterNorton, constituyen los programasde prueba, diagnóstico, rescate yprotección de información másconocidos en el mundo de lasPC, incluso ya hay versiones parala plataforma Macintosh, dondeal parecer se están convirtiendoen estándar. Este programa inte-grado ha evolucionado desdeuna versión básica, que apenasincluía un desborrador de archi-vos y algunas otras herramientasauxiliares, hasta las nuevas versio-nes en que se combinan utilitariosmuy diversos.

La versión 8.0 y posteriores tie-nen la ventaja de que el progra-ma ha sido traducido totalmenteal español. La instalación se reali-za desde cuatro disquetes y entotal ocupa cerca de 10MB en el

disco duro. Para tener una rápidadescripción de cada uno de es-tos utilitarios, ejecute el comandoNORTON. Debe aparecer unapantalla como la mostrada en lafigura 23; observe que se han divi-dido los distintos utilitarios en va-rios grupos, según el uso específi-co que se les dé. A continuaciónse presenta un breve resumen deestas clasificaciones y de los al-cances de los programas inclui-dos en cada una.

RECUPERARComo lo indica el nombre, es-

te paquete permite recuperar, yasea información o acceso a al-gún archivo o dispositivo de lacomputadora. Probablemente eltítulo resulte un tanto confuso, so-bre todo considerando que unode los utilitarios aquí contenidopertenece más al tipo de diag-nóstico que al de recuperación;sin embargo, así ha sido clasifica-do por Symantec. Dentro de esteapartado encontramos los si-guientes utilitarios.

• Norton Diagnostics (NDIAGS)Es el programa de diagnóstico delos Utilitarios de Norton; permiterealizar diversas pruebas a loscomponentes de una computa-dora típica. Es considerado comouno de los mejores programas dediagnóstico para apoyar el servi-cio a PC (figura 24).

• Norton Disk Doctor (NDD) -Este utilitario, fundamental para elservicio a computadoras, realizavarias pruebas a unidades de dis-cos flexibles y a discos duros, de-termina la integridad de los datoscontenidos en éstos (figura 25).Explorando la superficie magnéti-ca, detecta y corrige posibleserrores en sectores dañados o dé-biles. Con este programa es posi-ble encontrar y reparar cadenasde archivos destruidas, etc. Por suimportancia, es convenienteaprender a utilizarlo en toda sucapacidad, pues se trata de unaversión más completa que laScandisk de DOS.

• Disk Editor (DISKEDIT) - Brindaacceso a la información conteni-da en un disquete o en un discoduro. Su gran ventaja es que per-mite leer y escribir directamenteen cualquier sector, cilindro, ca-

beza y unidad, incluso en aque-llos sectores que no son reconoci-dos por el DOS. Es efectivo en lalocalización de archivos en discosduros o disquetes aparentementedañados y para ver y editar datosgrabados en código hexadeci-mal (posee un editor HeX muyversátil). No se trata de un utilita-rio para experimentar, así que uti-lícelo sólo si está seguro de que lonecesita y de que sabe lo que vaa hacer. Es conveniente practicarcon éste en disquetes con infor-mación poco importante, asícuando llegue el momento deutilizarlo para rescatar informa-ción, ya tendrá la experiencia ne-cesaria.

• Disk Tools (DISKTOOL) - En es-te programa se combinan cuatroutilitarios que permiten crear dis-cos sistema; recuperar archivosde manera similar a Undelete delDOS; "revivir" discos que comien-zan a mostrar fallas en la lectura


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Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

de su información y localizar ymarcar clusters como defectuo-sos o como correctos, dado elcaso.

• File Fix (FILEFIX) - Con esteutilitario es posible "arreglar" archi-vos dañados en algunos de losformatos más populares en com-putadoras PC como los genera-dos con Lotus 1-2-3, dBase y otros.

• Image (IMAGE) - Con esteprograma, se toma una "fotogra-fía instantánea" del contenido deldisco duro (en realidad, lo únicoque se rescata es la tabla FAT) yse almacena como un archivooculto al final del área de alma-cenamiento del disco. Si ocurrealgún problema que dañe estosíndices —una falla en la energíao un ataque de virus—, con estaimagen se puede reconstruir y re-cuperar el acceso a casi toda lainformación almacenada en eldisco duro.

• INI Tracker (INITRAKD) - Coneste utilitario se hace una copiade todos los archivos de configu-ración importantes, tanto de DOScomo de Windows (AUTOEXEC.BAT, CONFIG.SYS, WIN.INI, SYSTE-M.INI, etc.). Si alguno de estos ar-chivos se pierde o es eliminadopor error, se podrá rescatar lasimágenes guardadas.

• Rescue Disk (RESCUE) - Coneste programa se crea un "discode rescate" que contiene los ar-chivos sistema para el arranque,los principales archivos de confi-guración y una imagen de lasFATs del disco duro. Le recomen-damos que prepare un disco derescate para cada computadoraa la que brinde servicio y que loentregue al propietario; tendrá fu-tura protección en posibles pérdi-das.

• Smart Can (SMARTCAN) - Alser activado, este programa creauna especie de papelera tipoMacintosh o Windows 95 (98). Porlo tanto, cada vez que se le indi-que al sistema que borre un archi-vo, en vez de eliminarlo, lo envia-rá hacia la papelera para quesea posible recuperarlo posterior-mente aunque se hayan hechomúltiples escrituras en el disco du-ro, característica que no ocurrecon el Undelete de DOS.

• UnErase (UNERASE) - El pro-

grama desborrador de archivos,incluido en los utilitarios del Nor-ton, realiza un trabajo similar alUndelete, aunque este utilitariotiene funciones que en DOS no sepueden hacer; por ejemplo,cuando éste registra que un ar-chivo ha sido parcialmente so-brescrito, ya no permite el desbo-rrado, mientras que el UnErase sípermite rescatar informaciónfraccionada, por lo que se puederecuperar un buen porcentaje deun archivo de trabajo.

• UnFormat (UNFORMAT) - Pormedio de este programa pode-mos "desformatear" un disqueteque haya sido formateado porerror, e incluso recuperar la mayorparte de la información de un dis-co duro, siempre y cuando se lehaya aplicado recientemente elutilitario Image. Por esta razón, alinstalar Norton Utilities en el disco,siempre coloque la orden IMAGEen el AUTOEXEC.BAT, así garantizala presencia de una imagen re-ciente.

SEGURIDADEn este apartado se incluyen

utilitarios cuyo objetivo es prote-ger la información ya almacena-da de la vista de terceras perso-nas o del ataque de virus, al me-nos parcialmente. Los programasreunidos son:

• Disk Monitor (DISKMON) - Es-te programa monitorea la activi-dad del disco duro e impide es-crituras no autorizadas, ya seapor parte de usuarios no desea-dos o por programas hostiles co-mo determinados virus.

• Diskreet (DISKREET) - Por me-dio de este utilitario es posible ais-lar un archivo, un directorio o to-do un disco duro, para que per-sonas no autorizadas —que no se-pan la contraseña— no puedantener acceso a estos datos. Pue-de crear varios discos virtuales(cada uno con su contraseñaparticular), de modo que diversosusuarios puedan compartir unamáquina común y a la vez ten-gan privacidad en sus documen-tos.

• Wine Info (WINPEINFO) - Esteutilitario borra por completo unarchivo, sobreescribiendo un pa-trón de caracteres en los sectores

del disco que ocupaba, de estemodo, ningún programa paradesborrar archivos puede recupe-rar la información así eliminada.Es ideal para evitar que personasno autorizadas puedan rescatarinformación delicada y que su-puestamente ya ha sido borradade un disco.

ACELERAREn este apartado se han reuni-

do varios utilitarios que permitenmejorar el desempeño del siste-ma. Tales programas son:

• Calibrate (CALIBRATE) - Esteutilitario mide el desempeño delas unidades de disco duro y cal-cula si es posible mejorar su activi-dad modificando algunas carac-terísticas internas, especialmenteel entrelazado de sectores. Conesta aplicación, en algunos ca-sos, se puede reconstruir tablasde particiones perdidas o resolverproblemas que en ocasiones bur-lan las técnicas de recuperacióndel Norton Disk Doctor.

• Norton Cache (NCACHE) -Este programa crea un bloque deintercambio entre el disco duro yel microprocesador; para estoemplea la memoria RAM con elobjeto de acelerar el acceso a lainformación que los programasrequieren durante su ejecución.Podemos decir que su utilidad essemejante a la del SMARTDRV deDOS, aunque Norton Cache ofre-ce mejores resultados.

• Speed Disk (SPEEDISK) - Estees el defragmentador de disco in-corporado en los utilitarios deNorton. El programa Defrag deMS-DOS 6.0 y superior, es sólo unavariante reducida y más lenta deeste programa. De hecho, elSpeed Disk incluye más opcionesque lo hacen considerablementemás efectivo en su diagnóstico.Su característica de "explorar

Capítulo 22

351

Fig. 26

mapa", resulta invaluable enciertos casos (figura 26).

UTILIDADESEste es el apartado final.

Como su nombre lo indica, sonprogramas que pretenden fa-cilitar la interacción entre elusuario y la máquina.

• Configuración (NUCON-FIG) - Por medio de este pro-grama, los utilitarios se configu-ran según el gusto del usuario,ya sea en color, modo de des-pliegue, etc.

• Directory Sort (DS) - Desplie-ga la información del contenidode un directorio, pero en formamás ordenada que DIR de DOS;de hecho, posee varias opcionessuperiores a las de DIR.

• Duplicate Disk (DUPDISK) -Duplicador de discos más rápidoy efectivo que el comando DISK-COPY de DOS.

• File Attributes (FA) - Modifi-cador de los atributos de archi-vos, semejantes al ATTRIB de DOS.

• File Date (FD) - Permite mo-dificar la fecha y hora registradaen un archivo.

• File Find (FILEFIND) - Busca-dor de archivos que explora to-das las unidades de la máquina,incluso discos en red.

• File Locate (FL) - Se trata deotro localizador de archivos.

• File Size (FS) - Determina eltamaño de un archivo, un direc-torio o un grupo de directorios.

• Norton CD (NCD) - Es susti-tuto del comando CD de DOS,aunque más flexible y podero-so.

• Safe Format (SFORMAT) -Formateo seguro con el que esmás sencillo recuperar la infor-mación del disco en caso deformateo accidental.

• System Info (SYSINFO) -Programa de información di-versa sobre el sistema. Este utili-tario es semejante al SYSCHK

que se mencionó en el capítuloanterior, aunque con más opcio-nes. Este programa puede brindarsuficiente información sobre el sis-tema para tener un punto departida adecuado en las laboresde diagnóstico (figura 27).

Norton para Windows 98y MileniumEn la Utilities de Norton para

Windows 98 —que también estántraducidas al español— se hansuprimido diversos programas queestaban presentes en la versión8.0 para DOS, pero añadiendootras que se adaptan mejor alambiente gráfico de Windows 98.En la figura 28 podemos ver el lis-tado que aparece después deuna instalación convencional delprograma. Veamos brevementela aplicación de cada una.

• Asistente Space - Por mediode este utilitario es posible elimi-nar archivos inútiles en el sistema,

con el objeto de recuperar lamayor cantidad posible de es-pacio en disco duro. Este pro-grama revisa la papelera enbusca de archivos muy viejos,rastrea el disco buscando ar-chivos repetidos, etc., pero an-tes de eliminar cualquier infor-mación solicita la autorizacióndel usuario para evitar borrardatos importantes.

• Asistente UnErase - Esta esla adaptación para Windows98 del famoso programa des-

borrador de archivos de Norton.La ventaja de este utilitario esque no sólo puede recuperar da-tos previamente borrados y queaún estén guardados en la pape-lera, sino que puede rastrear eldisco duro para recuperar archi-vos que incluso ya se hayan elimi-nado de la propia papelera, loque da más versatilidad al pro-grama.

• Disk Editor - Versión para es-te sistema operativo el Disk Editde los utilitarios de Norton paraDOS. Al igual que su contraparteen DOS, es capaz de leer sectorpor sector de un disco, recupe-rando datos incluso de zonas queel sistema operativo ya no reco-noce.

• Información del sistema -Equivalente al SYSINFO de la ver-sión 8.0, sólo que aprovecha lasventajas del ambiente gráficoWindows 98. Presenta una serie de

carpetas donde es posible con-sultar datos generales sobre elsistema (CPU, memoria, discos,puertos y otros), así como infor-mación específica sobre video,impresoras, memoria, discos,dispositivos de entrada, multi-media, Internet y redes.

Recordamos que, si deseamás información para apren-der a reparar computadoras,puede consultar la obra: “TodoSobre Computadoras”, de estaeditorial. **********************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la colabora-ción de docentes y escritores destacados en el ámbito de la electrónicainternacional. Los temas de este capítulo fueron extraídos de la revistaElectrónica y Servicio, del Centro Japonés de Información.


Fig. 27

Fig. 28

SSAABBEERR


Composición de un Sistemade Recepción de TV SatelitalComposición de un Sistemade Recepción de TV SatelitalComposición de un Sistemade Recepción de TV Satelital


COMUNICACIONES VÍA

SATÉLITE

Introducción .......................355

Los radioenlaces................356

La solución satelital ...........356

Zona de cobertura ............357

Recepción de imágenes

desde una PC ....................358

Cómo hacer la captura ...359

Equipo necesario para

la captura...........................359

COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA DE

RECEPCIÓN DE TV SATELITAL

Reflector parabólico .........364

Palanca posicionadora ....364

LNB.......................................364

Alimentación del sistema .364

Los diferentes cables.........364

Reflector..............................365

Desencriptador ..................365

Las antenas para

recepción ...........................366

Unidad exterior...................368

Conversosr de bajo ruido .368





INTRODUCCIÓN

Nos imaginamos que ya debesaber que el espacio exterior anuestro planeta es la frontera finaldel hombre. También, segura-mente, alguna vez haya visto pe-lículas o fotos de cohetes, astro-nautas o satélites. Sin ir más lejoses enorme la cantidad de publi-caciones que existen sobre esteamplio tema, claro está, sin con-tar con lo que es conocido con elnombre de "ciencia ficción", quesi bien entra en el mundo de lafantasía, dentro de pocos años yano será meramente imaginaciónde un puñado de escritores.

