Electronica Y Servicio N°01-hacer-un-probador-de-flyback.pdf 684a73

INICIAMOS UN NUEVO CICLO La revista Radio-Gráfica ha finalizado un ciclo más de su larga y fructífera vida, y comienza uno nuevo, pero sin abandonar el espíritu que la ha animado por tantos años, el mismo que fue plasmado en el número 1, de Septiembre de 1956, por el Profr. Francisco Orozco González, su fundador. Textualmente, el maestro Orozco González escribió en la página editorial de la primera edición: “He aquí resumido el programa que Radio-Gráfica, en su iniciación, se ha propuesto seguir. El primer punto consiste en atender las necesidades informativas, ilustrativas e instructivas de la gran masa de técnicos, estudiantes y aficionados de Radio, Televisión e Ingeniería de Sonido que opera en nuestra Patria. En este órgano han de tener cabida artículos inéditos, claros, accesibles y, sobre todo, llenos de exposiciones gráficas. Entendemos que una revista técnica ha de servir de vocero de la evolución y del progreso de la ciencia que preconiza, por eso las páginas de Radio-Gráfica expondrán los nuevos principios, los últimos descubrimientos y las técnicas más avanzadas de la Radio-electrónica. También entendemos que una revista no ha de ser meramente una reproducción de capítulos de libros....;

así pues, cada artículo que salga de nuestras plumas no será una monótona y seca repetición que exponen los textos, sino un modo de ver, realista y con sentido dinámico, en cada campo de la radiotécnica, porque se apoyará en los trabajos del taller y del laboratorio.” Profr. Francisco Orozco González

Radio Gráfica No. 1

De entonces a la fecha, ha habido cambios desmesurados en la tecnología: se consolidó la electrónica de estado sólido; surgieron y se desarrollaron las comunicaciones satelitales; el transistor tuvo como heredero al microprocesador en cuanto dispositivo fundamental; surgieron nuevos sistemas de proceso y almacenamiento de audio y video; aparecieron las computadoras personales y con ellas se afirmó la revolución digital de la que Internet es tan sólo una muestra; la electrónica en el hogar tomo carta de naturalización con los teléfonos inalámbricos, los hornos de microondas y las lavadoras “inteligentes”; los sistemas de control en la industria permitieron la automatización de tareas; etc. Mas sin embargo, esta publicación ha seguido fiel a sus principios y a los estudiantes, aficionados y técnicos en electrónica que la han adoptado como una de sus principales herramientas de estudio y trabajo. A partir de esta edición un nuevo equipo editorial y gerencial asume la ELECTRONICA radio-gráfica

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dirección de la revista, y con ello se materializan varios cambios que seguramente usted ya habrá advertido: se adaptó el nombre RadioGráfica por Electrónica Radio-Gráfica, con el fin de responder mejor en los diversos mercados donde será exportada; se estipuló una periodicidad mensual a partir del número 1, Nueva Epoca; se amplió el perfil temático y se distribuyeron los artículos por secciones; se incorporaron nuevos autores y hubo un replanteamiento general del estilo de redacción; por último, se modernizó el diseño y se recurrió a nuevas técnicas de producción de originales y de impresión. El equipo que hoy toma la dirección de esta revista, es el mismo que ha llevado a Centro Japonés de Información Electrónica a posiciones de liderazgo a nivel latinoamericano, en la edición de publicaciones y videos de capacitación para el trabajo técnico electrónico, lo que constituye una garantía del cambio. Y los mismos planes y experiencias ahí obtenidas, ahora se trasladan a Electrónica RadioGráfica; por ahora, podemos anunciar que ya estamos produciendo multimedia interactiva en CD-ROM, y que en el mediano plazo vamos a distribuir información a través de una página propia en Internet. Pero esa es una historia aún por contarse, lo relevante en este momento es manifestar a nuestros lectores que nos anima el mismo espíritu de nuestro fundador y que no nos hemos apartado de la línea ya trazada. No queremos finalizar esta presentación sin hacer mención de la obra del Profr. Francisco Orozco González, quien fue maestro de decenas de miles de estudiantes en México y América Latina, directamente

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en el aula o través de sus lecciones escritas, sus libros y artículos. El maestro Orozco González, nació el 21 de noviembre de 1910 y falleció el 13 de noviembre de 1990. Desde niño manifestó una curiosidad inusual por los principios de la electrónica: hacía experimentos, fabricaba radios y curioseaba en las librerías. En los años 20’s, se sumó a la cruzada nacional educativa de Vasoncelos, alfabetizando adultos; siendo aún muy joven, ejerció la profesión de periodista y de maestro de Radiotécnica en una escuela de la Secretaría de Hacienda. En 1939 fundó una revista de electrónica para técnicos, llamada Radio Servicio; de 1943 a 1947 dirigió los cursos orales de National Schools, y en 1948 realizó uno de sus más caros anhelos: fundó una escuela de electrónica, el Instituto Radiotécnico de México, actualmente llamado Instituto IRMEXCO. Los años 50’s, 60’s, y 70’s fueron para el maestro Orozco González de intensa actividad creadora: escribió más de mil lecciones para cursos por correspondencia; fundó y dirigió la revista Radio-Gráfica, para la cual escribió cientos de artículos; fue autor de más de 60 libros de técnica electrónica; diseñó y fabricó decenas de tableros, material audiovisual y prácticas de apoyo al aprendizaje; se mantuvo activo en la enseñanza y en la dirección de IRMEXCO; y, como parte de una afición apasionante, escribió más de 30 cuentos infantiles. Sin duda, una vida fructífera. Sea esta edición, un homenaje al maestro cuya semilla se ha esparcido por tantos rincones de la Patria y del extranjero. Felipe Orozco Cuautle Director Editorial

CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS

Nuevo sistema de exploración digital de Philips Philips ha presentado un nuevo método que reduce considerablemente la fatiga visual para quienes observan el televisor por períodos prolongados. ¿Por qué se fatiga la vista en esas condiciones? La intensidad de la luz y el mantener la mirada fija en una área determinada son algunas de las razones; pero la principal causa la podemos entender mejor con un ejercicio: sintonice un canal sin señal de TV y mire hacia otro lado, de modo que la pantalla del televisor quede en el límite de su campo visual; seguramente notará un leve parpadeo en la imagen. Esto es así porque en la pantalla no se presentan cuadros completos, como en el cine, sino una sucesión rápida de delgadas líneas horizontales que, al combinarse entre ellas, forman una imagen parcial llamada campo. Dos campos entrelazados (uno par y otro impar) forman un cuadro, y 30 cuadros sucesivos forman un segundo de imágenes animadas. Aunque en teoría el ojo humano no es capaz de percibir la transición entre un cuadro y otro, en las partes superior e inferior de la pantalla se aprecia un parpadeo

muy leve, sobre todo si se observa el televisor desde una distancia excesivamente corta. Y es por ello que a la larga se produce la fatiga visual. El sistema presentado por Philips elimina el parpadeo en los bordes de la pantalla, recurriendo a la exploración digital. Dicho sistema se apoya en memorias digitales con las que se modifica la velocidad de exploración de una imagen, de modo que siempre se expide un cuadro completo, y no campos pares o impares alternados. Para ello, el televisor cuenta con un procesador digital que almacena la información de dos campos consecutivos y luego la expide de forma secuencial a alta velocidad (la frecuencia de rastreo horizontal se modifica al doble de lo que normalmente maneja el sistema NTSC; esto es, llega a más de 30,000 Hz); con ello se consigue que, en vez de presentar 60 campos por segundo, se expidan 60 cuadros completos en ese lapso, de manera similar a como ocurre en el cine (una película cinematográfica maneja 24 cuadros por segundo, expedidos dos veces cada uno, lo que da un total de 48 cuadros por segundo). Gracias a ese sistema digital, no sólo disminuye la fatiga visual del televidente, ELECTRONICA radio-gráfica

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sino que también mejora la calidad de las imágenes expedidas. Y sin tener que modificar el estándar de transmisión televisiva, pues todos los procesos ocurren dentro del receptor.