El prólogo a la astronáuticamoderna se genera hace cin-cuenta años y no precisamenteen un hecho agradable. En efec-to, la II Guerra Mundial fue la quedio origen a la capacidad delhombre de poder fabricar cohe-tes que pudiesen llevar en su inte-rior artefactos espaciales. En eseoscuro principio (como tambiénhoy) está claro que lo que lleva-ban eran explosivos, pero afortu-nadamente la evolución hastanuestros días haceque existan unaenorme cantidad deaplicaciones aleja-das de estas prime-ras. Inclusive ya exis-ten naves espacialescapaces de poderdespegar de la su-perficie de la Tierra,llegar al espacio,realizar una tarea yluego retornar a supunto de origen (re-cuerde la estaciónespacial que es fre-cuentada por navesque salen de la tierraperiódicamente).

Son muchas lasaplicaciones de lasciencias espaciales,y progresivamente

las iremos explicando. Tal como lemencionamos, la utilización prác-tica en gran escala de cohetesparte de un hecho lamentable,pero en realidad desde principiosde la década del '20 ya existíanexperimentadores en varios paí-ses del mundo. En esos años elprofesor R. Goddard ya trabajabasobre cohetes cuyo combustibleera de tipo líquido. Quisiéramosaclararle que la posibilidad deelevar una carga mediante uncohete se conoce desde hace si-glos (los chinos ya lo hicieron ha-ce muchísimos años), pero elcombustible (o propelente) a utili-zar siempre era de tipo sólido.Mientras Goddard trabajaba (enlos Estados Unidos), otros científi-cos e investigadores hacían lo

propio en sus respectivos países.Tal es el caso de W. von Braun enAlemania y de Konstantin Tsiol-kovsky en Rusia.

Sesenta años después, la evo-lución ha sido extraordinaria. Elprincipio básico de funcionamien-to de un cohete portador de unacarga determinada es muy sim-ple: el de ACCION y REACCION(figura 1). Por la figura se darácuenta que la carga útil es míni-ma en comparación con el pesoy las dimensiones del vehículo quela lleva. En efecto, debido a lagravedad de la Tierra, es enormela potencia que debe generarsepara poder vencerla y así salir ha-cia el espacio.

El primer satélite artificial de laTierra fue ruso. El ya famoso SPUT-

NIK lanzado en1957. A partir de eseaño se desató unaverdadera carreraentre las potenciasmundiales para lo-grar la primacía enesta materia, lle-gándose así a nues-tros días en los queno son solamentelos países más avan-zados los que pue-den fabricar estosaparatos espaciales(y sus portadores) si-no también otros derecursos muchosmenores. Tal es elcaso de la India,Brasil y por supuestotambién la Repúbli-ca Argentina.

Capítulo 23

355

Capítulo 23

Comunicaciones Vía Satélite

Fig. 2

Fig. 1

LOS RADIOENLACES

Supongamos que queremosestablecer una comunicación en-tre dos ciudades separadas entresí por una determinada distancia(figura 2). Podríamos hacerlo através de la colocación de un ca-ble o por medio de lo que se lla-ma un radio-enlace. Un ejemplode la colocación de un cable loconfigura en nuestro país el cableque vincula la ciudad de Rosarioy nuestra capital. En efecto, es uncable denominado CABLE COA-XIL. En un radioenlace la voz hu-mana se transforma en una señaleléctrica, luego esa señal eléctri-ca es transmitida a través del étercomo una onda electromagnéti-ca. Esa onda se genera (por me-dio de equipamientos especiales)en la ciudad "A" y se recibe en laciudad "B". Ya habrá podido ob-servar en números anteriores queexisten diferentes gamas de fre-cuencias para poder realizar estatarea, y también diferentes tiposde servicios (telefonía, télex, tele-visión, etc.).

Existe en particular una gamaespecial de frecuencias para po-der "transportar" muchas comuni-caciones simultáneas desde unade las ciudades a la otra… pero loque sucede es que el alcance seve bastante limitado: aproxima-damente unos setenta a cien kiló-metros (dependiendo de variascosas que ya le explicaremos). Es-to sucede porque el comporta-miento de las ondas electro-mag-néticas es muy parecido al de laluz. Es fácil darse cuenta que pormás potente que sea una lámpa-ra puesta en la ciudad "A" siempretendrá un alcance determinado(suponiendo que no hay obstácu-los en el medio de su recorrido).

¿Qué solución le podemos dara este problema?

La solución es colocarle un dis-

positivo que tome las señales dé-biles, las refuerce y luego las vuel-va a emitir. Esto se llama REPETI-DORA (figura 3). Así se puede cu-brir una distancia enorme… y endefinitiva es lo que se usa en mu-chos países del mundo.

Lo que nos podemos pregun-tar es:

¿Cuántos kilómetros de ra-dioenlaces necesitamos para po-der cubrir un país como por ejem-plo Holanda?

Bien, es un país de poca exten-sión territorial… así es que nos po-demos responder que tal vez nomuchos radioenlaces (con sus co-rrespondientes repetidoras). Ima-gínese que difícilmente tengamosque recorrer quinientos kilómetrosdesde una frontera a la otra. Aho-ra bien, tratemos de imaginarnoscuántas repetidoras debemos co-locar para poder comunicar LaQuiaca (en el norte de nuestropaís) con la ciudad de Usuhaia (laciudad más austral del mundo).Considerando que existen casitres mil kilómetros entre una y otrapodemos hacer la cuenta:

3000 / 70 = 42,8

O sea prácticamente cuaren-ta y tres veces deberemos repetirla señal para poder estableceruna comunicación por ejemplode tipo telefónica. Es claro que enlínea recta y suponiendo que noexisten obstáculos naturales in-franqueables en el medio (no po-dríamos colocar repetidoras paracomunicar el Sector Antártico Ar-gentino, de resultas que el estre-cho de Drake tiene mucho másde la distancia que le hemos se-ñalado como máxima para po-der colocarla).

Aun así, como le contamos, to-dos los países del mundo hacenuso de radioenlaces para vincularsus ciudades entre sí, y es claro

que el nuestro no es la excepción.

LA SOLUCIÓN SATELITAL

¿Qué podría pasar si coloca-mos el REPETIDOR del que hemoshablado en órbita alrededor de laTierra? Todos sabemos que la Tie-rra no solamente se traslada a lolargo de su órbita sino tambiénque gira alrededor de su eje. Laórbita de la Tierra es una elipse (elSol uno de sus focos) y pasa por elmismo punto una vez cada año.Al mismo tiempo gira sobre sí mis-ma una vez cada día. Como he-mos dicho que los haces radioe-léctricos se comportan como laluz nos podemos dar cuenta deque su trayectoria es recta. Si co-locamos el repetidor en órbita al-rededor de la Tierra deberá girara la misma velocidad angular queésta, de lo contrario la Tierra gira-ría con una velocidad diferenteque la del repetidor (o viceversa).Sería muy complicado poder co-municarse. Un observador terres-tre vería que el repetidor no que-da fijo en un punto del firmamen-to sino que "pasa de largo" hastadesaparecer en el horizonte.

Nos ahorramos muchos pro-blemas si logramos colocar el re-petidor en tal forma QUE GIRE ALA MISMA VELOCIDAD QUE LA TIE-RRA. Y de eso se trata, justamenteun satélite de comunicaciones: esun mero repetidor de ondas (se-ñales) electro-magnéticas. Desdeuna estación terrestre se transmi-ten señales, el satélite las capta,las refuerza y las vuelve a emitirnuevamente hacia Tierra.

En 1945 un científico llamadoArthur C. Clarke se dio cuenta deque se podría cubrir toda la super-ficie de la Tierra con solamentetres repetidores colocados a unacierta distancia de la superficie (fi-gura 4). Es decir que los repetido-


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Fig. 3

res (satélites) "ven" desde esa po-sición una parte del casquete te-rrestre. Colocando solamente trespodríamos cubrir TODA LA SUPER-FICIE DEL PLANETA. Los primerossatélites artificiales no giraban enconcordancia con la Tierra (tal esel caso del primero que le men-cionamos: el SPUTNIK ruso de1957).

Tampoco (en este caso) eran"repetidores" de ningún tipo sinoque, como eran los primeros pa-sos, sencillamente irradiaban unasola señal suficiente como parasaber en tierra que estaban ahí,es decir en el espacio. Tal como lehemos mencionado la evoluciónde estas tecnologías ha sido enor-me.

Hoy en día los satélites artificia-les de la Tierra son muchísimos, ypueden reirradiar a la vez miles decanales telefónicos, varios de te-levisión y hasta avisar a los contro-les centrales cuáles son las partespropias que funcionan bien ycuáles no lo hacen.

Se dará cuenta de que colo-car en órbita un satélite no es ba-rato.

Más todavía en los primerosaños de utilización de estas tec-nologías. Por eso, cuando se colo-caron los primeros artefactos, lospaíses se unieron par formar con-sorcios que pudieran operar y ex-plotar sistemas satelitales de tele-comunicaciones.

Así nació la primera asocia-ción de naciones que se llama IN-TELSAT (por INternational TELeco-munication SATellite). Es una aso-ciación de países (del cual la Ar-gentina es miembro) y que fabri-ca sus satélites, los coloca en órbi-ta y luego los explota, es decirque vende sus servicios a susmiembros.

ZONA DE COBERTURA

La COBERTURA DE UN SISTEMASATELITAL es la zona geográfica enla cual el sistema es posible de serusado. Ya le hemos explicado quelas ondas electromagnéticas sepropagan en línea recta, y que elsatélite repite exactamente loque le es enviado desde tierra.Una buena pregunta es ¿cómodevuelve lo que le llega? Ya sabe-mos que refuerza las señales (poreso es un repetidor), pero nosqueda saber cómo (en qué for-ma) realiza esa devolución. Puesbien, lo hace de acuerdo a unaforma ya pre-establecida, es de-cir que al diseñar y construir un sa-télite ya está pensada cuál será elárea geográfica que cubrirá. Essolamente esa área en la que elsatélite sirve para su uso.

En la figura 5 le explicamosgráficamente este concepto deAREA DE COBERTURA.

Queremos insistir en el hechode que el repetidor (que desdeahora en adelante llamaremosSATELITE) gira en plena concor-dancia con la Tierra. Por esa razónse los llama satélites GEOSINCRO-NICOS, el prefijo GEO por la Tierray SINCRONICO porque, como le

explicamos, el movimiento relati-vo se realiza al unísono. Recono-cemos que es un poco difícil en-tender cómo es eso de poner unsatélite artificial de la Tierra a giraren el medio del espacio en con-cordancia con ella. La respuestaes simple: desde una distanciadeterminada el satélite puede"bañar" con sus señales todo unterritorio determinado (su COBER-TURA), y es precisamente desdecualquier punto de su coberturaque podremos comunicarnos concualquier otro. En la figura 5 lemostramos gráficamente esta ex-plicación que le damos. Apartequeremos hacerle notar que paraque el satélite y la Tierra giren conla misma velocidad la distancia aque debe estar el primero es de36.000 km (contados desde la su-perficie). Esa órbita tan particularse denomina ORBITA GEOSINCRO-NICA, aunque a veces se llamaCINTURON DE CLARKE (en honoral científico que le contáramosmás arriba).

En cuanto al concepto deAREA DE COBERTURA en la figura6 le mostramos diferentes formasde poder cubrir la República Ar-gentina. Esto se consigue median-te las llamadas “imágenes sateli-tales”, de las cuales nos ocupare-mos luego.

Estos perfiles son la forma enque la radiación del satélite llegaa la Tierra. Como le dijéramos an-teriormente, el comportamientode las ondas electromagnéticas(o sencillamente ondas a secas)es enormemente parecido al dela luz, y es por eso que en realidadocurre que hay zonas en que la in-tensidad del haz que proviene delsatélite es mayor (en el centro),

Capítulo 23

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Fig. 4

Fig. 5

mientras que en otras es menor(en los borde). Por eso se repre-sentan varios "perfiles" concéntri-cos.

Vea en la figura 7 una imagenenviada por un satélite del conti-nente europeo, parte del africanoy parte del asiático, obtenida el23 de julio de 1999 a las 11:30 hs.(momentos en los cuales estabadándole la última revisión a estanota); se trata de una imagenreal, tal como es enviada via saté-lite, tomada por la cámara de unequipo meteorológico.

RECEPCIÓN DE IMÁGENES

DESDE UNA PC

Con un receptor de VHF, unaantena de 2 metros y una PC sepueden rescatar señales de saté-lites climáticos en órbita y desple-gar las imágenes en la pantalla(tal como la que mostré en la figu-ra 7). Es tan sencillo recibir las imá-genes de los satélites que operanen frecuencias de VHF como es-cuchar una emisora local.

El 1º de abril de 1960, la NOAA(Administración Nacional Oceáni-ca y Atmosférica) lanzó el primersatelite climático polar, el TIROS-1.Tres años después de este históri-co lanzamiento, el 21 de diciem-bre de 1963, el lanzamiento del TI-ROS VIII posibilitó que las imáge-nes fueran recogidas por satélitesdirectamente disponibles paracientos de estaciones de tierra.Muchas de estas estaciones erande operadores radioaficionados.

Generalmente, un buen radioafi-cionado posee su equipo de co-municaciones de VHF y el conoci-miento técnico para rastrear y sin-tonizar las imágenes climáticas.

En los '70, Magazine 73 publicóel Manual de Satélites Climáticospor Ralph Taggart, WB8DQT, unabiblia para los aficionados a estossatélites.

Por supuesto, algunos de losdispositivos de hardware que pre-senta esta edición ya están de-sactualizados pero el libro siguesiendo imprescindible por la exce-

lente información satelital quecontiene.

El cambio más importante delos últimos años es la influencia delas PCs.

Generalmente, los radioaficio-nados construimos constante-mente equipos demoduladoresde datos de todo tipo, incluidosdemoduladores para señales sa-telitales. Por ejemplo, hace 15años era común convertir unamáquina de fax (recuerdo haberdestruido dos equipos que en esaépoca eran costosísimos) o un re-ceptor de TV en dispositivos depantalla para mostrar la imagencaptada.

Con los monitores de PCs ca-paces de desplegar excelentesimágenes a un costo razonable,los radioaficionados abandona-ron su búsqueda. Los demodula-dores de hardware también sonmuy económicos. Muchas com-pañías ofrecen plaquetas plug-inque hacen todo el trabajo.

Sin embargo, y con ánimos de“no caer” en una publicidad en-cubierta, no daré nombres deplacas de catura para comunica-ciones, dado que el “dar marcas”me ha traído varios dolores de ca-beza, especialmente por parte de


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Fig. 6

Fig. 7

aquellos que creen que reco-miendo un producto cuando enrealidad lo menciono por ser conel cual estoy trabajando. De to-dos modos, las casas de compu-tación tienen una oferta muy va-riada y con un hardware muy sen-cillo de apenas $70 es posiblecaptar imágenes en la banda deVHF.

Ahora bien, para saber qué esposible “recoger de los cielos”, di-gamos que diariamente, muchossatélites orbitan sobre la tierra to-mando fotografías continuas delplaneta en una órbita que secompleta cada cien minutos. Lainformación de la imagen esca-neada desde el terreno es trasmi-tida hacia la tierra. Esta informa-ción se puede recibir con cual-quier equipo de radio que captela señal. No requiere una sintoni-zación o rastreos de antena com-plejos.

Para que tenga una idea, losorbitadores polares de la NOAAusan un transmisor de 5W parauna señal de FM en las frecuen-cias 137,5MHz o 137,62MHz, y orbi-tan a una altitud de unos 650 km(no tengo la seguridad, pero sí lainformación de que esta poten-cia ha aumentado en la actuali-dad).

Los rusos también tienen unaserie de satélites climáticos en lamisma banda de frecuencia de137MHz que usa la NOAA, y sonaun más fáciles de captar ya queusan un transmisor VHF de unos10Wpara su señal.

La señal puede ser captadacon una antena anfibia pero seobtienen mejores resultados con

una buena antena de VHF omni-direccional. No se necesita unaantena de 137MHz, cualquier om-nidireccional de 2 metros operaráperfectamente ya que la transmi-sión no nos interesa, y por lo tanto,tampoco el VSWR.

Saber cuándo hay que escu-char es la clave para la capturade imágenes satelitales. A co-mienzos de los '80, para determi-nar si un satélite estaba pasando,tenía que dejar el equipo de co-municaciones encendido en eje-cución y con un volumen relativa-mente alto. Cuando pasaba unsatélite, la radio marcaba los2400Hz con un beep que sonababastante alto (leyendo otras pu-blicaciones pude comprobar queha muchos nos ha sucedido lomismo). La tecnología ha supera-do este problema, hay disponiblesmuchísimos programas de rastreoque se despliegan gráficamenteen la pantalla cuando los satélitesclimáticos son localizados encualquier punto de tiempo, y, loque es aun más importante,anuncian cuándo pasará el si-guiente sobre su QTH. Algunos deestos programas están disponiblescomo shareware y otros se co-mercializan.

Damos una tabla de los satéli-tes climáticos de Rusia y EE.UU.que operaban en el momento demis primeras investigaciones y mu-chos de los cuales se encuentranaún en servicio:

Orbitadores POLAR

NOAA-9: 137,62MHzNOAA-10: 137,50MHz

NOAA-11: 137,62MHzNOAA-12: 137,50MHzMETEOR 2-20: 137,85MHzMETEOR 3-3: 137,40MHzMETEOR 3-4: 137,30MHz

Cómo Hacer la Captura

Una vez que sepa cuándo de-be escuchar, aguarde un sonidodébil del beep familiar en la está-tica cuando el satélite se elevepor encima del horizonte. Cuan-do la señal se intensifique lo sufi-ciente hasta estar libre de ruidos,inicie el programa de captura deimágenes y espere frente a lapantalla. En la misma irá apare-ciendo línea por línea la informa-ción del satélite. Cada línea re-presenta 2.800 km de ancho deEste a Oeste. Si es invierno, podráver nieve en el piso de la imagen,o posiblemente escarcha en losríos y lagos.

La recepción en verano mos-trará el desarrollo de tormentas, odiferencias en la vegetación deacuerdo al desarrollo de las cose-chas. Realmente quedo fascina-do con las imágenes que apare-cen en la pantalla de mi PC, co-mo por ejemplo las imágenes dela figura 7 o la de la figura 8.

EQUIPO NECESARIO PARA LA CAPTURA

Muchas "radios-scanner" po-pulares están disponibles en casasespecializadas (especialmentede comunicaciones). Estos equi-pos cubren la banda satelital de136 a 137MHz. Si usa un receptor-scanner, común para captar se-ñales satelitales, la recepción noserá óptima como consecuenciadel bajo ancho de banda del ca-nal de FI del equipo. El ancho debanda de FI (frecuencia interme-dia) ideal que necesita su recep-tor debe ser de aproximadamen-te 40kHz. Un ancho de banda am-plio implicará una señal demasia-do débil, y quizás produzca mu-cho ruido de retorno a tierra paracaptar bien la imagen. Si el anchode banda es muy reducido, lasáreas blancas de la imagen sepueden tornar grises o ruidosas.

También se puede usar un re-

Capítulo 23

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Fig. 8

ceptor de VHF/UHF de alta cali-dad que operan muy bien, e in-cluso corrigen el efecto dopplercuando el satélite se acerca y re-trae. Marcas y modelos hay mu-chos, y cualquiera sirve para pro-pósitos de investigación.

Ahora bien, para hacer andarel equipo, la señal de audio des-de la toma del auricular de suscanner debe dirigirse a una pla-queta facsímil (modem/fax) desatélite climático en su PC. El soft-ware que viene con la plaquetahace el resto del trabajo. Para ob-tener mejores resultados necesita-rá un monitor VGA o SuperVGAen su PC.

Plaquetas de captura hay mu-chas y cada día aparecen nue-vos modelos con mejores presta-ciones (que incluyen controles re-moto). A los fines prácticos, doy acontinuación una serie de pla-quetas que poseen ya unos añosy por ello se las puede conseguir aun costo bastante reducido, aun-que algunos modelos pueden su-perar las $500 o más (recomiendolas primeras cuyo costo puede serinferior a los $150, figura 9).

* PCbant* Vectra Fax* Multifax* OFS WeatherFAX * Timestep ProSat* Satellite Data Systems* Quorum Communications,

Inc.

No voy a explicar el mecanis-mo de puesta en marcha de laplaqueta, dado que éste depen-de del modelo que va a colocar.Le comento que normalmente yodejo esta tarea al técnico de lacasa vendedora del hardware, esdecir, cuando compro equipo, lohago instalado y solicito que meexpliquen cómo funciona, luego

yo le "saco el jugo "pero sin perdertiempo en aprender el manual deinstalación (quizá sea un métodopoco digno para un ingeniero pe-ro prefiero utilizar el tiempo paratareas que me son más agrada-bles).

Cuando comience a recibirimágenes satelitales en su compu-tadora va a estar unas cuantashoras encima de ésta, recuerde loque le digo. La imagen cambiatodo el tiempo con la sucesión delas estaciones. Estará ansioso porrecibir la próxima tormenta o re-conocer la formación de frentesde calor o frío. Siempre encontra-rá motivos de asombro en la cap-tación de imágenes satelitales (fi-guras 7 y 8).

La calibración de temperaturade la imagen infrarroja le permiti-rá medir temperaturas de agua. Elrefuerzo de color, de acuerdo alas diferencias de temperatura enla pantalla, le revelarán dónde es-tá la mejor pesca, si cerca de Mardel Plata o en la Península de Val-dés.

Ahora bien, note que segura-mente Ud. estaba esperando verTV Satelital y hasta ahora sólo lehe explicado cómo ver imágenesde satélites metereológicos pe-ro... tiempo al tiempo, primero esnecesario que experimente contécnicas de seguros resultados enun corto tiempo, esto hará que nose desanimen, luego, con más ex-periencia, será hora de que co-mience a "rastrear" un satélite pa-ra ver una señal de televisión y,por qué no, emisiones encripta-das o codificadas.

Tal como le anticipáramos enel número anterior de SABER ELEC-TRONICA en esta serie de capítu-los le describiremos cómo poderrealizar su propia antena parabó-lica para la recepción de señalessatelitarias de televisión. Los satéli-

tes geo-sincrónicos de telecomu-nicaciones son capaces de poderenviar no solamente la televisiónsino también otros, tal como vi-mos anteriormente. Como podrádarse cuenta existen algunos ser-vicios en los que la programaciónse genera en un lado determina-do y luego (mediante el satélite)se envían a una gran masa deoyentes. Ellos no pueden realizarel camino inverso, es decir volvera utilizarlo para re-enviar sus pro-pios mensajes.

Este es el caso de lo que se lla-ma radio-difusión.

Por el contrario en un serviciode tipo telefónico tanto un extre-mo como el otro deben poder re-cibir y emitir señales (para escu-char y poder hablar indistinta-mente). Es así como encontramosdos formas escenciales de servi-cios satelitales: los unidirecciona-les y los bi-direccionales. Los pri-meros son aquéllos en los que lainformación útil (una señal de te-levisión, por ejemplo) se generaen un lugar determinado y sola-mente se transmite (siendo recibi-da por miles de receptores a lavez). Los últimos son los que permi-ten un flujo de información en dossentidos.

Es claro que para los serviciosunidireccionales la televisión es elcaso más típico, aunque tambiénexisten otros. En efecto, la radio esotra de las formas de este servicio.Aún más, cierto tipo de transmi-sión de datos admite ser catalo-gado en esta división. Lo cierto esque en un servicio unidireccional,lo que permite tomar las señalesno es nada más que un receptorde TV (en este caso satelitales)pero que tiene ciertas característi-cas diferentes respecto de los queestamos acostumbrados a ver ennuestra vida cotidiana.

Como un satélite de comuni-caciones orbita la Tierra y giraconjuntamente con ésta a la mis-ma velocidad, es posible quepueda "ver" una cierta parte de lasuperficie terrestre. Todo lo nece-sario para poder captar sus seña-les es lograr "atraparlas" en algúndispositivo creado para tal fin. Sedará cuenta de que esto no esmás que una antena. Lo que ocu-rre es que estas antenas son bas-


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Fig. 9

tante particulares (también se lasllama platos o dishers, tal como seobserva en la figura 10). En efec-to: debido a que las frecuenciasde operación son elevadas, elcomportamiento que tienen loshaces hertzianos (o haces radio-eléctricos) es muy similar al de laluz. Se propagan en línea recta yal cabo de una distancia determi-nada se atenuan por debajo delo utilizable en forma práctica.

La manera más sencilla de en-tender este problema es compa-rar la explicación que le brinda-mos con el foco de luz de un au-tomóvil. Se habrá dado cuentade que la lamparita está ubicadaen un punto particular y que loque en realidad refleja la luz es unespejo con forma de parábolaque está atrás.

En las comunicaciones sateli-tarias lo que ocurre algo similar. Seutilizan grandes reflectores (encomparación al tamaño del queposeen los automóviles) para po-der concentrar en un punto la ra-diación proveniente del espacioexterior a nuestro planeta (que esdonde se encuentran los satéli-tes).

Es así como operan todas lasestaciones terrenas: el primer ele-mento es siempre una antena,tanto sea para recibir o transmitirseñales.

En definitiva no hay diferenciaa lo que se pueda encontrar encualquier equipo de comunica-ciones radio-eléctricas. Podemosdecir que una antena es en defi-nitiva el vínculo que existe entre eléter y la electrónica de procesa-miento de una señal cualquiera,

de manera de poder hacer efec-tiva la más óptima y potentetransferencia de energía (radio-eléctrica) entre un medio y otro.

Los reflectores parabólicosconcentran la energía en un pun-to determinado que se denominafoco. Le explicaremos más ade-lante que en realidad el foco deuna antena parabólica no es úni-co, sino que existen otros de me-nor poder concentrador (llama-dos secundarios), pero a los efec-tos de nuestras notas prácticasconsideraremos que hay sola-mente uno (figura 11).

También es importante resaltarque tanto sea para transmitir co-mo para recibir, todas las señalespasan por el foco, y que una an-tena que sirva para recibir tieneun comportamiento bastanteanálogo para transmitir (aunqueno exactamente igual).

Existe un parámetro muy im-portante para poder "clasificar" alas antenas parabólicas (como acualquier antena) que es la ga-nancia. La ganancia de una an-tena es la medida de lo útil quees; es decir, cuánto se incrementala señal por el hecho de utilizaruna antena en particular respec-to de su intensidad en el espaciolibre. Como en el espacio libre noes posible poder utilizar la señalen forma práctica sin captarlapreviamente, es claro que este

valor debe ser conocido. Existeuna fórmula sencilla que nos da laganancia de una antena parabó-lica:

G = 60,8 . F2 . D2

donde: F es la frecuencia de ope-

raciónD es el diámetro de la an-

tena60,8 es una constante

que proviene de expresar F en mi-les de megaciclos (o sea giga-ci-clos, GHz) y D en metros.

La fórmula nos está diciendoque la ganancia aumenta cuan-do la frecuencia aumenta y quelo mismo ocurre cuando aumentael diámetro. Para la misma fre-cuencia de operación no es lomismo la ganancia que tiene laestación terrenal de Balcarce (deTeleintar) que las que se puedenusar hoy en día para poder ver te-levisión por satélite. La primera tie-ne un diámetro de 30 metros y supeso está en el orden de las tone-ladas; mientras que para el se-gundo caso bastan, en la actuali-dad, apenas algo así como dedos a tres metros (dependientedel tipo de satélite) y ahora hastasólo 45 cm para ver televisión sa-telital desde un proveedor (DI-RECTV es el caso típico en nuestro

Capítulo 23

361

Fig. 10

Fig. 11

país). En realidad, si nos tomamosel trabajo de dibujar una parábo-la y luego imaginar que esa curvapueda girar en torno a su eje, nosvamos a encontrar con el dibujode una antena parabólica. Loque sucede es que en el mundode la matemática eso se llamaparaboloide de revolución.

Le explicaremos cómo deberealizarse en forma práctica unparaboloide de revolución. Paraesto partiremos de confeccionaruna tabla con valores de una cur-va parabólica. Luego en base aesto construiremos un molde, y so-bre éste colocaremos hojas dealuminio (que serán la superficiereflectora), al que le adosaremoslos montajes necesarios para po-der seguir una trayectoria deter-minada (la de los satélites geo-es-tacionarios), de forma tal quepueda captar no solamente auno de éstos sino a todos los queiluminan el territorio de nuestropaís (ya verá que son bastantes).