Internet deja un espacio para llamadas telefónicas Un nuevo desarrollo de NEC permite a los cybernautas permanecer comunicados vía telefónica, incluso mientras navegan por la red de redes. Uno de los mayores inconvenientes de Internet, es que requiere de una línea dedicada; es decir, no es posible realizar llamadas telefónicas ni acceder a otros servicios convencionales, mientras el permanece conectado a la red. Pensando en ello, la empresa japonesa NEC (Nippon Electronic Corporation) acaba de presentar un novedoso sistema mediante el que es posible contestar el teléfono desde la misma computadora; además, incorpora aplicaciones ya conocidas por los cybernautas, como son las conferencias de larga distancia, al costo de una llamada local. Esta solución de NEC es muy prometedora, y es posible que sea adquirida por las grandes compañías proveedoras de servicios de teléfono en todo el mundo, con lo que captarían un mercado en constante crecimiento: el de los s de Internet.

tecnologías para la producción de circuitos integrados. Tradicionalmente, los componentes electrónicos que forman un chip se construyen con base en capas de semiconductor, que pueden ser del tipo N o del tipo P; pero básicamente se trata de un diseño en dos dimensiones (de hecho, de esta característica se desprende el nombre con que se conoce al método más usual de fabricación de integrados: “tecnología planar”). Sin embargo, dicha tecnología parece estar llegando a sus límites, por lo que ya se trabaja en el desarrollo de un nuevo método de construcción que permita continuar con la acelerada tendencia a la miniaturización. Ahora, los nuevos diseños se basan en redes tridimensionales con billones de elementos conmutadores; mismas que aprovechan las características cuánticas de los materiales empleados en su construcción. Con esto, las velocidades de procesamiento general del dispositivo alcanzan niveles del orden de los terahertz (THz: millones de megahertz). Esto ha dado pie a la investigación y desarrollo de nuevas aplicaciones, básicamente en las computadoras para el procesamiento de información en tiempo real. Pero seguramente la aplicación de este tipo de tecnologías se extenderá a muchas otras áreas, como las telecomunicaciones o el proceso de información de muy diversas índoles.

En búsqueda del superchip

NEC presenta un nuevo sistema de seguridad para llamadas telefónicas

Como resultado de las constantes investigaciones realizadas por diversas empresas líderes en el mundo de la electrónica, entre las que destacan IBM, Motorola y Texas Instruments, se han desarrollado nuevas

En la pasada exposición de telecomunicaciones realizada en la ciudad de México, Supercom 97, la empresa NEC dio a conocer un dispositivo que garantiza la privacidad en llamadas telefónicas.

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Este sistema se basa en dos módulos electrónicos conectados uno en cada extremo de una línea telefónica, lo que permite una conexión “punto a punto”. Cuando se utilizan estos módulos, sólo se logra completar la llamada si se tienen ambos dispositivos conectados, uno en el teléfono desde donde se llama y otro en el teléfono donde se recibe la llamada. Dichos módulos, mediante un proceso de codificación y descodificación (encriptamiento) eliminan cualquier posibilidad de intercepción o intervención de la llamada telefónica, de modo que cualquier persona que trate de escuchar la conversación sin estar autorizada, tan sólo recibirá ruido sin ningún sentido; sin embargo, cuando se utiliza el módulo de recepción de llamadas el mensaje es decodificado y recibido sin problemas. Con esto se pretende eliminar el espionaje telefónico, beneficiando a personas o compañías que precisen transmitir por ese medio información estrictamente confidencial y de vital importancia para sus negocios. Otra de las ventajas de este sistema es que es extremadamente portátil, pues estos módulos se pueden conectar en cualquier línea telefónica y son del tamaño de un teléfono digital común.

La hypermedia plantea nuevos retos a los educadores La hypermedia o multimedia interactiva es un medio de comunicación por computadora, en el cual se combinan texto, imágenes, sonido, animaciones y video en una amplia variedad de posibilidades. La característica principal de este nuevo medio de comunicación, es que requiere la participación activa del para “navegar” por

la información, a diferencia de los medios tradicionales, como la televisión, el cine o la radio, donde los espectadores o escuchas adoptan un papel pasivo. Otra característica muy importante de la hypermedia, es que el a la información no es “lineal”, como cuando leemos un libro, en el que recorremos con la mirada renglón por renglón, sino “multilineal”, porque la información tiene tantos caminos como una telaraña, y el puede llegar a ellos según su voluntad y desde cualquier punto en el que esté ubicado. Además de la computadora, dos son los inventos clave en los que descansa la hypermedia: el CD-ROM (discos de la misma tecnología del convencional CD, pero aplicados a la computadora) y la World Wide Web o simplemente Web (uno de los principales recursos de Internet). Gracias a estos recursos, cualquier persona en la actualidad tiene instantáneo a información no sólo muy rica en posibilidades de asimilación, sino también en grandes cantidades e incluso ubicada a distancias de miles de kilómetros. Sólo necesita una computadora con hardware multimedia, estar conectado a Internet y programas en CD-ROM. Sin duda, los educadores en un futuro no muy lejano tendrán que replantearse los métodos de enseñanza tradicionales, pues cada vez será más importante que los estudiantes aprendan a ubicar y saber utilizar la información cuando la necesiten, más que ser una bodega de conocimientos con calificaciones de 10. La revolución digital está en marcha.

Alberto Franco Sánchez

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LA ERA DIGITAL Leopoldo Parra en colaboración con Felipe Orozco

El imperio de los bits

Ya sea que usted encienda el televisor, escuche un CD, hable por teléfono, utilice el cajero automático, navegue por Internet o consulte una base de datos computarizada, lo más probable es que esté haciendo uso de alguna tecnología digital. En este artículo haremos un breve recuento del panorama tecnológico que se avizora en el presente y en el que, de una u otra forma, intervienen sistemas y circuitos digitales.

La tecnología digital no sólo ha permitido la fabricación de nuevos aparatos de consumo que ofrecen prestaciones inéditas, tal es el caso de los televisores con efectos digitales, los reproductores de CD, las agendas y traductores de bolsillo e incluso las nuevas “mascotas virtuales”; también ha modificado nuestra percepción del mundo y de nosotros mismos por el surgimiento de nuevos sistemas de comunicación, de los que la red Internet y la televisión por satélite son algunos ejemplos. E igualmente ha propiciado una revolución en nuestros sistemas de aprendizaje, laborales, fabriles, de diagnóstico clínico y en numerosos campos más, gracias a los microprocesadores. En resumidas cuentas, la humanidad no es la misma ni piensa igual que hace una generación. Las sociedades antiguas evolucionaban de manera muy lenta, en parte porque no había medios de comunicación ágiles y, por consecuencia, no había mucho o entre culturas distintas. No en vano la imaginación popular

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concibió tantos mitos y leyendas, pues los pueblos sin comunicaciones son campo fértil para la superstición (figura 1). No es el caso de este fin de siglo, que se caracteriza por su dimensión a escala del planeta y por sus cambios tan profundos y tan rápidos. La tecnología, y especialmente la electrónica, es quizás la muestra más perceptible de ese mudar incesante que llega a producir vértigo y desconfianza. ¿Quién, siendo adulto, no ha sentido alguna vez recelo por los nuevos sistemas de entretenimiento como los videojuegos y el Tamagotchi? ¿Quién no se ha impresionado por la capacidad de procesamiento de las computadoras? ¿Quién, especialmente si su área de trabajo es la electrónica, está completamente seguro que no necesita adaptarse y asimilar nuevos conocimientos? Algo es muy cierto de esta época: el mundo se nos mueve, y mucho. Ese es justamente uno de los rasgos de lo que algunos especialistas llaman “era digital”.