En la figura 12 le mostramos eldibujo de una parábola (repre-sentación matemática de unaparábola). Esta parábola estácentrada en un par de ejes orto-gonales (es decir perpendicula-res). Estos ejes también se cono-cen como ejes cartesianos. En lafórmula que le damos para cadavalor de "X" , obtendrá un valor de"Y".

Para poder continuar connuestra explicación quisiera volveral tema de las frecuencias deoperación de los sistemas satelita-les, ya que este punto es funda-mental. Normalmente estas fre-cuencias son elevadas, es decir,que están en el orden de los milesde megaciclos.

Para no usar cifras tan gran-des, utilizaremos el giga-ciclo quese abrevia GHz, y equivale a milmegaciclos. Así tenemos que exis-ten determinadas bandas deoperación para transmitir y pararecibir. Existe una banda en parti-cular que se llama BANDA "C" yqueda definida de la siguienteforma:

Para transmitir de 5.900MHz a6.400MHz (o bien 5,9GHz a 6,4GHz)

Para recibir de 3.700MHz a4.200MHz (o bien 3,7GHz a 4,2GHz)

Es importantedestacar quetanto en un senti-do como en otroel ancho de ban-da total es de500MHz. Mencio-nábamos que lafrecuencia deoperación es undato fundamen-tal ya que la pre-cisión mecánicade la antena de-be estar en con-cordancia con lalongitud de onda, y es precisa-mente ésta la que está emparen-tada con la frecuencia de opera-ción. En general debemos decirque se toma como una medidade la calidad constructiva de laantena el hecho que las toleran-cias mecánicas estén en el ordende un cuarto de la longitud de on-da.

Ahora bien, la fórmula que nosdice cuál es la longitud de ondaes:

300λ = ---------

F

donde F es la frecuencia ex-presada en MHz. El resultado daen metros.

Para el caso que nos ocupa:

300λ = ----------

3.700

en el caso del principio de labanda

300λ = ---------

4.200

en el caso del final de la ban-da

Si hacemos las cuentas res-pectivas veremos que para el pri-mer caso da 0,081 m y para el se-gundo 0,071 m (cuando la fre-cuencia es más alta, la longitudde onda disminuye). Si dividimospor cuatro el mínimo valor, tendre-mos 0,017 m, o sea 1,7 cm. Alconstruir el reflector parabólico no

podemos equivocarnos en lasmedidas que tomemos más queeste valor. De lo contrario la ante-na no funcionará como tal. En vezde concentrar la energía en el fo-co (en un solo punto) lo hará envarios diferentes de menor intensi-dad, desperdiciando así la poten-cia captada proveniente del sa-télite que queramos tomar.

Es necesario también mencio-nar que la Banda "C" no es la úni-ca que se utiliza para comunica-ciones satelitales. Existen otrasmás elevadas. Podemos mencio-nar la Banda "Ku" (tal es su nom-bre) que ocupa los valores de11.000 a 14.000MHz (o bien 11 a14GHz) y otras nuevas ya que losservicios satelitales se han expan-dido enormemente a lo largo detodo el mundo congestionándosecada vez más. Es claro que los500MHz de la Banda "C" no danabasto para la cantidad de saté-lites que sirven áreas de cobertu-ras similares (como es el caso enEuropa, por ejemplo) y de ahí quese ha tenido que recurrir a fre-cuencias más elevadas.

Por ejemplo ya se está constru-yendo en el viejo continente lapróxima generación de satélitesde telecomunicaciones nadamenos que en la Banda "Ka" o seade 20 a 30GHz. Esto significa quelas tolerancias para la construc-ción de las estaciones terrenas decada uno de estos sistemas es ca-da vez menor... y por ende máscaros los procesos de fabricación.Lo que sucede es que son tantaslas aplicaciones y tantos los usua-rios que a la larga esos preciosvan bajando hasta hacerse ac-cesibles.


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Fig. 12

Volviendo a nuestra explica-ción sobre el reflector parabólico,quisiera reparar en el detalle de supropio nombre: reflector. Es justa-mente eso lo que hace. Refleja lasseñales y las concentra en unpunto llamado foco. Es precisa-mente en ese punto en dondehay que colocar lo que conformala verdadera antena satelital,acompañada de la electrónicaque amplificará la señal hasta ni-veles en que pueda convertirseen una imagen (previo procesode sus características básicas).

Para no confundirnos, pode-mos tomar la convención de de-cir que la antena satelital quedaformada por el reflector parabóli-co y la electrónica del foco deantena. Son dos partes bien di-frenciadas. En la figura 13 mostra-mos gráficamente lo que explica-mos.

Es necesario también explicarque la indicación de la gananciade una antena normalmente seexpresa en decibeles.

El decibel es una relación dedos parámetros, en realidad es ellogaritmo de esa relación (o co-ciente).

Así tenemos otra fórmula parala ganancia de una antena para-bólica (un poco más exacta quela anterior) y que es:

10 log 4 (A) x EGANANCIA = ----------------------

λ2

A es la apertura de la antena(el área que ocupa vista de fren-te)

λ es la longitud de ondaE es la eficiencia de construc-

ción, que normalmente se tomadel 50%.

Si las distanciasque se tomen para laconstrucción del re-flector no están bienmedidas (respetandoel cuarto de longitudde onda), si las medi-das no se verifican co-rrectamente la efi-ciencia de la antenano será del 50% pa-sando a ser menos...por consiguiente laganancia también se-rá menor.

Para finalizar, ofre-cemos en la tabla 1 un ejemplode cálculo de ganancia de un re-flector parabólico. Por supuestoque hay algunos datos de partidaque hemos supuesto (para poderasí poner de manifiesto una situa-ción que Ud. mismo encontraráen la práctica: algunos datos de-berá buscarlos en varios lugares

diferentes, como ser tipos de saté-lites, frecuencias de operaciónparticulares, etc.). Es lógico quecon estos datos ya está en condi-ciones de experimentar su propiaantena pero espere algunas en-tregas, dado que en próximos ca-pítulo le indicaremos detalles paraconstruir el reflector.

Capítulo 23

363

Fig. 13

Tabla 1 - Cálculo de la ganancia de una antena parabólica

TOMAMOS UN DIAMETRO DE 3,60 metrosLa APERTURA es el área vista de frente, luego:

APERTURA = p . R2 = 3,14 . (1,80)2 = 10,23 m2

LUEGO:

10 log 4 x 10,23 x 0,55GANANCIA = ------------------------------------

(0,71)2

GANANCIA = 42,1 dB

Si Ud. desea ver televisión víasatélite en la banda comer-cial, sin necesidad de estar

asociado a un proveedor, necesi-tará un conjunto de tamaño con-siderable, en relación con los pe-

queños platos que hoy se ofre-cen por unos $400 cuando com-pra un TV.

Sin embargo, con los ele-mentos componentes de un sis-tema tradicional, no estará

"atado" a una programaciónpaga y podrá explorar señalesimpensadas.

Un sistema TVRO (TeleVisión desólo Recepción) debe contarcon los siguientes componentes:

Composición de un Sistema deRecepción de TV satelital

1) REFLECTOR PARABÓLICO, PLATO O "DISHER"Es el componente más visible,

un reflector parabólico que pue-de ser de Aluminio Sólido, Alumi-nio Perforado o RED de CABLES.Los tamaños de los platos puedenvariar desde pequeños 1 metro(para la BANDA KU) hasta 4 me-tros (para la BANDA-C Comercial)con un promedio de entre 2,5 m y4 m de diámetro. Este dispositivoenfoca las señales de microondasque provienen desde satélites co-mo el espejo de un telescopioconcentra la luz proveniente degalaxias distantes.

El tipo de montaje de platomás común es el llamado MONTA-JE POLAR. Se designa así porqueestá orientado de modo quecoincidiendo con el eje de la tie-rra, permita que pueda "rastrear"los satélites que están dispersadosen una órbita geoestacionaria deuna banda del cielo llamada"Cinturón de Clarke" en homenajea Arthur C. Clarke, quien anticipóel concepto de satélites para co-municaciones geoestacionariasen 1945.

El reflector se instala en unconducto de 3 pulgadas, el cualestá sumergido en hormigón ar-mado. La mayoría de los monta-jes requiere un conducto de 3,5pulgadas de diámetro exterior y3" de diámetro interno.

2) PALANCA POSICIONADORA (Impulsor)Es un dispositivo que contiene

un motor usado para balancearel plato satelital. Con el balanceo,el plato puede focalizar satélitesindividuales, que pueden distarunos de otros 2 grados de separa-ción. Las palancas impulsoras máscomunes tienen una extensión de18 y 24 pulgadas (cuanto másgrande sea la palanca, más am-plio será el arco que el plato pue-de "captar"). Además, un meca-nismo más costoso llamado impul-sor "horizonte-a-horizonte", siendocapaz de apuntar con mayor pre-cisión (lo cual es importante en labanda Ku y en los satélites cerca-nos entre sí), es capaz también dever un arco entero de satélitesdesde su ubicación.

Muchas conductores de pla-

tos también tienen un segundoimpulsor para controlar el aspectoVERTICAL (elevación) del plato.De este modo les permite rastrearsatélites de órbita inclinada quevarían o se tambalean en el planovertical.

3) LNBEs el pequeño dispositivo que

amplifica las señales muy débilesdesde el plato, y las convierte enseñales con bandas de frecuen-cias más adecuada. LNB significaCONVERTIDOR en BLOQUE de RUI-DO BAJO (LOW NOISE BLOQUE).Los sistemas más viejos teníancomponentes separados: LNA(Amplificador de Ruido Bajo) y unconvertidor invertido que cam-biaba las señales recibidas (3-4GHz) a 70 Mhz.

El bloque estándar usado hoyoscila entre los 950 y 1450MHz.Tanto la banda C como la KU(ambas cuentan con una entra-da a un vasto espectro de fre-cuencias diferentes) salen a unbloque de 950 a 1450MHz. De to-dos modos, en la operación de KUse deben considerar otros facto-res que explicaremos más adelan-te.

También hay un dispositivo lla-mado LNBF, que combina el LNB yel dispositivo de alimentación enuna sola unidad. El LNBF usa unmétodo más simple para ajustarla polaridad. No puede ajustar unmovimiento oblicuo, sólo horizon-tal o vertical. Este dispositivo espráctico sólo para los sistemas debanda C. Si su LNB comienza a fa-llar, deberá reemplazar todo eldispositivo.

El LNBF es especialmente ade-cuado para operaciones dedica-das, como un plato más pequeñousado sólo para un satélite.

Además de tener que montarel sistema de alimentación, es ne-cesario un cable de bajada, unreceptor y un desencriptador, cu-ya explicación veremos en la pró-xima edición.

Cabe aclarar que la recep-ción de imágenes satelitales no estan complicada como parece;hasta con una simple moneda dedos metales, un cable coaxilapropiado y un receptor de UHFes posible captar imágenes de sa-

télites que emiten con señalesfuertes.

4) ALIMENTACIÓN DEL SISTEMAEl dispositivo de alimentación

actúa como un embudo de mi-croondas. Este dispositivo tiene unLNB en el foco del plato, y esusualmente llamado "alimenta-ción". Hay diferentes tipos de ali-mentación.

Alimentación deBanda C Simple: Contiene un LNB para la ban-

da C. Adentro tiene un dispositivollamado POLAROTOR, que permi-te la recepción de los canales po-larizados horizontal y verticalmen-te. En la práctica general, los ca-nales PARES se encuentran en lapolaridad UNO mientras que losIMPARES se hallan en la polaridadopuesta. El esquema de polari-dad real depende del satélite encuestión.

Alimentación deBanda C Dual:Permite el uso de dos amplifi-

cadores LNB para la banda C,una para la polarización horizon-tal y otra para la vertical.

Alimentación de Banda Dual (C y KU):Tiene dos LNBs separados, uno

para la banda C y otro para labanda KU.

5) LOS DIFERENTES CABLESHay una cantidad de cables

conectados desde el plato al re-ceptor. Estos son los cables paralos LNBs C y/o KU, la alimentaciónal LNB (usualmente enviada sobreel mismo CABLE COAXIAL), la ten-sión de alimentación para la pa-lanca posicionadora, las señalesde retorno para la lectura de po-sición, y la señal de control para elpolarotor.

Se usan dos cables para la ali-mentación de la palanca impul-sora y dos cables para la lecturade dicha posición

El cable de lectura de posicióndesde el impulsor al controladordel impulsor debería tener TRESconductores para el sensor de po-sición. Para los sensores positivos,

Composición de un Sistema de Recepción de TV Satelital

364

Capítulo 23

365

uno es para la cobertura y losotros dos para el resistor. Para lossensores de pulsos, uno va a tie-rra, otro es de +5V y el último pa-ra la entrada de pulsos. No todaslas palancas requieren tres cone-xiones.

Se usan dos cables para la ali-mentación del polarotor.

Los polarotores vienen en dosvariedades. Los más viejos usanun motor de 12V para rotar lasonda. Con la polaridad inversacambia de dirección. Los nuevosusan una conexión de tres ca-bles. Uno para +5V, otro a tierra yel tercero para el "pulso".

El cable RG-6U (más que elcomún RG-59U) es el cable deopción para las frecuencias másaltas de la TV satelital.

6) RECEPTORHay muchos receptores dispo-

nibles de distintas marcas, tantonuevos como usados.

El receptor toma la señal delLNB y produce una imagen de TVdesde el ancho de banda de vi-deo hasta FM, y también permitesintonizar un subcanal de audioque puede proveer muchos servi-cios diferentes de sólo audio co-mo shows MUSICALES y CONVER-SADOS y hasta recepción de TEX-TO de DATOS. Los receptores másnuevos operan con el bloque es-tándar de 950-1450MHz que vie-ne con un LNB estándar. Los másviejos usan una alimentación di-recta de 70MHZ, un LNA (amplifi-cador de ruido bajo) y un conver-tidor inverso en el plato. Si deseaahorrar dinero, puede comenzarcon uno de estos receptores vie-jos.

El receptor también debe te-ner un desencriptador interno pa-ra decodificar los servicios PA-GOS. Este tipo de receptor se lla-ma IRD o Desencriptador de Re-ceptor Integrado. Necesitará undesencriptador para servicios ta-les como HBO y los servicios de ti-po CABLE-TV comunes.

7) DESENCRIPTADOREl desencriptador para el con-

sumidor es un sistema VIDEOCIP-HER que en Estados Unidos es fa-bricado por General Instruments(G.I) y en Argentina se encuen-

tran de varios tipos y fabricantes.Aún hay decodificadores simplesdisponibles. De todos modos, de-be considerar que últimamentela tecnología de los Desencripta-dores ha cambiado mucho y losviejos ya no operan bajo los nue-vos estándares. Asegúrese alcomprar un IRD (DESENCRIPTA-DOR RECEPTOR INTEGRADO) quela unidad pueda ser actualizadaal nuevo VC-II+ y al próximo VC-II+ RS (Seguridad Renovable) sipiensa acceder a servicios en-criptados (en su mayoría de ca-ble) o películas y eventos deporti-vos con el sistema Pague-Por-Ver.

En Canadá, el sistema OAK-ORION fue otro sistema de en-criptación popular usado por TE-LESAT CANADA para satélitesANIK (canadienses).

CANCOM distribuyó el OAK,en preparación del EXPRESSVUDBS. Hay algunos programas enESTADOS UNIDOS transmitidos conel sistema OAK-ORION, principal-mente las Carreras de Caballos yla programación de Hospitales. Sibien es LEGAL usar un decodifi-cador OAK-ORION, no hay servi-cios disponibles suficientes en es-te formato que garanticen un usoefectivo. A menos que la personasea un "burrero de ley", AUTORI-ZAR el desencriptador para lascarreras de caballos resulta cues-tionable.

En Europa se usan otros siste-mas de encriptación.

En los ESTADOS UNIDOS, comoen ARGENTINA, hay un gran mer-cado de decodificadores "pira-tas" o "usados", con los cuales sepueden recibir servicios encripta-dos sin pagar los honorarios desuscripción. Esta situación ha pro-piciado el cambio de los sistemasVC-II+ revisado y el próximo VC-II+ RS, y se espera terminar con lapiratería mediante el uso de unsistema de chips de tipo "tarjetade crédito" renovable. Por su-puesto, esta tecnología elevarálos costos del consumidor. Y ade-más, para gran parte de los con-sumidores, los honorarios de sus-cripción son más caros que losprecios del cable.

Dado que la mayoría de loscanales encriptados pertenecena las grandes corporaciones de

TV por cable, las cuales prefierenque la gente se suscriba a su siste-ma de cable, el razonamientoaquí es obvio. Por esta causa, lapopularidad de la TV satelital hadecaído en los Estados Unidos.

A fines de 1992, el gobiernoargentino, a través de la CNC(Comisión Nacional de Comuni-caciones), llamó a concurso in-ternacional para obtener la auto-rización de explotar un sistemade comunicaciones por satélite,que utilizara posiciones orbitalesa coordinarse para la Argentina.

La Unión Transitoria de Empre-sas formada por Daimler ChryslerAerospace, Aerospatiale y AleniaSpazio ganó este Concurso y fuela adjudicataria. Con este logro,Argentina y los demás países deAmérica Latina se vieron benefi-ciados, por primera vez, con laposibilidad de tener coberturasatelital en la banda Ku.

En 1993, comenzando a pro-veer facilidades satelitales en Ar-gentina, Chile y Uruguay, Nahuel-sat opera dos satélites denomi-nados Nahuel 1C y Nahuel 2Cque, conformando el "Sistema In-terino", ocupan posiciones orbita-les argentinas.

Estos satélites fueron decomi-sionados y reemplazados por elsatélite Nahuel 1, actualmenteen operación.

El lanzamiento del primer saté-lite NAHUEL se realizó el 30 deenero de 1997 desde Kourou (Gu-yana Francesa) con un Ariane IV,lanzador que desde hace 14años cubre las 2/3 partes de loslanzamientos de satélites comer-ciales en el mundo.

Finalmente, el primero de Mar-zo de 1997, luego de transferírseleel tráfico de los satélites transito-rios, el Satélite NAHUEL 1 comen-zó a operar en la posición de71,8º de longitud oeste y cubredesde la Antártida y Tierra delFuego hasta el sur de los EstadosUnidos.

En la figura 1 se da una tablaprovista por Nahuelsat, sobre lasseñales de TV digitales que ma-nejan, junto con datos que le se-rán de suma importancia a la ho-ra de querer realizar experimen-taciones.

La función de una antena es

la de captar la energía electro-magnética que llega desde elsatélite para concentrarla en launidad exterior. Para conseguiresto, a estas frecuencias de tra-bajo, el mejor tipo de antena esla parabólica. Con ella se obtie-nen rendimientos buenos y ga-nancias elevadas, característi-cas muy importantes en este ti-po de comunicaciones, debidoa la naturaleza de las señalestratadas en recepción.

LAS ANTENAS PARA RECEPECIÓN

Existen varios tipos de ante-nas para estas frecuencias, quepueden dividirse en dos gruposprincipales: las de un solo haz ylas multihaces. Las más emplea-das para la recepción directade TV por satélite son las prime-ras, por lo que las estudiaremosdetalladamente.

Entre las antenas de un solohaz puede hacerse una segun-da clasificación, en atención alnúmero de reflectores que em-plean:

• Sin reflector, como las an-tenas de bocina.

• Con un solo reflector. Eneste tipo se incluyen la parabó-lica, más conocida y que se ali-menta en su foco y la Offset,que emplea una sección de unreflector parabólico, alimenta-do también en el foco.

• Con doble reflector, cuyoejemplo más típico es la Casse-grain.

En la figura 2 tenemos los ti-pos de antenas antes mencio-nados. Además, están situados enorden a sus rendimientos. Así, laantena de bocina presenta unaganancia muy inferior al resto, porlo que no es recomendable su uti-lización para el tipo de comunica-ciones via satélite. No obstante, esampliamente utilizado en combi-nación con uno o dos reflectores,que constituyen la forma principalpara su alimentación a estas fre-cuencias, ya que ofrece una bue-na adaptación entre las impe-dancias de la guía y del medio depropagación exterior.

Existen varios tipos de bocinas,denominadas según la forma depasar de las dimensiones de laguía a la boca de la bocina oatendiendo a la sección de ésta,rectangular o cilíndrica.

Entre las antenas de un solo re-flector, cabe destacar dos tiposprincipales y más utilizados: la pa-rabólica "normal" y la offset. La pri-mera está compuesta por un re-flector, que geométricamente esun paraboloide de revolución conuna boca circular y un alimenta-dor, que es una bocina. Esta está

situada en el foco del paraboloi-de, con lo que conseguimos quetodos los rayos que lleguen para-lelos al eje del reflector se reflejenen él, dirigiéndose directamene alfoco. O sea, toda la energía queviene del satélite es captada porla parábola y enviada al foco, lu-gar que ocupará la unidad exte-rior. Debido a la gran distancia Sa-télite-Tierra, podemos considerarsin mucho error que todos los ra-yos procedentes del satélite inci-den paralelamente al eje de laparábola y que, por tanto, son re-

Composición de un Sistema de Recepción de TV Satelital

366

Fig. 1

flejados hacia el foco. La antenaoffset emplea sólo una seccióndel reflector parabólico y sitúa sualimentador también en el foco.Presenta un rendimiento superioral tipo anterior, por lo que es tam-bién muy empleada.

La antena Cassegrain es el ex-ponente principal de las antenasde doble reflector y un solo haz.Presenta un elevado rendimientoy mayor complejidad mecánica,ya que los dos reflectores y el ali-mentador deben estar perfecta-mente situados para obtener elmáximo rendimiento de esta an-tena. Debido a sus comprometi-das características mecánicas, noes muy utilizada en las instalacio-nes individuales de recepción detelevisión por satélite. El tipo de

antena elegido parala instalación de unaestación de recep-ción de televisión di-recta por satélite, de-be cumplir unas exi-gencias mínimas, tan-to eléctricas, comomecánicas, ya que sino, se compromete lacalidad de la recep-ción.

Entre las eléctricasse encuentran algu-nas físicas, como eldiámetro de la pará-bola y otras puramen-te eléctricas, como laganancia que pre-senta la antena conrespecto a la isotrópi-ca. Otras característi-cas no menos impor-tantes se reflejan en eldiagrama de radia-ción de la antena, co-mo son la anchura delhaz y la magnitud delos lóbulos secunda-rios.

Las mecánicas serefieren a su resisten-cia a los fenómenosmeteorológicos, sobretodo al viento y a laslluvias. También debetenerse en cuenta laprecisión del sistemade apuntamiento, azi-mut y elevación, enlas condiciones climá-

ticas más adversas.En cuanto a las eléctricas, es

importante una elevada ganan-cia, a la vez que la inexistencia delóbulos secundarios. Esta combi-nación trae como consecuenciapositiva el poder procesar señalesdébiles, ya que el ruido captadoes menor cuanto más pequeñossean los lóbulos secundarios y laganancia aumenta a medida

que se estrecha el haz. En la figu-ra 3 podemos observar el diagra-ma de radiación ideal compara-do con el real, en el que se apre-cian unos pequeños lóbulos se-cundarios y una disminución de laganancia en la dirección deapuntamiento.

El diámetro del reflector incidedirectamente en la ganancia dela antena, aunque no es el únicofactor, por lo que habrá que bus-car un compromiso entre todoslos parámetros. La expresión de laganancia depende también dela frecuencia y de la superficie dela antena:

4π . SG = 10 l og ( ————— )

l2

Además, debe añadirse unfactor que representa la eficaciade la antena, n, que podría defi-nirse como la relación entre laenergía que incide en el reflectory la que llega al alimentador des-pués de la reflexión. Con este fac-tor la expresión de la gananciaqueda modificada de la siguientemanera:

4π . SG = 10 l og ( ————— . n )

l2

G se mide en dBi, o en dB so-bre la isotrópica, antena que setoma como referencia.

Las características mecánicasque presente la antena tambiénson de suma importancia. Enefecto, si su estructura es pococonsistente a vientos fuertes, semoverá ligeramente cuando és-tos existan y dará lugar a desva-necimientos de la señal recibida(fadding), ya que variará el apun-tamiento de la antena. Este siste-ma, el de apuntamiento, deberáposeer un ajuste grueso y otro fi-

Capítulo 23

367

Fig. 2

Fig. 3

no, tanto para la elevación comopara el azimut, para poder apun-tar la antena hacia el satélite deuna forma precisa. Ambos ajustesdeben ser estables frente a condi-ciones meteorológicas adversaspara asegurar un óptimo apunta-miento. En la instalación de la an-tena deberá prestarse tambiénuna especial atención a los an-clajes, los cuales tendrán que te-ner una fortaleza acorde con laestructura que van a soportar.

Veamos ahora, cuáles son loselementos que forman parte dela antena y no del plato receptorpropiamente dicho.

Unidad exterior En la unidad exterior se en-

cuentran, aparte del amplificadorde bajo ruido, un oscilador, unmezclador y un primer amplifica-dor de frecuencia intermedia.Mediante estos pasos consegui-mos dos objetivos: la amplifica-ción de la señal de entrada y laconversión a una frecuencia infe-rior, sobre 1GHz, para que la señalde salida pueda ser llevada porun cable coaxial hasta la unidadinterior de sintonía.

Una vez captada la señal porla antena, ésta pasa por un filtropasabanda que se encarga derechazar las señales captadasque se encuentran fuera de labanda de frecuencia que desea-mos recibir.

Seguidamente es aumentadapor un amplificador de bajo ruido(ABR, o en inglés LNA). Este primerpaso debe presentar una baja fi-gura de ruido.

Con la ganancia que presen-ten la antena y el LNA, nos asegu-ramos un nivel de salida apto pa-ra el posterior tratamiento de laseñal por la unidad de sintonía.

Estos dos primeros pasos de launidad exterior constituyen lo quepodríamos llamar la cadena deRF.

El ancho de banda que debeposeer el filtro debe ser suficientepara poder recibir todas las seña-les emitidas por el satélite. Partede las emisiones están compren-didas en la banda de 10 a11,7GHz, aunque para los satélitesde radiodifusión directa, DBS, es-tará comprendida entre 11,7 y12,5GHz, tal como lo mencionára-mos en entregas anteriores. Hastaahora no se ha mencionado lapolarización de la onda recibida,ya que el proceso descripto y elque falta, dentro de la unidad ex-terior, es independiente de ella.Por tanto, resulta evidente queexista un discriminador de polari-zación anterior a la unidad exte-rior.

Conversor de bajo ruidoYa sólo resta convertir la fre-

cuencia de la señal de entradaen otra menor para conseguir dosobjetivos importantes; en primerlugar, dado que la antena y la uni-dad exterior deben estar situadasal aire libre y la unidad interior hade ubicarse en la vivienda, es ne-cesario unir eléctricamente unacon otra, para llevar, por un lado,la señal procesada por la unidadexterior a la entrada del sintoniza-dor y, por otro, la alimentación dela unidad exterior.

Si no se hiciese la conversión,la línea de transmisión debiera es-tar constituida por una guía deonda de longitud y sección ade-cuadas, con el consiguiente en-carecimiento de la instalación,aparte de la rigidez mecánicaque requiere una guía, aunquesea flexible.

A estas frecuencias no es posi-ble el empleo de cable coaxial,debido a las grandes atenuacio-nes introducidas por éste. Esto po-dría llevarnos a que la gananciaconseguida por la antena y elamplificador de bajo ruido de en-trada sirviera solamente para

contrarrestar las pérdidas introdu-cidas por el cable, por lo que seharía necesaria la instalación deotro LNA antes de la unidad inte-rior de sintonía y situado junto aésta. Por otra parte, hay que con-siderar el hecho de que en pasosposteriores habrá que realizar unao varias conversiones para poderdemodular correctamente la se-ñal y pasarla posteriormente a uncanal de televisión normal. Es porello por lo que la primera conver-sión se realiza en la unidad exte-rior. Con un oscilador local de mi-croondas que tenga una frecuen-cia de oscilación de 10GHz, po-demos obtener a la salida delconversor una frecuencia inter-media de 1,5GHz.