Si bien la tecnología digital no ha desplazado a la tecnología analógica, y no sabemos si llegue a hacerlo, sí ha mostrado una mayor eficiencia

en cuanto al tratamiento de señales y el almacenamiento y procesamiento de información, lo que a su vez ha dado origen a nuevos sistemas electrónicos y nuevas prestaciones de los equipos. Y es que un aparato que antes requería de una enorme y compleja circutería analógica para llevar a cabo cierto proceso, ahora, con los recursos digitales, no sólo puede incorporar novedosas funciones, sino también ser simplificado en su construcción. Además, gracias a los circuitos de conversión analógico/digital y digital/ analógico, la electrónica de los bits ha invadido de forma exitosa áreas que se consideraban verdaderos bastiones de las señales análogas. La tecnología digital puede expresar sonidos, imágenes y datos con sólo dos estados lógicos: ausencia y presencia de voltaje, o unos y ceros. Esto permite manejar información con un gran margen de seguridad, pues un 1 y un 0 siempre serán 1 y 0, mientras que los niveles de voltaje de una señal análoga pueden sufrir degradaciones durante los procesos electrónicos, ser influenciadas por ruidos externos, sufrir pequeños errores en el proceso de almacenaje y/o recuperación, etc. Y aunque las señales digitales también son susceptibles de las mismas alteraciones, es posible aplicar poderosos métodos de detección y corrección de errores que garantizan

En la antigüedad, los mitos y supersticiones tardaban años en extenderse y siglos en desaparecer. Por ejemplo, en Europa durante varios siglos de la Edad Media existió la creencia de que la mandrágora, una planta cuyas raíces son de un vago parecido con la forma humana, tenía poderes curativos y mágicos. Algunas leyendas decían que la mandrágora nacía del semen de un asesino que era ahorcado por sus crímenes y que, al ser arrancada de la tierra, producía un chillido tal que quienes lo escuchaban enloquecían y morían poco después. Para arrancar una mandrágora había que tomar ciertas precauciones: ponerse de cara al viento, describir con la espada tres círculos en torno y, al extraerla, mirar al poniente. También se decía que la mandrágora no podía ser arrancada sin que muriera un ser vivo, por ello se recomendaba emplear un perro hambriento que, al correr tras un pedazo de carne, tirase de una cuerda atada a la planta. El hombre tenía que taparse los oídos, si no quería morir junto con el animal. Una vez arrancada, la raíz era limpiada, vestida como si fuera un niño pequeño y guardada en una caja de madera, para convertirse en un poderoso amuleto que daba salud, riquezas y vigor sexual, entre otros dones. En la actualidad, los mitos o rumores (como el del chupacabras) se extienden en cuestión de horas gracias a los medios de comunicación, pero también se olvidan rápidamente.

Figura 1

Ventajas de la tecnología digital

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Comunicaciones Ya sabemos que las comunicaciones electrónicas van mucho más allá de una simple conexión telefónica. Revisemos algunos sistemas que ya se están empleando en nuestros días y que posiblemente se vuelvan elementos cotidianos en un futuro cercano.

Con una tarjeta capturadora de video y una pequeña cámara con CCD, es posible efectuar videoconferencias de computadora a computadora vía Internet, aun cuando éstas se encuentren en diferentes partes del mundo. Aunque el movimiento no es continuo, ni la resolución muy elevada, es suficiente para la videoconferencia.

Videoconferencia No obstante que ya tiene más de 100 años de haber sido inventado, el teléfono ha mostrado pocos cambios significativos en sus principios básicos de operación (de hecho, es posible utilizar un aparato antiguo en las modernas líneas digitales). Sin embargo, desde hace varios años se ha trabajado en sistemas que permiten además observar en una pequeña pantalla al interlocutor. Se han hecho múltiples experimentos en esa dirección, aunque un obstáculo muy importante es la inversión necesaria para sustituir los tradicionales cables de cobre de la red telefónica, por un tendido de fibra óptica que permite un ancho de banda muy amplio. Cuando sólo se maneja una señal de audio (y ni siquiera de muy alta calidad), es suficiente el cableado tradicional, pero cuando se requiere enviar el enorme flujo de datos que implica la transmisión de una imagen en movimiento, la pérdida de fidelidad en el trayecto es tal que la comunicación se vuelve prácticamente imposible. A pesar de esta limitante, a la fecha se han realizado algunos experimentos que permiten la transmisión de imágenes de baja resolución, utilizando las mismas líneas telefónicas y el mismo estándar de comunicaciones que emplean millones de teléfonos alrededor del mundo. Compa-

Cortesía de USRobotics

la fiabilidad de la información grabada, transmitida, procesada o recuperada. Otras ventajas de la tecnología digital sobre la analógica son las siguientes: la posibilidad de comprimir los datos de manera muy eficiente; la capacidad de mezclar múltiples señales en un solo canal sin que se interfieran entre sí; el uso de razones variables de datos; etc. Por supuesto, al igual que todos los avances que son profundamente innovadores, la tecnología digital es resultado de los desarrollos en otros campos: la construcción de circuitos integrados de bajo costo y muy alta complejidad; las nuevas técnicas de manejo de datos numéricos, que permiten operaciones más eficientes y simplifican procesos muy complicados; la fabricación de poderosos microprocesadores capaces de efectuar millones de operaciones por segundo; y, en general, de una continua evolución en el manejo de señales digitales.

Cámara de video

Toma recibida con un módem de 33.6 Kbps

Figura 2

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ñías tan importantes como Casio, AT&T, Laboratorios Bell, Matsushita y otras más, han presentado prototipos funcionales de sistemas que son capaces de transmitir igualmente voz e imagen. Por supuesto, la imagen transmitida es de muy baja resolución y con una frecuencia de refresco de apenas unos cuantos cuadros por segundo, pero se espera que, conforme se desarrollen las tecnologías de codificación y de compresión de datos, su calidad mejore. Hasta el momento ningún sistema ha sido aceptado por las grandes compañías telefónicas como un estándar, aunque ya está en uso una alternativa muy prometedora: por medio de la red Internet es posible enlazar dos o más computadoras utilizando las líneas telefónicas tradicionales, y entre sus mensajes intercambiados se puede hacer una combinación de audio y video comprimido, en pequeños “paquetes” que se decodifican en el sistema receptor y se presentan al como voz proveniente de la tarjeta de sonido e imagen expedida en el monitor (figura 2). La ventaja de esta innovación, es que las computadoras pueden estar ubicadas en puntos muy distantes del planeta, pero el costo de la llamada no es de larga distancia, sino local, de la misma manera que los demás servicios de Internet. No está de más recordar otro servicio moderno que constituye una alternativa de comunicación barata, eficiente e instantánea: el correo electrónico. Si usted está conectado a Internet sabe a qué nos referimos.

a la vez, al tiempo que transfiere enormes cantidades de datos derivados de los flujos de llamadas telefónicas. Conforme se desarrolló todo un sistema de satélites comerciales, las grandes compañías televisoras pudieron vender directamente sus señales a los s. Fue entonces cuando se comenzó a instalar en muchos hogares del mundo las tradicionales antenas parabólicas que toman la señal que “baja” del satélite y la entregan a un receptor especial que finalmente recupera las emisiones televisivas. La desventaja de dicho sistema, es que se requiere una antena de grandes dimensiones y un enorme mecanismo que permita cambiar su orientación hacia tal o cual satélite. Ese sistema de recepción de TV vía satélite ha quedado obsoleto gracias a las técnicas digitales, que mediante una poderosa compresión de datos hacen posible la transmisión y codificación de varios canales en el mismo ancho de banda dedicado normalmente a un solo canal. De esta manera, es posible utilizar una pequeña antena orientada de manera permanente hacia una misma dirección, desde donde transmite su señal uno o más satélites geoestacionarios. A

Seguramente usted ha sido testigo de la propagación de antenas parabólicas que reciben directamente la señal de un satélite. En los años 60’s, en plena carrera entre norteamericanos y soviéticos por la conquista del espacio, comenzaron las primeras transmisiones de televisión por satélite (figura 3). Al principio, con el lanzamiento del Early Bird apenas se consiguió un flujo de 240 llamadas telefónicas simultáneas entre Europa y Estados Unidos; sin embargo, de entonces a la fecha los circuitos de manejo de señal incluidos en los satélites, han avanzado a tal grado que un satélite moderno puede manejar cientos de canales de TV y audio

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Photodisc

Televisión vía satélite

La carrera por la conquista del espacio iniciada en los años 60’s entre norteamericanos y soviéticos, desembocó en una gran infraestructura satelital en la que descansan las modernas comunicaciones teléfonicas, televisivas, radiofónicas y el Internet, entre otros servicios.