Aunque alta, esta frecueciapermite el empleo de cable coa-xial para su transmisión a la uni-dad de sintonía. Sin embargo, to-davía no es la apropiada pararealizar una demodulación co-rrecta, por lo que posteriormentehabrá que efectuar una segundaconversión.

Por otra parte, la utilización deun cable coaxial nos permite lle-var por éste, además de la señalde frecuencia intermedia, la ali-mentación de la unidad exterior.Los capacitores permiten el pasode la radiofrecuencia, pero impi-den el de la corriente continua.Los choques impiden el paso dela primera, pero facilitan el pasode la corriente continua. Con ellopermiten la alimentación del LNAy del conversor e impiden que laseñal de RF altere el funciona-miento de los pasos de la unidadexterior o que entre en la fuentede alimentación del equipo. Es dedestacar que a las frecuencias detrabajo de estos equipos, las bobi-nas ya no se materializan con es-piras, dadas las bajas inductan-cias requeridas, sino por tiras decobre de longitud y ancho deter-minados. **************


Es una publicación de Editorial Quark, compuesta de 24 fascículos,preparada por el Ing. Horacio D. Vallejo, quien cuenta con la cola-boración de docentes y escritores destacados en el ámbito de la elec-trónica internacional. Los temas de este capítulo fueron escritos porel Ing. Horacio D. Vallejo.


SSAABBEERR


REP. ARG. EDICION ESPECIAL: 3023 - $1,60

INDICE DEL

CAPITULO 24

TECNICAS DIGITALES

Introducción .......................371

Lógica positiva y lógica

negativa..............................371

Compuertas lógicas ..........371

Compuerta lógica OR ......371

Compuerta lógica AND....372

Inversor ................................373

Compuerta lógica NAND ....374

Compuerta lógica NOR....374

Compuerta OR Exclusive ..375

Compuerta EX-NOR ..........375

Leyes de De Morgan.........376

Lógica AND ........................377

Lógica OR...........................377

Ejemplos de compuertas

NAND...................................378


NOR .....................................379


EX-OR...................................380

Función lógica

comparación .....................380

CIRCUITOS CON

COMPUERTAS DIGITALES

Oscilador con CD4001......381

Generador con 4049.........382

Generador de onda

cuadrada ...........................382

Interruptor digital ...............383

Oscilador doblador ...........383





INTRODUCCIÓN

Para entender el funciona-miento de las compuertas lógi-cas, debemos en principio definira qué estado de tensión corres-ponde el "0" lógico y "1" lógico,respectivamente.

Esto se debe a que puedentomarse tensiones de una solapolaridad respecto de un termi-nal tomado como referencia y enocasiones se prefiere el uso detensiones de distinta polaridadpara el manejo de determinadosdispositivos.

LÓGICA POSITIVA Y

LÓGICA NEGATIVA

Puede ocurrir que el "1" tomeun valor de tensión mayor que elcorrespondiente al "0" o vicever-sa.

Siempre, al estado lógico "1"se le asigna un valor de tensión yal estado lógico "0" se le asignaotro valor de tensión.

Si al estado lógico "1" se leasigna el mayor valor de tensión(de los dos valores definidos) y alestado lógico "0" se le asigna elmenor valor de tensión, la lógicase llama lógica positiva.

Si, por el contrario, al estadológico "1" se le asigna el menorvalor de tensión y al estado lógi-co "0" el mayor valor de tensión,la lógica se llama lógica negati-va.

Como ejemplo de la lógicapositiva podemos dar el siguientecaso:

V(0) = 0V ; V(1) = 5V

O también:

V(0) = -3V ; V(1) = 3V

Como ejemplo del uso de lalógica negativa podemos citar elsicguiente caso:

V(0) = 5V ; V(1) = 0V

O también:

V(0) = 3V ; V(1) = -3V

Con fines teóricos, la mayoríade los libros de texto suelen traba-jar con lógica positiva, es decir,asignando al estado lógico "1" elmayor valor de tensión y al esta-do "0" el menor valor de tensión;en este texto utilizaremos la mis-ma convención.

También es común hablar deniveles lógicos.

De esta manera sea cual fue-re la lógica utilizada se tienen dosniveles lógicos: alto y bajo.

En la lógica positiva, al estadológico "1" le corresponde un nivellógico alto (H-high) y al estado ló-gico "0" le corresponde un nivellógico bajo (L-low).

Por el contrario, en la lógicanegativa, al "1" lógico le corres-ponde el nivel L y al "0" lógico sele asignará el nivel lógico H.

Dicho de otra manera, si tra-bajamos con lógica positiva, alestado lógico "1" le correspondeel nivel lógico "H" (alto) y al esta-do lógico "0" le corresponde el ni-vel lógico "L" (bajo).

COMPUERTAS LÓGICAS

Una compuerta lógica es uncircuito lógico cuya operaciónpuede ser definida por una fun-ción del álgebra lógica o álgebrade Boole, cuya explicación no esobjeto de esta obra.

Veamos entonces las com-puertas lógicas básicas, para ellodefinamos el término "tabla deverdad", por utilizarse a menudoen la técnicas digitales:

Se llama tabla de verdad deuna función lógica a una repre-sentación de la misma donde seindica el estado lógico "1" o "0"que toma la función lógica para

cada una de las combinacionesde las variables de las cuales de-pende.

Dicho en otras palabras, la ta-bla de verdad es una lista de to-dos los posibles valores de las en-tradas y sus correspondientes sali-das.

Si tenemos dos variables deentradas A y B, tendremos cuatrocombinaciones posibles.:

ENTRADA A ENTRADA B SALIDAX X XX X XX X XX X X

Donde X puede tomar los va-lores "0" o "1".

COMPUERTA LÓGICA "OR"

También es conocida comocompuerta lógica "0". El circuitoque representa a esta compuertatiene dos o más entradas y unasola salida. La salida se encuen-tra en el estado lógico "1" si una omás de una entrada se encuen-tran simultáneamente en el esta-do lógico "1".

Esto significa que un "1" a laentrada es suficiente para que enla salida haya un "1", indepen-dientemente de los valores queexistan en las demás entradas.

La salida vale "0" cuando to-das las entradas valen "0".

La tabla de verdad para unacompuerta lógica OR de dos en-tradas es la siguiente:

B A Z 0 0 00 1 11 0 11 1 1

La expresión lógica que ca-racteriza a esta compuerta es:

Z = A + B

Capítulo 24

371

Capítulo 24

Técnicas Digitales

Se lee "Z igual a A unión B"

También se puede expresar: Zes igual a A o B, donde "o" es unao inclusiva que significa A y/o B.

Esto significa que Z es un "1"cuando A vale "1", o cuando Bvale "1", o cuando A y B valen 1.

En la figura 1 se puede ver elsímbolo lógico de una compuer-ta OR clásica de dos entradas (enla parte a) se da el símbolo clási-co y en la parte b) se da el símbo-lo que suele utilizarse según lanorma IEEE).

De la misma manera que exis-ten símbolos para representar untransitor, un resistor, un capacitor,etc., también existen símbolos pa-ra individualizar una compuertaen un circuito lógico.

Con respecto a la simbología,hagamos una aclaración.

El símbolo de la figura 1a es elutilizado tradicionalmente pararepresentar una compuerta OR. Elsímbolo de la figura 1b, más mo-derno, corresponde a la NormaANSI/IEEE Std.91-1984 (AmericanNational Standards Institute /Insti-tute of Electrical And ElectronicsEngineers).

En la figura 2 se da el circuitoeléctrico equivalente de unacompuerta OR.

Note que las llaves S1 Y S2 re-presentan los dos estados posi-bles de las compuertas lógicas,estado abierto y estado cerrado,"0" lógico y "1" lógico.

La tabla de verdad del circui-to eléctrico de la figura 2 que re-presenta una compuerta OR, esla siguiente:

S2 S1 Z

0 0 00 1 11 0 11 1 1

En esta tabla adoptamos la si-guiente convención:

Interruptor cerrado esta-do lógico "1".

Interruptor abierto estadológico "0".

Lámpara encendida es-tado lógico "1".

Lámpara apagada esta-do lógico "0".

De la tabla se de-duce que la lámparase encenderá cuandoel interruptor S1 estácerrado o cuando es-tá cerrado S2 o cuan-do ambos están cerra-dos (Z = "1"). La lámpa-ra no se encenderá si ambos inte-rruptores están abiertos simultá-neamente.

Para dar otro ejemplo, utilice-mos el razonamiento lógico denuestra mente, supongamos quetengo dos posibilidades (entra-das) para una misma conclusión(salida):

Entradas:Tengo pan (entrada A = 1)Tengo caramelos (entrada B = 1)

La ausencia de estos eventosimplica un "0" lógico.

Salida:Puedo comer

La tabla de verdad, que re-presenta el estado de la salida,en función de las entradas, o latoma de decisión de nuestramente, en función de los elemen-tos con que cuento, es la siguien-te:

B(tengo caram.) A(tengo pan) Z(puedo comer)

NO("0") NO("0") NO("0")NO("0") SI("1") SI("1")SI("1") NO("0") SI("1")SI("1") SI("1") SI("1")

De esta tabla se desprendeque puedo comer cuando tengopan o cuando tengo carameloso cuando tengo pan y tengo ca-ramelos. Solamente no puedocomer si no tengo ni pan ni cara-melos.

En resumen, la compuerta ló-gica OR realiza una operacióndel álgebra lógica o álgebra de

BOOLE que es la suma lógica. Lasuma lógica de n variables vale"1", si una más de una variable va-le "1". La suma vale "0" si y sólo sitodas las variables valen "0".

COMPUERTA LÓGICA "AND"

Suele conocerse también conel nombre: compuerta "Y". Estacompuerta puede tener dos omás entradas y una sola salida. Lasalida de esta compuerta tomaráel estado lógico "1" si, y sólo si, to-das las entradas están en el esta-do lógico "1". Esto significa que un"0" en cualquier entrada pone un"0" a la salida independientemen-te del estado lógico de las demásentradas.

La tabla de verdad para unacompuerta de dos entradas es lasiguiente:

ENTRADAS SALIDAB A Z

0 0 00 1 01 0 01 1 1

La expresión lógica que ca-racteriza a esta compuerta es:

Z = A . B

Se lee "Z igual a: A intersecciónB", aunque también puede decir-se Z es igual a A y B, Z es igual a Ay B o Z es igual al producto lógicode A y B Es común no poner el .(punto) para representar el pro-ducto lógico. Se lo suele repre-

Técnicas Digitales

372

Fig. 1

Fig. 2

sentar por la escritura continuade las variables (Z = AB). Rara vezse representa a la interseccióncon el símbolo "&".

Z = A & B

En la tabla de verdad de lacompuerta AND vimos que la sa-lida Z es un "1" solamente cuandolas dos entradas A y B valen"1".

En la figura 3a se da el símbo-lo clásico para representar unacompuerta AND, mientras que enla parte b) de la misma figura seda el símbolo que corresponde ala norma del IEEE.

Un circuito eléctrico análogoa la función lógica AND es el mos-trado en la figura 4. Se trata de uncircuito eléctrico constituido pordos interruptores S1 y S2 y unalámpara Z, cuya tabla de verdades la siguiente:

S2 S1 Z

0 0 00 1 01 0 01 1 1

En esta tabla adoptamos la si-guiente convención:

Interruptor cerrado estado ló-gico "1".

Interruptor abierto estado lógi-co "0".

Lámpara encendida estadológico "1".

Lámpara apagada estado ló-gico "0".

De la tabla se desprende que

la lámpara estaráencendida (Z = "1")si, y sólo si, ambosinterruptores estáncerrados (S1 = "1" yS2 = "1").

Un solo interrup-tor abierto haráque la lámpara es-

té apagada (Z = "0").Para dar otro ejemplo relacio-

nado con la forma en que razo-namos, supongamos querer to-mar la decisión de beber agua;debo tener sed y a su vez el aguapara tomar, o sea:

Entradas:Tengo sed (entrada A = 1)Tengo agua (entrada B = 1)

Salida:Bebo Agua

La tabla de verdad es la si-guiente:

B(tengo agua) A(tengo sed) Z(bebo agua)

NO("0") NO("0") NO("0")NO("0") SI("1") NO("0")SI("1") NO("0") NO("0")SI("1") SI("1") SI("1")

De esta tabla se desprendeque bebo solamente cuandotengo sed y tengo agua; es decir,cuando ambas condiciones secumplen; son verdaderas.

La compuerta lógica AND rea-liza una de las operaciones del ál-gebra lógica o álgebra de BOO-LE, que es el producto lógico. Elproducto lógico de n variables

vale 1 si, y sólo si, todas las varia-bles valen 1. Una sola variableque vale 0 es suficiente para queel producto lógico valga 0.

INVERSOR

Un inversor es un circuito lógi-co que tiene una sola entrada yuna sola salida. La salida del in-versor se encuentra en el estadológico "1" si, y sólo si, la entrada seencuentra en el estado lógico "0".Esto significa que la salida toma elestado lógico opuesto al de laentrada.

La tabla de verdad es la si-guiente:

A Z

0 11 0

La expresión lógica que repre-senta al inversor es la siguiente:

Z = A

Se lee "Z igual a NOT A" o Z esigual a A negado.

La negación de una variableA es A.

Si A = 1 A = 0A = 0 A = 1

El símbolo lógico de esta com-puerta se representa en la figura5, donde el CIRCULO en el dibujosignifica negación del estado ló-gico y el TRIANGULO significa in-versión del nivel lógico.

Ambos símbolos son equiva-lentes en lógica positiva y normal-mente van adosados a la entra-da o salida de otros símbolos lógi-cos.

Un circuito eléctrico análogoal inversor es el que se muestra enla figura 6.

Capítulo 24

373

Fig. 3(a)

(b)

Fig. 4

Fig. 5

Si S se cierra ("1" lógico), Z nose enciende ("0" lógico).

Si S se abre, Z se enciende ("1"lógico).

Podemos construir la siguientetabla de verdad:

S Z

1 00 1

A los fines de te-ner información adi-cional sobre lascompuertas inverso-ras es convenienteque analice la infor-mación que contie-ne la figura 7.