Figura 3

este nuevo sistema se le conoce como DTH-TV (siglas de Direct-to-Home TV o televisión directa al hogar). Para mayores detalles, consulte el artículo que al respecto publicamos en este número de Electrónica Radio-Gráfica. Internet también ha sido planteado como un recurso para la transmisión de programas televisivos (figura 4A), aunque igualmente se ha topado con la barrera del ajustado ancho de banda de las líneas telefónicas tradicionales; sin embargo, es posible que con la aparición de los llamados Cable Modems (dispositivos que utilizan las líneas de TV por cable para establecer enlaces vía Internet, figura 4B) y el consiguiente aumento en la velocidad de transferencia de datos, la TV por esta red se convierta en algo cotidiano.

Comunicación y localización personal La telefonía celular es un medio de comunicación que apareció hace pocos años y que ha tenido buena aceptación, y si bien las emisiones son analógicas, su tecnología depende en los centros de control de sistemas digitales muy complejos. Además, se le han incorporado recursos digitales de encriptación de conversaciones para evitar que personas ajenas puedan interceptar llamadas, así como “llaves de seguridad” que permiten precisar si una llamada efectivamente proviene de un cierto teléfono o si algún “pirata” está tratando de utilizar la línea sin derecho. Una adición

más, es el cálculo automático de facturación, por medio del cual el puede ir controlando sus consumos telefónicos. También han surgido sistemas masivos de radio-localización, los llamados beeper, los cuales pueden transmitir mensajes sin importar el punto de la ciudad donde se encuentre el . Para ello, las compañías proveedoras del servicio poseen estaciones radiales, que emiten en todas direcciones el mensaje, pero con una clave digital única para que sólo pueda ser decodificada por el receptor destinatario. Incluso, el mismo mensaje se envía en formato digital y se despliega en una pantalla de cristal líquido mediante caracteres alfanuméricos. Pero hay todavía un sistema de localización personal no muy conocido. ¿Ha observado en algunos camiones repartidores la leyenda “Protegido con sistema de localización vía satélite”? Esta forma de ubicación se basa en un pequeño aparato denominado GPS (Global Positioning System o Sistema de Posición Global, figura 5), el cual recibe las señales enviadas por tres o más satélites colocados en órbita estacionaria; midiendo de forma muy precisa el tiempo que tarda cada señal en llegar, es posible determinar la ubicación del camión (lo cual se logra con un margen de error de pocos metros); para llevar a cabo este cálculo, los GPS necesitan forzosamente de una computadora que mide los retardos de las

Figura 4A Figura 4B

Dos cuadros por segundo

Transmisión típica de señales de video por Internet. Observe el reducido tamaño de la imagen, su baja resolución y la muy baja velocidad de refresco de dos cuadros por segundo (fps). Este videoclip de Gloria Estefan lo puede ver en la siguiente dirección: http://www.tvontheweb.com

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Figura 5

Sistema de posición global de Sony, que mediante satélite establece su posición y curso en modalidades mapa, coordenadas o planos. Los datos se despliegan en una pantalla de cristal líquido.

de que pueden almacenar una cantidad de datos seis veces mayor a la de un disco de audio digital debido a que es menor el tamaño de los pits de información (B); y aun esa capacidad podría llegar a ser hasta más de 20 veces superior a la que alcanza un CD, gracias a un sistema de grabación por capas (C). Esto hace que el DVD se convierta en un medio de almacenamiento ideal para video digitalizado, con la ventaja de que proporciona mejor calidad de imagen que las tradicionales cintas magnéticas, y que además ofrece las ventajas del medio óptico: su nulo desgaste y la posibilidad de añadir datos de control y de detección y corrección de errores en la lectura.

La televisión de alta definición

señales de los satélites, realiza la triangulación de señales y localiza con exactitud el punto del globo terrestre en que se encuentra. Este método también ha venido a revolucionar los sistemas de orientación en la navegación marítima y aérea, pues permiten a los capitanes de barco y a los pilotos consultar en tiempo real la posición del barco o la nave a través de una computadora a bordo que recibe las señales del GPS.

Audio y video Esta es una área donde los cambios son percibidos muy rápidamente por el público consumidor y por el especialista electrónico, y probablemente es la que más influye en nuestros hábitos de entretenimiento. Enseguida haremos referencia a algunos de sus principales avances.

El DVD Recientemente entró al mercado de consumo y de computación un nuevo sistema de almacenamiento de información que seguramente va a reemplazar a las cintas de video y al CD convencional: nos referimos al formato de audio y video digital conocido como DVD o disco versátil digital. Estos discos tienen un aspecto muy similar al de un CD común (figura 6A); de hecho, su tecnología de fabricación es similar, con la salvedad

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Aunque ya tiene más de 50 años, el formato de televisión NTSC sigue rigiendo la transmisión y recepción de señales televisivas en la mayor parte del mundo. Este formato fue diseñado a finales de los años 40´s, y aunque gradualmente se le han añadido ciertas innovaciones (como la inclusión del color o del audio en estéreo), en un aspecto tan importante como la resolución de imagen no ha habido mejoras. Dicho formato puede manejar un máximo de alrededor de 350 líneas horizontales, lo cual queda muy por debajo del manejo de video en computadoras personales, donde las imágenes son de 600, 700 o más de 1000 líneas de resolución horizontal. Ya hace más de diez años que en Europa, Japón y Estados Unidos se han planteado nuevos formatos de televisión de alta definición; sin embargo, el problema de su estandarización es que requieren un tipo de televisor especial para dichos formatos, y los millones de aparatos que ya existen son incompatibles con los nuevos sistemas. No obstante, después de años de investigación y discusiones, finalmente en 1997 se aprobó en Estados Unidos un nuevo estándar que ofrece una resolución horizontal superior a las mil líneas, lo cual permite el despliegue de imágenes con calidad equivalente a la de una película de 35 mm (se estima que un televisor actual tiene una calidad muy similar a la de una película de 8 mm).

Figura 6

A

Reproductor de DVD

CD B

C

DVD

En el DVD, es posible grabar hasta cuatro capas independientes, lo que multiplica aún más la capacidad de almacenamiento. Una comparación entre el tamaño de los pits de información de un CD y los de un DVD.

Para conseguir este impresionante incremento en la resolución sin que se dispare el ancho de banda requerido, se necesita forzosamente del proceso digital de imágenes, las cuales, una vez convertidas en 1’s y 0’s, pasan por complejos métodos de compresión de datos que permiten reducir el ancho de banda de la señal a aproximadamente una sexta parte de su tamaño original. Esta señal reducida puede transmitirse utilizando

el mismo ancho de banda que necesita un canal de TV común, lo cual es muy conveniente porque amplía la flexibilidad en el manejo del espectro electromagnético (de por sí ya cercano al punto de saturación). Una desventaja de dicho sistema de televisión, es que es incompatible con los actuales receptores NTSC; es decir, los televisores actuales no podrán captar la nueva señal, como sí ocurrió

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con el surgimiento de la TV color, y los receptores en blanco y negro pudieron seguir funcionando normalmente. De esta manera, para poder recibir las transmisiones de TV de alta definición que en próximos años reemplazarán a las del patrón NTSC, los s tendrán que adquirir un nuevo receptor.

permite combinar las ventajas del disco compacto y la flexibilidad de las cintas en cuanto a su capacidad de grabación (figura 7C). Este desarrollo parece ser el más prometedor de los tres métodos de grabación de audio digital a nivel consumidor, aunque con la próxima generación de DVD’s grabables, es posible que no alcance su consolidación.

Métodos de grabación de audio digital A pesar de que el manejo digital del audio no es novedoso (se popularizó en 1981, con el surgimiento del disco compacto), hasta hace algunos años no existía un medio que fuera no solamente de lectura, sino también de escritura. En la actualidad existen varias opciones a nivel de consumidor para la grabación de audio digital: el DAT, el DCC y el Mini-Disc. Cada uno de estos sistemas funciona con principios particulares y son incompatibles entre sí. El DAT o cinta de audio digital, es un sistema patentado por Sony que trabaja con base en un tambor giratorio similar al de una videograbadora (figura 7A); puede almacenar una señal estereofónica de audio muestreada con una precisión de 16 bits y una frecuencia de 48 KHz, garantizando una buena captura de toda la gama dinámica audible por el ser humano (figura 7A). Este sistema fue el primero que ofreció al público consumidor la posibilidad de grabar audio en formato digital (sin tomar en cuenta a las grabadoras de audio PCM, que se utilizaron en algunas máquinas Beta); no obstante sus ventajas, no tuvo mucha aceptación, excepto en los estudios de grabación y en las radiotransmisoras. El DCC es también un sistema de cinta, aunque trabaja con base en cabezas múltiples que graban los tracks de manera paralela (figura 7B). Este sistema es una patente de Philips y tiene la ventaja de que el aparato, a pesar de grabar y reproducir cintas en formato digital, es compatible con los cassettes de audio analógicos, que también es una patente de Philips de 1963. Con esto se buscó que los consumidores tuvieran un incentivo adicional para adquirir este nuevo formato, aunque hasta la fecha sus resultados no son muy exitosos (su principal punto de venta es Europa). Finalmente, el Mini-Disc, otra patente de Sony, trabaja por medios magneto-ópticos, lo que le

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Proceso digital de audio Los fabricantes equipos de audio, están incluyendo en sus diseños sistemas que ofrecen novedosas experiencias auditivas, tales como la emulación del sonido envolvente de una sala de conciertos, de un espacio abierto, de un concierto al aire libre, etc. Esta reproducción de ambientes sonoros es posible gracias al proceso digital de señales, que identifican las características fundamentales de las distintas locaciones comunes y, por métodos lógicos, los emulan para dar al espectador la impresión de estar en un recinto completamente distinto a la sala de su casa. Estos aparatos incluyen complejos procesadores que, a partir de una señal original, pueden recrear los ecos y rebotes de sonido que producen ciertas salas o sitios específicos, “rodeando” al auditorio con sonidos que le dan la sensación de encontrase en dicha localidad.

Procesamiento de datos No hay rama de la tecnología que avance a un ritmo tan acelerado como la informática, tanto en sus aspectos de hardware como de software. A tal grado han evolucionado las computadoras en los últimos años, que se estima que la potencia de cálculo conjunta de todos los ordenadores que controlaron la misión Apolo 11 que llevó por primera vez al hombre a la Luna en 1969, es menos poderosa y versátil que una computadora moderna. Analicemos algunos puntos relevantes de esta tecnología.

Microprocesadores Desde que se desarrollaron los primeros circuitos integrados en la década de los 60´s, se vislumbró la posibilidad de condensar en una sola pastilla

Figura 7

A

Ensamble de cabezas del DCC

B

Cabezas de grabación digital

Cint

a

Sentido de giro para el auto-reversible

Cabezas de reproducción digital

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Cabezas MRH (reproducción analógica)

Cabeza magnética Escritura de datos

C

Rayo láser (radiación continua) Cabeza magnética Bobina

Distancia aproximada entre la cabeza magnética y el disco Capa protectora

Sustrato (sección principal)

Disco MO (sustrato superficial)

de silicio todos los elementos necesarios para efectuar los complejos cálculos que se llevan a cabo en una computadora; sin embargo, es posible que los investigadores no imaginaran que se podrían incorporar cientos de miles e incluso millones de elementos semiconductores en un chip de apenas algunos milímetros cuadrados.

Dirección de revoluciones

Rayo láser Lado opuesto de la circunferencia

Los modernos microprocesadores de quinta y sexta generación de la plataforma PC, están constituidos por más de cinco millones de transistores que trabajan a altísimas velocidades, alcanzando 300 MHz de frecuencia de reloj. Tan sólo el Pentium II de Intel incluye 7.5 millones de transistores y trabaja con velocidades que van

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Figura 8 El 4004de Intel, primer microprocesador fabricado en el mundo (1971); contenía 2300 transistores

El Pentium II de Intel, lanzado en 1997, contiene 7.5 millones de transistores.

de 200 a 300 MHz, y ya se anunciaron frecuencias todavía mayores (figura 8). En plataformas alternativas, como los procesadores Alpha de la compañía Digital Equipment (tecnología recientemente adquirida por Intel), ya se distribuyen comercialmente circuitos que rebasan los 600 MHz de velocidad. Otros desarrollos en el campo de los microprocesadores, es la incorporación de grandes magnitudes de memoria caché de rápido para la ejecución predictiva de operaciones, la inclusión de múltiples líneas de ejecución que permiten realizar más de una operación por ciclo de reloj, la ampliación de los buses de comunicación que permite la adquisición o expedición de varios bytes a la vez, la inclusión de las unidades de punto flotante en la misma estructura del chip, etc. De hecho, aproximadamente cada seis meses los fabricantes de microprocesadores presentan alguna innovación que hace a sus dispositivos más poderosos y flexibles. Esto ha puesto al alcance de cualquier promedio de computadoras, una capacidad de

procesamiento de datos que hasta hace pocos años estaba destinada a grandes empresas o universidades. Como un dato interesante, le diremos que TRON, una película de Disney filmada en la segunda mitad de los 70´s, fue una de las primeras cintas que incorporó animaciones en computadora con gráficos renderizados en tres dimensiones. Pues bien, en aquella época se requirió toda la potencia de una computadora Cray de 64 bits para realizarlas; en la actualidad, los videojuegos de la consola Nintendo 64 incluyen un microprocesador de 64 bits de Silicon Graphics y pueden generar animaciones de mejor calidad que las de obtenidas en TRON.

Capacidad de almacenamiento de datos Actualmente, una computadora con microprocesador Pentium, equipo multimedia, disco duro de más de un gigabyte, tarjeta de fax-módem, etc. llega a costar menos de mil dólares. En cambio, hace unos quince años tan sólo un disco duro de 10 ó 20 megabytes (el 1% de la capacidad típica actual), podía costar unos 1,500 dólares.

Disco magneto-óptico

1

2

3

Para grabar un disco por medios magneto-ópticos, un rayo láser de alta potencia eleva la temperatura de un punto en el disco (1), al tiempo que se le aplica un campo magnético intenso (2). Gracias al "efecto Curie", una vez que se ha apagado el láser el punto queda magnetizado, con lo que queda grabado un bit de información (3).

Figura 9

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Al igual que la mayoría de componentes de una computadora, los discos duros han experimentado una caída sensible en sus precios asociada a crecientes mejoras tecnológicas; en este caso, hablamos de un extraordinario incremento en la capacidad de almacenamiento, disminución de los tiempos de a los datos y fiabilidad de la información. Ello se ha conseguido gracias a avances en la tecnologías de fabricación de los platos magnéticos, de las cabezas de lectura/escritura y de los circuitos que codifican y manejan la información. Incluso, desde hace algunos años se viene utilizando la tecnología magneto-óptica como alternativa para el almacenamiento de datos (figura 9). Y no hay que olvidar que el CD-ROM (la misma tecnología del disco compacto de audio digital, pero aplicada a sistemas de cómputo) por muchos años se mantuvo como el medio por excelencia para la venta de programas multimedia, debido a su alta capacidad de almacenamiento (hasta 640 MB de información) y muy bajo costo. Es más, pruebas de laboratorio en las que también se combinan las tecnologías óptica y magnética, prometen multiplicar por un factor de 10 la capacidad de almacenamiento, utilizando básicamente los mismos discos magnéticos; al mismo tiempo, se están experimentando métodos para grabar información en cristales fotosensibles e incluso para utilizar memorias tipo RAM como principal medio de almacenamiento de datos, con el consiguiente aumento de la velocidad de . Gracias a estos avances, se calcula que hacia principios del próximo siglo una computadora estándar podría contener decenas o cientos de gigabytes de información en dispositivos de tamaño muy reducido.