Las compuertaslógicas AND, OR ylos inversores son loscircuitos lógicos bá-sicos que permitenrealizar las operacio-nes lógicas que son:el producto lógico;la suma lógica y lanegación o inver-sión, respectivamen-te.

La combinaciónde estos circuitos ló-gicos básicos permi-te obtener otrascompuertas lógicas.

COMPUERTA LÓGICA NAND

También se la conoce comocompuerta (NOT-AND) o (NO-Y).

Esta compuerta tiene dos omás entradas y una sola salida.

La salida se encuentra en elestado lógico "0" si, y sólo si, todaslas entradas se encuentran en elestado lógico "1".

Tabla de verdad para dos en-

tradas es la siguiente:

B A Z

0 0 10 1 11 0 11 1 0

La expresión lógica que repre-senta a esta compuerta es la si-guiente:

Z = A . B producto lógico negado.

El símbolo clásico de unacompuerta NAND y su circuito ló-gico equivalente se muestran enla figura 8.

Note que una compuerta lógi-ca NAND equivale a una com-puerta AND seguida de un inver-sor.

COMPUERTA LÓGICA NOR

También se la denomina com-puerta (NOT-OR) o (NO-O)

Tiene dos o más entradas yuna sola salida.

La salida se encuentra en elestado lógico "0", si una, o más deuna entrada, se encuentra en elestado lógico "1".

La tabla de verdad para dosentradas es la siguiente:

B A Z

0 0 10 1 01 0 01 1 0

La expresión lógica que repre-senta el comportamiento de estacompuerta se escribe:

Z = A + B suma lógica negada.

En la figura 9 se muestra el sím-bolo correspondiente a estacompuerta y se da además, elcircuito equivalente, tanto en lanomenclatura convencional co-mo para el IEEE.

Una compuerta NOR equivalea una compuerta OR seguida deun inversor.

Técnicas Digitales

374

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 9

Fig. 8

COMPUERTA

OR EXCLUSIVE

También se la conoce con elnombre: (EX-OR) u (O-Exclusiva).

En una compuerta EX-OR dedos entradas, la salida se encuen-tra en el estado lógico "1" si una, ysólo una, de las dos entradas seencuentra en el estado lógico "1",si ambas entradas están en "0" oen "1" simultáneamente, la salidatomará el estado lógico "0".

La tabla de verdad para unacompuerta OR EXCLUSIVE de dosentradas es la siguiente:

B A Z

0 0 00 1 11 0 11 1 0

La figura 10 muestra el símbolológico de esta compuerta, tantoen la versión convencional comola sugerida por el IEEE.

La expresión lógica que ca-racteriza el comportamiento deeste dispositivo es la siguiente:

Z = A ⊕ B

Se lee "Z es igual a: A o exclusi-va B" y también: Z es igual a A obien B.

Esto significa que Z vale "1"cuando A vale "1" o cuando B va-le "1". Es una "o exclusiva" ya quesi A y B valen "1" simultáneamen-te, la salida toma el estado "0".

La diferencia que existe con lacompuerta OR es que ésta es una"o inclusiva", radica en que si A yB valen "1" simultáneamente, lasalida toma el estado "1".

En una compuerta EX-OR dedos entradas, la salida se encuen-tra en el estado lógico "1" si lasdos entradas tienen distinto esta-do lógico, y se encuentra en elestado lógico "0" si las dos entra-das tienen el mismo estado lógi-co. Es decir:

Z = "1" si, y sólo si, A ≠ BZ = "0" s,i y sólo si, A = B

En general, para un circuito ló-gico EX-OR de n entradas, la sali-da se encuentra en el estado ló-gico "1" si hay una cantidad im-par de entradas que se encuen-tran en el estado lógico "1" (unaentrada, tres entradas, cinco en-tradas, etc.), y la salida se en-cuentra en el estado lógico "0", sihay una cantidad par de entra-das que se encuentran en el esta-do lógico "1" (se considera el 0una cantidad par).

Matemáticamente:

Z = A ⊕ B ⊕ C ⊕ D ⊕ ....⊕ N =

"1" si hay una cantidad imparde variables en "1".

"0" si hay una cantidad par devariables en "1".

La función lógica EX-OR se uti-liza en dispositivos generadores ydetectores de paridad, comocomponentes de circuitos suma-dores, etc.

FUNCIÓN LÓGICA EX-NOR

Es una compuerta que realizauna "comparación y equivalen-cia", resultando una negación delcaso recién visto.

Para el caso de dos entradas,la salida se encuentra en el esta-do lógico "1" si las dos entradastienen el mismo estado lógico, yla salida se encuentra en el esta-do lógico "0" si las dos entradastienen distinto estado lógico.

La tabla de verdad para unacompuerta lógica EX-OR de dosentradas, es la siguiente:

B A Z

0 0 10 1 01 0 01 1 1

Luego, según la tabla de ver-dad, la expresión lógica que ca-racteriza el funcionamiento de lacompuerta es la siguiente:

Z = A ⊕ B (NOR- EXCLUSIVE)

La figura 11 muestra el símbolocorrespondiente a una compuer-ta EX-NOR, tanto para la nomen-clatura convencional como parala norma IEEE.

Para el caso de una compuer-ta de n entradas, la salida se en-cuentra en el estado lógico "0" sihay una cantidad impar de en-tradas que se encuentran en elestado lógico "1", y la salida seencuentra en el estado lógico "1"si hay una cantidad par de entra-das que se encuentran en el esta-do lógico "1".

CONCLUSIÓN

Según lo visto hasta el mo-mento, podemos aunar en unmismo gráfico las tablas de ver-dad de las compuertas analiza-das pero para el caso de tres en-tradas. Dicho resumen apareceen la Tabla I. Resultaría conve-niente que se familiarice con lasfunciones que cumplen las dife-rentes compuertas, dado que for-man parte de la mayoría de loscircuitos electrónicos actuales deuso hogareño y profesional.

El mismo razonamiento puedeutilizarse para "n" entradas (cua-tro entradas, cinco entradas,etc.).

En la figura 12 se dan los sím-bolos correspondientes a com-puertas de tres entradas.

Un circuito electrónico queresponda al Algebra de Boole

Capítulo 24

375

Fig. 10

Fig. 11

puede construirse con distintos ti-pos de compuertas. Nos pode-mos basar en equivalencias entrecompuertas, buscando circuitoslógicos que realizan las mismasfunciones.

Para entender el procedi-miento, enunciemos en forma rá-pida las Leyes de De Morgan,que sirven para buscar relaciones

convenientes entre compuertaspara que puedan satisfacer nues-tras necesidades.

LEYES DE DE MORGAN

1) A . B. C. ..... = A + B + C + ...

2) A + B + C + ..... = A . B. C. ...

El significado de estosenunciados matemáticoses el siguiente:

1) El producto lógiconegado de varias varia-bles lógicas es igual a lasuma lógica de cada unade dichas variables nega-das.

2) La suma lógica ne-gada de varias variableslógicas es igual al produc-to de cada una de dichasvariables negadas.

Demostremos la veraci-dad de ambas leyes parael caso de dos variables,luego el mismo razona-miento es válido para n va-riables.

1) A . B = A + B

Demostremos la igual-dad con la tabla de ver-dad. Para ello, analicemosla tabla II.

Si dos funciones lógicastienen la misma tabla de

verdad significa que esas funcio-nes lógicas son equivalentes.

A . B = A + B

El primer miembro de estaigualdad es un producto lógiconegado (función lógica NAND). Elsegundo miembro es una suma

lógica con sus variables nega-das.

Esto significa que una com-puerta lógica NAND equivale auna compuerta OR con inverso-res en sus entradas o con sus en-tradas negadas, tal como semuestra en la figura 13.

2) A + B = A . B

Demostremos la igualdad

Técnicas Digitales

376

Fig. 12

AND NAND OR NOR EX-OR EX-NOR

C B A Z=A.B.C Z=A.B.C Z=A+B+C Z=A+B+C Z=A⊕ B⊕ C Z=A⊕ B⊕ C

0 0 0 0 1 0 1 0 1

0 0 1 0 1 1 0 1 0

0 1 0 0 1 1 0 1 0

0 1 1 0 1 1 0 0 1

1 0 0 0 1 1 0 1 0

1 0 1 0 1 1 0 0 1

1 1 0 0 1 1 0 0 1

1 1 1 1 0 1 0 1 0

Tabla I

B A A . B A . B B A A + B

0 0 0 1 1 1 10 1 0 1 1 0 11 0 0 1 0 1 11 1 1 0 0 0 0

Tabla II

Fig. 13

con la tabla de verdad. Para ello,analicemos la tabla III. Si dos fun-ciones lógicas tienen la misma ta-bla de verdad, significa que esasfunciones lógicas son equivalen-tes.

A + B = A . B

El primer miembro de estaigualdad es una suma lógica ne-gada (función lógica NOR). El se-gundo miembro es un producto

lógico con sus variables negadas.Esto significa que una com-

puerta lógica NOR equivale auna compuerta AND con inversio-nes en sus entradas o con sus en-tradas negadas, tal como semuestra en la figura 14 .

COMPUERTA LÓGICA AND

Siguiendo los pasos aplicadoshasta el momento, y luego del

uso de las leyes de De Morgan,concluimos en que la compuertaAND equivale a una compuertaOR con sus entradas y salida ne-gadas, tal como lo puede apre-ciar al analizar los datos de la ta-bla IV.

Debemos aclarar que ésta noes la única forma en que se pue-de construir una compuerta AND,de hecho existen muchas equiva-lencias, las cuales dependen deltipo de compuertas que esté dis-puesto a utilizar.

Según lo expuesto en la tablaIV, la compuerta AND que realizala función lógica Z = A . B puedeser reemplazada por la compuer-ta NOR y 2 inversores a sus entra-das que realizan la función

A + B = Z.Por lo tanto, las funciones:

Z = A . B y Z = A + B

Son equivalentes. En la figura 15se muestra la equivalencia entreuna compuerta AND y una OR coninversores en sus entradas y con uninversor en su salida, tal que:

Z = A . B = A + B función lógica AND

COMPUERTA LÓGICA OR

Podemos construir unacompuerta lógica OR apartir de una compuertaAND con 2 inversores a susentradas y uno a su salida.Como sabemos, la com-puerta OR realiza la opera-ción:

Z = A + B

Y la AND con inversoresla operación:

Z = A . B.

Desarrollando la tablade verdad de las respecti-vas funciones se observaque ambas tablas sonidénticas, por lo que lasfunciones dadas son equi-valentes, tal como se

Capítulo 24

377

Fig. 14

:B A A + B A + B B A A . B

0 0 0 1 1 1 10 1 1 0 1 0 01 0 1 0 0 1 01 0 1 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0

Tabla III

Fig. 15

A B A.B A B A + B A + B

0 0 0 1 1 1 00 1 0 1 0 1 01 0 0 0 1 1 01 1 1 0 0 0 1

Tabla IV

muestra en la tabla V. En la figura 16 se mues-

tra el circuito que denotala equivalencia entre unacompuerta OR y una ANDcon inversores en sus en-tradas y un inversor en sussalida. De esta manera, lafunción lógica OR quedarepresentada por la expre-sión:

Z = A + B = A . B

Que es una posible equiva-lencia.

EJEMPLOS CON COMPUERTA NAND

Según lo visto hasta el mo-mento, podemos decir que, alunir ambas entradas de unaNAND, podemos obtener a lasalida la variable negada colo-cada a su entrada, tal que la ta-bla de verdad de esta com-puerta con las entradas unidases igual a la del inversor.

Veamos entonces en la figu-ra 17 un ejemplo gráfico deequivalencia, en el cual se cum-ple la siguiente tabla de verdad:

B' A' Z A Z

0 0 1 0 10 1 X1 0 X1 1 0 1 0

Por lo tanto, una compuertaNAND con sus 2 entradas unidasequivale a un inversor.

De la misma manera, en la fi-gura 18, se puede apreciar queuna compuerta NAND, con unaentrada permanentemente en"1", equivale a un inversor, talcomo sugiere la siguiente tablade verdad:

B A Z A Z

0 0 X0 1 X1 0 1 0 11 1 0 1 0

Donde:X = combinaciones impo-

sibles de entrada.

Técnicas Digitales

378

A B A + B A B A . B A . B

0 0 0 1 1 1 00 1 1 1 0 0 11 0 1 0 1 0 11 1 1 0 0 0 1

Tabla V

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

Se deduce entoncesque una compuerta NANDde dos entradas, con unade ellas con un "1" en for-ma permanente equivalea una compuerta inverso-ra.

Manteniendo un "1" enla variable B, la salida serásiempre la negación de A.

Otro ejemplo de apli-cación se muestra en la fi-

gura 19, donde una compuertaNAND negada en sus entradasequivale a una compuerta OR,tal como se muestra en la tablaVI.

EJEMPLOS CON COMPUERTAS NOR

De la misma forma que hemosrealizado el análisis para encon-trar equivalencias con compuer-tas lógicas NAND, vamos a repro-ducir ejemplos con compuertasNOR

En la figura 20 se muestra queuna compuerta NOR con sus en-tradas unidas equivale a un inver-sor. La siguiente tabla de verdaddemuestra la reciente afirma-ción:

B' A' Z A Z

0 0 1 0 10 1 X1 0 X1 1 0 1 0

Donde:X = combinaciones imposibles

de entrada.Se demuestra así que una

compuerta NOR con sus entra-das unidas equivale a un inversor.

De la misma manera que elanálisis efectuado recien-temente, en la figura 21se muestra que una com-puerta NOR con un "0"aplicado en una de sus 2entradas equivale a uninversor.

B A Z A Z

0 0 1 0 10 1 0 1 01 0 X1 1 X

Capítulo 24

379

A B A . B A . B A B A + B

1 1 1 0 0 0 01 0 0 1 0 1 10 1 0 1 1 0 10 0 0 1 1 1 1

Tabla VI

Fig. 20

Fig. 21

Fig. 22

B = 0

A B A + B A + B A B A . B

1 1 1 0 0 0 01 0 1 0 0 1 00 1 1 0 1 0 00 0 0 1 1 1 1

Tabla VII

En una compuerta NOR dedos entradas, al aplicar a una deellas un "0" en forma permanen-te, la compuerta equivale a uninversor.