Windows de Microsoft en PC) constituyó una revolución total en el desarrollo y popularización de las computadoras personales, permitiendo que s poco experimentados tuvieran a los recursos de cálculo de un ordenador moderno, pues la lógica de los menús, iconos y ventanas es sumamente intuitiva (figura 10). Además de Microsoft y Apple (propietaria de Macintosh), actualmente grandes firmas mundiales, entre las que se cuentan IBM, QNX y Linux, están trabajando en el diseño de sistemas operativos que ofrezcan una interface de comunicación que mejore la interactividad entre el y la computadora. De manera específica, se pretende añadir sistemas de reconocimiento de instrucciones orales; además, se busca una mayor integración entre el sistema operativo e Internet, ya que al parecer la tendencia a nivel mundial es que toda computadora esté conectada a la “red mundial”; la integración del navegador de Internet con el sistema operativo, permitiría ese enlace de manera natural para el . De hecho, desde hace algún tiempo están disponibles programas de reconocimiento de voz, que permiten al dictarle una carta directamente a la computadora (Macintosh puso a la venta hace algunos años una máquina a la que se podían dictar cartas sencillas, aunque sólo trabajaba en inglés). Para los s discapacitados también se han desarrollado programas que

Ventana del procesador de textos de Works 95

Barra de botones para ejecutar diversas acciones en Works Menús

Interface máquina- Quienes llevan algunos años en el medio de la computación, seguramente saben que el sistema operativo DOS sólo puede manejarse mediante órdenes alfanuméricas introducidas por el desde el teclado. El surgimiento de los ambientes gráficos (el MacOS en Macintosh, el Workbench de Amiga y

Escritorio de Windows 95 Iconos para ejecutar programas y otras tareas

Menú de ayuda de Works

Figura 10

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permiten dar algunas órdenes verbales al sistema, controlar la ejecución de los programas mediante periféricos especiales e incluso sistemas que le permiten a un invidente digitalizar páginas de un libro y traducir los textos en voces sintetizadas o ser impresos en Braille.

Figura 11

Podemos decir que Internet, es la unión a nivel mundial de varios millones de computadoras repartidas en diversos países y continentes. Todas las comunicaciones entre ellas se llevan a cabo utilizando la infraestructura telefónica, de ahí su amplia difusión.

Internet Pocos temas han generado tanta expectación como Internet, aun entre el público que raramente trabaja con una computadora; y es que la red mundial de computadoras ofrece una serie de servicios que definitivamente han modificado el concepto de la comunicación. Internet es una red mundial de computadoras conectadas entre sí por medio de líneas de rápido , a través de comunicaciones vía satélite o por simples líneas telefónicas (figura 11). Estos son los servicios de Internet más utilizados, y todos al costo de una llamada telefónica local: 1) Correo electrónico. Permite el intercambio de información escrita (pueden enviarse también imágenes, gráficos o cualquier otro tipo de archivo computacional) de forma prácticamente instantánea y a cualquier parte del mundo. 2) IRC. Permite entrar a grupos virtuales de conversación escrita, en los que navegadores de distintas partes del planeta “se reúnen” para intercambiar experiencias sobre un tema específico; lo que un escribe en su computadora los otros lo reciben. A estos servicios también se les conoce como chats. El concepto también ha evolucionado hacia la conversación directa como si fuera una llamada telefónica (los llamados Internetphone) e incluso hacia la transmisión de la imagen de los interlocutores (la videoconferencia, de la que ya hablamos). 3) La World Wide Web (telaraña mundial). Es un sistema basado en “páginas “, que no son otra cosa que interfaces similares a las que se utilizan en los programas multimedia, es decir, pantallas con texto, gráficos, sonidos, animación y otros elementos de control que se utilizan en los programas con interface gráfica (figura 12). Y al igual que en un progra-

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ELECTRONICA radio-gráfica

ma multimedia, la pantalla tiene textos e imágenes sensibles que, al colocar el puntero del ratón y hacer clic, permiten “saltar” de un punto a otro de la misma página o hacia otra página. La Web es la parte más exitosa de Internet y la que de hecho ha popularizado a esta red mundial de computadoras, debido a su manejo extraordinariamente sencillo. Cualquier persona, aunque no tenga conocimientos de

Botones del programa de navegación por Internet Microsoft Internet Explorer 4.0 Pantalla principal de la página de Aiwa

Botones de a otras partes de la página

Figura con animación

Figura 12

computación, puede “navegar” en la Web. Además, otra de sus ventajas es que hay millones de páginas en todo el mundo, puestas por las empresas, por las universidades y por particulares, que brindan gratuito a todo tipo de información. De hecho, es muy importante que usted, ya sea estudiante o técnico en electrónica, vaya pensando en adquirir una computadora y conectarse a Internet, si es que aún no lo ha hecho. A través sus páginas en la Web, los fabricantes de equipos electrónicos brindan mucha información gratuita y sumamente valiosa; además, se pueden intercambiar experiencias con otros s de diferentes partes del mundo, etc.

Robot utilizado en el ensamble de tarjetas de circuito impreso

Figura 13

Existen otros servicios disponibles en Internet, como grupos de discusión, listas de correo, transferencia de archivos de un servidor hacia cualquier computadora que lo solicite (FTP), etc., pero sin duda estos son los más empleados por el típico.

Electrónica de control Los avances en este campo podemos dividirlos en dos: en el hogar y en la industria. En el primer caso, se han desarrollado diversos sistemas de control remoto, la automatización y programación de los equipos, alarmas y cerraduras electrónicas, etc. En el segundo caso, se han desarrollado sistemas de control que supervisan con exactitud el funcionamiento de grandes maquinarias, que mueven líneas de montaje completas, que manejan robots encargados del ensamble de mecanismos y de la aplicación de pintura, entre otras muchas aplicaciones (figura 13). La electrónica de control aprovecha que los dispositivos digitales permiten tomar decisiones, controlan movimientos de mecanismos, manejan las temperaturas de diversos procesos, determinan los flujos de materiales para producir algún producto, etc. Incluso ya existen en el mundo fábricas 100% robotizadas, que necesitan de mínima supervisión humana. La gran ventaja de los sistemas de control digitales, es que gracias a su núcleo lógico, es

posible adaptar un mismo mecanismo para que atienda necesidades distintas. Así, por ejemplo, en las líneas de montaje de aparatos electrónicos, donde constantemente se están cambiando los circuitos y modelos, se puede seguir aprovechando el mismo sistema de control para la producción de los nuevos diseños; sólo hay que sustituir el programa para que los módulos mecánicos ejecuten movimientos y pasos apropiados a las nuevas necesidades, y sin necesidad de cambiar por completo toda la tableta de control por una nueva. Hay muchos campos más en los que las técnicas digitales han producido un impacto determinante. Por ejemplo, en la simulación y entretenimiento mediante la realidad virtual, en el diseño industrial, en la construcción de prótesis para personas que han perdido algún miembro, en el análisis clínico, en el control electrónico del automóvil, en las transferencias monetarias y en miles de áreas más, algunas de las cuales abordaremos en sucesivos números de Electrónica Radio-Gráfica.

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EL TRANSISTOR EN SU 50 ANIVERSARIO Carlos García Quiroz y Leopoldo Parra Reynada

La electrónica de estado sólido descansa en los semiconductores como medios para la amplificación y rectificación de señales, la conmutación de estados lógicos, etc. Desde su descubrimiento, hace 50 años, los semiconductores mostraron ventajas con respecto a las válvulas de vacío, pues permitieron construir dispositivos más pequeños, con un consumo mínimo de energía, eficientes, confiables, fáciles de producir y de conectar. El transistor es el elemento más importante de los dispositivos semiconductores, pues es el “ladrillo” con el que se construye el edificio de la tecnología electrónica moderna.

Comienza la revolución digital En el último número de diciembre de 1997, la revista Time designó como el hombre del año a Andrew Grove, cofundador de Intel, y no precisamente por la sencillez extrema que lo caracteriza, sino por la influencia determinante que a nivel mundial ejercen los productos de esa gigantesca compañía. Intel es la empresa que fabricó por primera vez un microprocesador, una pastilla de circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para realizar los complejos cálculos numéricos y lógicos que se ejecutan en una computadora. Nos referimos al ya legendario 4004, un microprocesador con apenas 2300 transistores, pero con la misma capacidad de cómputo que la ENIAC, la primera computadora (1947), la cual contenía unas 18 mil válvulas, ocupaba una habitación entera para albergar sus gigantescas proporciones y pesaba 30 toneladas (figura 1). La industria de los microprocesadores y sus productos complementarios (monitores, discos duros, memorias, tarjetas de interface, sistemas operativos, programas de aplicaciones, etc.), cons-

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Figura 1

menzar en la tecnología electrónica, con repercusiones en todas las áreas del quehacer humano. Por su descubrimiento, William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain fueron acreedores al Premio Nobel de Física en 1956 (figura 2).

En el principio fue la válvula de vacío

Archivo de AT&T

tituyen el motor de las modernas economías, especialmente de la norteamericana, donde tan sólo Silicon Valley, una pequeña región de California, produce alrededor de 200 mil millones de dólares al año (¡más de la mitad de todo lo que produce México en el mismo período!). No es gratuito que los especialistas económicos afirmen que los países desarrollados tienden hacia una economía digital. Pero los microprocesadores no son sino un eco o resultado de otro invento sobre el que en última instancia se fundamenta la revolución digital: el transistor. Hace 50 años, el 23 de diciembre de 1947, científicos de los Laboratorios Bell demostraron que un dispositivo construido con base en materiales sólidos, podía comportarse de forma prácticamente idéntica a las válvulas de vacío, pero sin sus inconvenientes. Aunque desde un principio se supuso que el invento tendría mucha importancia en el futuro, sus inventores jamás imaginaron la revolución que estaba a punto de co-

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Científicos de los laboratorios Bell que desarrollaron el transistor. Al frente, Shockley, atrás izquierda, Bardeen y atrás derecha Brattain.

Figura 2

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El transistor vino a desplazar a otro gran dispositivo en el que descansó por décadas la incipiente tecnología electrónica: la válvula triodo, inventada en 1906 por Lee De Forest, quien a su vez se apoyó en la válvula diodo, inventada en 1905 por John A. Fleming, basándose en un fenómeno (el efecto Edison) descubierto por Tomas A. Edison durante las investigaciones que lo llevaron a inventar la bombilla incandescente. Lee de Forest encontró que una rejilla de alambre electrificada originaba un flujo de electrones cuando se le colocaba dentro de un tubo o válvula de vacío. Dicho flujo podía ser controlado de distintas maneras: se le podía interrumpir, reducir o incluso detener por completo; así por ejemplo, una muy baja corriente de electrones en la entrada del tubo llegaba a ser amplificada por éste, a fin de producir una intensa corriente en la salida, por lo que este dispositivo fue utilizado en televisores, radios y en cualquier otro equipo electrónico en el que se requiriera aumentar el nivel de una señal de entrada. La válvula de vacío pudo ser aprovechada para la rectificación de corrientes (válvula diodo), para la amplificación (válvula triodo) y para un gran número de aplicaciones especializadas (válvulas pentodo, tetrodo y otras más, figura 3). Con todo este potencial en el control de la electricidad, el hombre pudo manejar señales electrónicas (electricidad transportando información); y así surgieron y se desarrollaron nuevas formas de comunicación como la radio y la televisión, y nuevos avances tecnológicos, como el radar y las primeras computadoras.

Surge el transistor Las investigaciones de las que surgió el transistor, como todo desarrollo humano, estuvieron rodeadas de acontecimientos diversos en los que

Los bulbos o válvulas de vacío aprovechaban para su operación la transferencia de electrones entre un cátodo y un ánodo colocados en el vacío, e introduciendo algunas rejillas de control, actuaban como amplificadores.

intervinieron las deducciones lógicas, el ensayo, el error, la suerte y la pericia. El primer transistor fue construido en una base plástica en forma de C, en la cual se montaron dos piezas de un elemento por entonces no muy conocido, el germanio, sostenidas por un resorte elaborado en último momento con un clip de oficina. De las terminales de esta estructura salían delgados hilos de oro, que hacían las veces de conectores para la entrada y salida de señales (figura 4). Con este dispositivo tan rudimentario, los investigadores pudieron amplificar señales de igual forma como lo hubieran hecho con una válvula triodo; y no había necesidad de una envoltura de cristal al vacío, de filamentos incandescentes o de elevados voltajes de operación. En efecto, el transistor (llamado así debido a que transfiere la señal eléctrica a través de un resistor) pudo realizar las mismas funciones del tubo al vacío, pero con notorias ventajas: no sólo sustituyó el complejo y delicado tubo por un sencillo montaje que consiste básicamente en un conjunto de finos alambres “bigotes de gato”, acoplado en un pequeño cristal semiconductor, sino que hizo innecesaria la condición de vacío. Además, no requería de previo calentamiento para empezar a funcionar, y tampoco de un gran volumen para su encapsulado; su estructura fija hacía de él un dispositivo más confiable y duradero; y su consumo de energía era insignificante.

¿Qué es un semiconductor? Para saber cómo trabaja un transistor, se debe entender la manera en que la corriente eléctrica

es conducida a través de un sólido y el principio de operación de los semiconductores. Básicamente, la conducción de electricidad en un sólido depende del grado de libertad de sus electrones. Sabemos que el cobre es un buen conductor, puesto que tiene un electrón en su órbita o capa externa, el cual se libera fácilmente, provocando un flujo de electrones y por consiguiente conducción de electricidad. Y como la mayoría de los metales mantiene esa condición en sus electrones, resultan ser buenos conductores. Por su parte, los llamados “aislantes” son elementos que, como en el caso del azufre, por tener sus electrones contenidos en estrechos enlaces con los núcleos y con otros átomos, no conducen electricidad. Pero existe un tercer de tipo de materiales que no se comportan ni como conductores ni como aislantes puros: los semiconductores; esporádicamente, éstos proporcionan un electrón libre o un espacio hueco para permitir la conducción de la corriente. Entre los semiconductores más comunes puede mencionarse al silicio y al germanio, que tienen aproximadamente un electrón libre por cada mil átomos; esto contrasta con el cobre, que suministra un electrón por cada átomo. Los físicos manifestaron gran interés por dichos materiales, pues al ser posible controlar su número de electrones libres, podían comportarse como conductores ante ciertas condiciones y como aisladores ante otras. Precisamente, una investigación específica sobre las propiedades eléctricas de los semiconductores, fue lo que condujo al desarrollo del transistor. Con el pro-

Archivo de AT&T

Figura 3

Imagen del primer transistor. Los cristales de germanio eran la pequeña pieza en forma de cilindro (emisor) conectada al triángulo (base) y a la placa inferior (colector). Todos los demás elementos son de soporte.

Figura 4

ELECTRONICA radio-gráfica

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pósito de apreciar el comportamiento eléctrico de una de estas sustancias, veamos la figura 5A. Podemos observar un cristal de germanio (o silicio) que tiene en su capa externa cuatro electrones, llamados “electrones de valencia”, que en conjunto enlazan a los átomos. Precisamente, como todos los electrones se encuentran ocupados en unir a los átomos, no están disponibles para generar electricidad. (Gracias a la estructura cristalina, los átomos “comparten” momentáneamente sus electrones exteriores, de modo que viendo una fotografía instantánea del conjunto se podría suponer que en todos los átomos hay ocho electrones en su órbita exterior, condición que resulta sumamente estable, puesto que no deja ningún electrón libre para la conducción de electricidad.) Ahora, supongamos que alguna impureza con cinco electrones en la órbita de valencia (por ejemplo, un átomo de fósforo) entra al cristal. Esto provoca que cuatro de los electrones formen enlaces con los átomos de germanio, pero el quinto queda libre para conducir la corriente (figura 5B).Otro caso similar muy interesante, es el del átomo de boro introducido en el cristal de germanio (figura 5C). El átomo de boro es una impureza con tres electrones de valencia. Aquí, uno de los puntos necesarios para la unión con los átomos de germanio está ausente; se crea entonces un estado de desequilibrio, donde alguno de los átomos de la estructura tan sólo cuenta con siete electrones, lo que deja un espacio libre que puede ser llenado con un electrón viajero. Por consecuencia, la falta de un electrón (a la que se considera una entidad física y se le denomina “hueco”) posee todas las propiedades de esta partícula; es decir, tiene masa y

A

carga; aunque, como está ausente, su carga es positiva en vez de negativa. De acuerdo con este comportamiento, se pudo establecer que un cristal semiconductor es capaz de conducir electricidad cuando se da la presencia de impurezas. Con base en ello, fue diseñado un método de control de electrones o huecos en un cristal, que los científicos de los laboratorios Bell consideraron en el invento del transistor. Dependiendo del tipo de impurezas introducidas en el cristal, existen dos tipos de material: el material tipo N o negativo (que posee algunos electrones libres) y el material tipo P o positivo (con algunos huecos libres). Estos materiales se combinan entre sí para construir diversos tipos de dispositivos, siendo el más común de todos ellos el transistor bipolar, cuya operación explicaremos a continuación.