Como otro ejemplo, pode-mos afirmar que una compuertaNOR con sus entradas invertidasequivale a una compuerta AND,tal como se muestra en la figura22 y como puede comprobarseen la tabla VII.

EJEMPLOS CON COMPUERTAS

LÓGICAS EX-OR

La función A ⊕ B denominadanormalmente suma exclusiva, esequivalente a la función A . B + A. B. Esto se demuestra a través dela tabla de verdad que represen-ta a las funciones dadas y que semuestran en la tabla VIII.

En la figura 23 se muestra laequivalencia entre el circuito for-mado por 2 compuertas AND

con una entrada negada cadauna de ellas y ambas conecta-das a una compuerta OR conuna compuerta EX-OR. Observeque una de las compuertas lógi-cas realiza la función A . B y laotra A . B, en tanto la compuer-ta OR realiza la función A . B + A. B.

Matemáticamente podemosescribir:

Z = A⊕ B = A . B + A . B

Son muchas las combinacio-nes posibles que nos permitenobtener circuitos que cumplancon la tabla de verdad de una

compuerta lógica, enparticular a partir de otras,las cuales pueden estar anuestro alcance.

Pero, prosiguiendo coneste tipo de compuertas,si a una compuerta "EX-OR" se le aplica un "1" auna de sus entradas enforma permanente seconvierte en un inversor.

Lo dicho se puede veren la figura 24 y compro-

bar, a partir de las tablas de ver-dad, que se reproducen en la ta-bla siguiente:

B A Z A Z

0 0 X0 1 X1 0 1 0 11 1 0 1 0

En resumen, en una compuer-ta EX-OR de dos entradas, si seaplica a una de ellas un "1" enforma permanente, equivale aun inversor, mientras que si seagrega un "0" en forma perma-nente se comporta como un se-parador.

Matemáticamente:

A ⊕ "1" = AA ⊕ "0" = A

Se pueden construir muchoscircuitos lógicos a partir de com-puertas EX-OR, pero quizá la fun-ción de mayor relevancia lacumpla la compuerta lógica"Com-paración".

FUNCIÓN LÓGICA

COMPARACIÓN

Se dice que una compuertase comporta como comparado-ra cuando su salida es un "1", só-

Técnicas Digitales

380

B A A ⊕ B A . B A . B A . B + A . B

0 0 0 0 0 00 1 1 1 0 11 0 1 0 1 11 1 0 0 0 0

Tabla VIII

Fig. 23

Fig. 24

B = 1

Capítulo 24

381

lo cuando ambas entradas sonun "1" simultáneamente. De estamanera, una compuerta EX-ORinvertida en su salida es unacompuerta lógica comparado-ra. En la figura 25 se da la equi-valencia entre ambas compuer-tas lógicas cuya demostraciónse puede obtener a partir de lasiguiente tabla:

B A A ⊕ B A ⊕ B

0 0 1 10 1 0 01 0 0 01 1 1 1

En la tabla se ha representa-do a la entrada B negada pero

podría negarse la entrada A,obteniendo el mismo resultado.

Matemáticamente:

Z = A ⊕ B = A ⊕ B = A . B ⊕ A . B

La función lógica compara-ción de dos entradas se logra me-diante una compuerta EX-OR de

dos entradas, a las cuales se leaplica una variable en forma di-recta y la otra en forma invertida.De esta manera, damos por con-cluida la explicación del funcio-namiento de las compuertas, re-cordándoles que son muchas lasformas de implementar una com-puerta lógica a partir de otras.

Fig. 25

Circuito con Compuertas Digitales

Presentaremos algunos cir-cuitos generadores de pul-sos y onda-cuadrada. Estos

circuitos generadores se pue-den encontrar en casi todos loscircuitos digitales que se usanactualmente.

Proporcionan pulsos de relojpara contadores, transforma-dores, y otros circuitos que re-quieren una entrada cronome-trada o pulsada.

También el pulso de salidade rápido ascenso del genera-dor, el cual produce muchasarmónicas, puede ser unafuente de señal útil para probarla respuesta de frecuencia deamplificadores analógicos.

A medida que vayamospresentando los circuitos, pue-de descubrir otras aplicacionesque puedan usar estos genera-dores en sus propios dispositi-vos. Todos los circuitos genera-dores que presentaremos, ex-cepto uno, usan la popular lí-nea CMOS.

Revisemos estos dispositivosCMOS y veamos cómo operanen comparación con los dispo-

sitivos TTL bipolares. Los com-ponentes activos en los disposi-tivos CMOS son MOSFETs (Tran-sistores de Efecto de Campode Metal-Oxido), y en los inte-grados TTL, los dispositivos acti-vos son transistores bipolares. Laimpedancia de entrada del ICCMOS es muy alta y requiereuna pequeña corriente de po-larización. El requerimiento detensión de alimentación del ICCMOS es considerablementebajo, y en algunos casos cerca-no a cero, comparado con losdispositivos TTL, los cuales con-sumen mucha corriente.

Considerando su aspectonegativo, la frecuencia deoperación máxima del dispositi-vo CMOS es menor que la deldispositivo TTL. La primera líneade ICs CMOS que tuvo éxito enel mercado era de tipo "A", lacual no ofrecía protección enel circuito de entrada, y podíaser fácilmente dañada por unadescarga electrostática (ESD).

La serie "B" la sucedió pocodespués y resolvía el problemaESD al agregar un resistor y un

diodo al circuito de entrada. Laserie "B" también tenía otrasmejoras.

Operaba a una frecuenciamás alta y producía corrientesde impulso más altas a una car-ga. La serie "B" es la opción deICs más usada en aplicacionesde circuitos, y es el tipo queusaremos en nuestros circuitos.

OSCILADOR CON CD4001

Nuestro primer generador(figura 1) usa dos compuertasde un circuito integrado 4011(NAND) de dos entradas.

La salida de IC1-a es direc-tamente acoplada a la entra-da de IC1-b, y la salida de IC1-b es acoplada de vuelta a laentrada de IC1-a a través deR1. De este modo se completauna vía de realimentación posi-tiva entre dos vías, la cual per-mite que el circuito produzcauna salida de corriente alternade onda cuadrada. Los valoresde los resistores R2, R3 y de C1determinan la frecuencia del

oscilador. El rango de frecuen-cia del oscilador con un capa-citor de 0,1µF es de aproxima-damente 50 a 1.000Hz, y con uncapacitor de 0,001µF, el rangooscila entre los 1.000 y 50.000Hz.

El resistor R1 ayuda a aislar elefecto del diodo de proteccióninterna en la entrada de la po-larizacíon del efecto de la car-ga de la red RC, durante el ci-clo de carga y descarga del os-cilador.

El valor de R1 puede superarde cinco a diez veces el valorde R2 y R3. Si usa un resistorgrande para R1 también podráequiparar el ciclo de rendimien-to del oscilador para produciruna onda de salida simétricacasi perfecta.

También se puede tomaruna salida de onda cuadradadesde la pata 3, que es una sa-lida complementaria de la on-da que tenemos en la pata 4.Las entradas no usadas de IC1(pins 8, 9, 12 y 13) deben ser co-nectadas a tierra para evitar elefecto de interferencias y car-gas estáticas.

Una falla en alguna de estasconexiones puede causar pro-

blemas en el circuito. En la mis-ma figura 1 se muestra el dia-grama de circuito impreso delproyecto.

Lista de Materialesdel circuito de la figura 1

IC1 - CD4001 - Circuito inte-grado CMOS de doble com-puerta NAND de dos entradas.

C1 - 0,001 a 0,1µF - Capacitorcerámico (ver texto)

R1 - 1,5MΩR2 - 12kΩR3 - Potenciómetro de 500kΩ

GENERADOR CON 4049

El circuito de la figura 2 es si-milar al diseño de nuestro primergenerador, pero usa dos inver-sores de un IC 4049 en lugar delas compuertas NAND.

El oscilador 4049 produceuna corriente de salida mayorque la del circuito previo y escapaz de manejar circuitos TTL.

El circuito puede entregar3mA a una carga cuando se loalimenta con 5V. La seleccióndel C1 para determinar el ran-

go de frecuencia es similar a ladel circuito previo.

Las entradas no usadas (pa-tas 7, 9, 11 y 14) deben ser co-nectadas a tierra.

Igual que antes, en la figura2 se da el dibujo del proyecto yla placa de circuito impreso co-rrespondiente.


IC1 - CD4049 - IntegradoCMOS

C1 - 0,001 a 0,1µF - Capacitorcerámico (ver texto)

R1 - 1,5MΩR2 - 12kΩR3 - Potenciómetro de 500kΩ

GENERADOR DE ONDA-CUADRADA

Y OSCILADOR DE CICLO VARIABLE

Nuestro siguiente circuito,mostrado en la figura 3, usa doscompuertas NOR de un IC 4001.Es un circuito generador de on-da cuadrada y ancho de pulsovariable.

El ancho de pulso de salidadel circuito puede variar dentro

Circuitos con Compuertas Digitales

382

Fig. 1

Fig. 2

de un rango muyamplio. En un ex-tremo de la rota-ción del poten-ciómetro (R1), elpulso de salidapositivo será me-nor que el 5% delciclo total, y enel extremoopuesto de rota-ción el pulso po-sitivo superará el95% del ciclo derotación.

Con este circuito se puedegenerar una onda de un ciclode actividad del 50%, con R1cuidadosamente ajustado. Lafrecuencia del oscilador cam-bia con pequeñas variacionesdel ancho de pulso. Los valoresde los componentes R1 y C1 de-terminan la frecuencia del osci-lador. Para evitar inconvenien-tes, conecte a tierra los termina-les no usados (8, 9, 12 y 13).

Si su aplicación de circuitorequiere una forma de ondaperfecta, con un ciclo de rendi-miento del 50%, ninguno de loscircuitos descriptos hasta aquíle servirá.

Este circuito usa el potenció-metro R1 para variar el anchode pulso desde menos que el5% hasta más del 95% del ciclode rendimiento.


IC1 - CD4001 - IntegradoCMOS

C1 - 0,01 a 0,1µF - Capacitorcerámico (ver texto) o tantalio

R1 - Potenciómetro de 1MΩ

D1, D2 1N4148 - Diodos deseñal de silicio

Como en los dos casos ante-riores, en la figura 3 se da el dia-grama de la placa de circuitoimpreso.

INTERRUPTOR DIGITAL

El circuito de la figura 4 es uninterruptor "digital". Cada vezque se pulsa el interruptor S1, lasalida cambia de estado. Estecircuito puede usarse para ma-nejar el encendido de otro cir-cuito, conectando a la salidaun transistor NPN que maneje aun relé. Cuando construya estecircuito, asegúrese de conectara tierra las cuatro entradas delos inversores no usados (las pa-tas 7, 9, 11 y 14). Nunca debedejar una entrada CMOS abier-ta, si deja alguna entrada opuerta sin conexión, el circuitose quemará, note que en el im-preso de la figura 4 esto no estáhecho, dado que dejamos laoportunidad para que armemás interruptores.

Lista de Materiales del Circuitode la figura 4.

IC1 - CD4049 - Séxtuple inver-sor CMOS.R1 - 100kΩC1 - 0,022µF - Cerámico

OSCILADOR DOBLADOR

En la figura 5 se muestra uncircuito oscilador divisor.

El circuito tiene dos com-puertas NAND de un disparadorSchmitt NAND de 2 entradas deun CD4093, conectado comoun circuito amortiguador oscila-dor que envía pulsos de reloj ala entrada de un IC divisor pordos; el IC 4093. Este oscilador esprobablemente el más simplede todos los circuitos con oscila-dores de compuertas. Requiereuna sola compuerta; la segun-da opera como un amortigua-dor y puede excluirse en la ma-yoría de las aplicaciones. Lasentradas no usadas del IC 4093,pines 8, 9, 12 y 13, deben co-

Capítulo 24

383

Fig. 3

Fig. 4

nectarse a tierra. Las compuertas del CD4093

tienen una histéresis interna quehace del dispositivo una exce-lente opción para circuitos osci-ladores simples y lo conviertenen un dispositivo ideal para serusado con señales de entradaruidosas.

Cuando la tensión de entra-da de la compuerta se eleva acerca del 60% de la tensión de

fuente, su sali-da desciende,y cuando latensión de en-trada cae pordebajo del 40%de la tensiónde alimenta-ción, su salidavuelve a subir.Esta diferenciadel 20% en el ni-vel de entrada,donde la salidano cambia suestado, es labanda-inactivao figura de his-téresis delCD4093.

Vo l v a m o sahora al circui-

to osciladorde la figura 5.Se conecta uncapacitor de0,1µF entre laentrada deIC1-a y el cir-cuito a tierra.La salida deIC1 es reali-mentada devuelta a su en-trada a travésde los resisto-res R1 y R2.Cuando seaplica tensión

por primera vez al circuito, latensión de entrada de IC1-a es-tá al nivel de tierra y su salida al-ta. La tensión positiva en la sali-da comienza a cargar al capa-citor C1 a través de los resistoresR1 y R2. Cuando la tensión queatraviesa C1 se incrementadentro del 60% de la tensión defuente, la salida de la compuer-ta cambia de estado. R1 y R2estarán ahora conectados a

tierra y comenzarán a descar-gar a C1. Cuando C1 descar-gue aproximadamente el 40%de la tensión de suministro, lasalida cambiará nuevamente yse elevará para reiniciar el ciclo.De este modo opera el oscila-dor. Variando el valor del poten-ciómetro R2 se modifica la fre-cuencia del oscilador. La resis-tencia máxima produce la fre-cuencia más baja y la resisten-cia mínima, la frecuencia másalta.

El circuito divisor usa un flip-flop D simple de un CMOS flip-flop D dual 4013. Las intercone-xiones entre los pines en el divi-sor flip-flop D son diferentes delas usadas en el flip-flop JK, perolos resultados de salida son losmismos. El flip-flop D cambia deestado cada vez que se elevael pulso del reloj de entrada. Demás está decir que el flip-flopes, esencialmente, un divisor defrecuencia.

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Fig. 5

C1, C2 - Cerámicos de0,1-µFIC1- CD4093 - Circuitointegrado, disparadorSchmitt IC2 - CD4013 -Circuito integrado, flip-

flop "D" dual CMOS R1 - 3k3 R2 - potenciómetro de100kΩPlacas de circuito impre-so, etc.

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