Principio de operación de un transistor A los transistores con las características citadas se les denomina “bipolares”, y su estructura interna es como se muestra en la figura 6A. Note que se forma con tres capas alternadas de material semiconductor: una N, otra P y finalmente otra N (es por ello que se les llama NPN). Observe también que a la terminal conectada en la parte superior del dispositivo se le denomina “colector”, a la capa intermedia “base” y a la inferior “emisor”. Veamos cómo funciona el conjunto. En primer lugar, para que un transistor funcione tiene que estar polarizado en cierta forma; en el caso que nos ocupa (transistor NPN), esta polarización implica un voltaje positivo aplicado entre colector y emisor y una alimentación positiva de pequeña magnitud entre base y emisor

B Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

C Si

Si

Si

Electrón libre (material tipo N)

Si

Si

F

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Hueco libre (material tipo P)

Si

Si

B

Si

Si

Si

Si

Figura 5

4

ELECTRONICA radio-gráfica

(figura 6B). Cuando esto sucede y la polarización de base es inferior al voltaje de ruptura del diodo formado entre base y emisor (0.3 volts para el germanio, 0.7 volts para el silicio), el voltaje entre colector y emisor forma un campo eléctrico considerable en el interior del dispositivo; pero como se enfrenta a una estructura semejante a un diodo invertido (unión NP de colector a base), no puede haber un flujo de corriente entre el colector y el emisor. Sin embargo, se tiene una condición tal de excitación de los electrones y huecos en el dispositivo, que bastaría con cualquier impulso externo para que el conjunto entrara en conducción. Este impulso proviene justamente de la corriente aplicada en la base, misma que se dispara al momento en que el propio voltaje aplicado en la base supera el punto de ruptura antes mencionado; entonces, la corriente que circula entre

A

B

Vc

Colector

Ic=0 -

-

-

-

N Base

P V B (muy I =0 pequeña) B

N

++++++ + - - - - - - -

Transistores contenidos en obleas de silicio

Campo eléctrico

Emisor

C

Vc Ic = Hfe x I

B

-

-

+

VB > 0.7 V (Si) > 0.3 V (Ge)

I =0 B

+

-

-

-

Campo eléctrico

-

C

E C

D

E

N B

P

P B

B

N E E

N

base y emisor provoca una avalancha de electrones entre colector y emisor. Pero esta avalancha no es desordenada, sino que depende muy estrechamente de la cantidad de electrones que circulen a través de la base (figura 6C); de hecho, una de las características principales de un transistor es un “factor de ganancia de corriente”, el cual indica cuántas veces será amplificada la corriente de la base en el colector (la fórmula es IC = Hfe x IB, donde Hfe es el factor de ganancia de corriente, I C = corriente de colector e IB = corriente de base). Para fines prácticos, esto significa que el transistor amplifica por un factor Hfe la corriente de su entrada. La estructura NPN no es la única que se ha desarrollado, sino que también existen transistores con una “lógica negativa”; esto es, formados por capas alternas de material P, N y P (de hecho, el primer transistor construido fue de este tipo). El comportamiento de tales dispositivos resulta prácticamente idéntico al anterior, sólo variando el sentido de los voltajes de polarización aplicados en las terminales. Vea en la figura 6D la simbología con que se identifica a los transistores bipolares tipo NPN y PNP.

B

P C C

Figura 6

El transistor tuvo un predominio absoluto en los años 50, 60 y parte de los 70, desplazando a las válvulas de vacío, en tanto elemento activo, en funciones como amplificador de audio, de señales de TV, de pulsos y como oscilador. Sin embargo, ya desde fines de los 50’s se advertía que la miniaturización de estos elementos podía alcanzar niveles extraordinarios. Precisamente, en 1958 en los laboratorios Fairchild (gracias a los esfuerzos de un ingeniero muy creativo: Jean Hoerni) por primera vez se logró algo que parecía imposible: en la superficie de un bloque de silicio se grabaron varios dispositivos a la vez, conectados entre sí para realizar un trabajo en conjunto, y se introdujo este cristal semiconductor en un encapsulado único, de tal manera que se podía manejar como un bloque funcional. Fue así como nacieron los circuitos integrados, que vendrían a ser el siguiente paso en la evolución de la tecnología electrónica.

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Figura 7

National Semiconductor

Oblea de silicio en donde se observa la gran cantidad de circuitos idénticos que se obtienen de una sola pieza.

Más adelante, las técnicas de fabricación de cristales de silicio mejoraron, la producción de máscaras de grabado se depuró y se desarrollaron nuevos e ingeniosos métodos para el dopado de los materiales semiconductores. Fue posible, entonces, fabricar circuitos integrados mediante un proceso de fotograbado, en el que se tiene una delgada oblea de silicio (figura 7) sobre la cual se proyectan las sombras de unas máscaras donde vienen grabadas las delgadas pistas que posteriormente se convertirán en las terminales de los transistores. Utilizando métodos fotoquímicos se aprovechan las sombras para “sembrar” impurezas en el sustrato semiconductor, y al ir apilando capas alternativas de cristales tipo N y tipo P, finalmente se obtiene una amplia variedad de dispositivos,

1

que pueden ir desde diodos hasta transistores de efecto de campo. Vea en la figura 8 el proceso de fabricación de los chips. Gracias a ello, el transistor pudo ser reducido hasta alcanzar la dimensión de unas cuantas micras, es decir, una milésima de milímetro (en la actualidad un transistor puede llegar a medir 0.25 de micra); precisamente, la experiencia obtenida en la fabricación de circuitos integrados, permitió a Intel fabricar en 1971 el primer microprocesador en un solo chip: el 4004. Aquí cabe hacer la aclaración de que, para que estos circuitos sean capaces de realizar cálculos matemáticos complejos en fracciones de segundo, se aprovecha una característica muy especial de los transistores: su capacidad de funcionar como switches o interruptores de corriente o voltaje; esto es, un transistor puede presentar dos estados básicos: uno de conducción y otro de no conducción. A esta aplicación de los transistores se le denomina “electrónica digital”.

Surgen los microprocesadores Intel es la empresa pionera en la fabricación de microprocesadores. Fue fundada en 1968 por Gordon E. Moore, Andrew Grove y Ted Hoff, quienes previamente habían trabajado para IBM y/o Fairchild, y por lo tanto tenían experiencia

Fotoresistencia

Oblea de silicio preparada

Capa de dióxido de silicio

Proyección de luz

Capa de nitruro de silicio

Sustrato de silicio

6

Retícula (o mascarilla)

Un ciclo similar es repetido para cubrir las uniones de metal entre los transistores

2

La nueva fotoresistencia es girada en la oblea y los pasos 2 al 4 se repiten

Conector de metal

Los patrones son proyectados sobre la oblea repetidamente

5 Región con impurezas

4

3

Los iones bañan las áreas grabadas con impurezas Las áreas no protegidas por la fotoresistencia son grabadas con gases

6

ELECTRONICA radio-gráfica

Lente

La fotoresistencia expuesta es removida

Figura 8

en la fabricación en serie de circuitos integrados, lo que les permitió manufacturar los primeros chips de memoria RAM. En 1970, debido a la buena reputación que habían ganado en el mercado electrónico sus circuitos de memoria, una firma japonesa fabricante de calculadoras electrónicas (Busicom) los ó para que desarrollaran trece nuevos circuitos integrados que serían el corazón de su nueva línea de modelos. Enfrentados a este compromiso, los ingenieros de Intel advirtieron que no tendrían el tiempo suficiente para desarrollar los trece circuitos individuales; pero a dos de sus fundadores e investigadores más brillantes (Ted Hoff, reconocido hasta la fecha como el “padre” del microprocesador, y Gordon E. Moore), se les ocurrió la idea de crear un núcleo común que sirviera a los trece modelos por igual; y los pequeños cambios que atendieran a las particularidades de cada modelo se grabarían en una memoria ROM independiente, en forma de un programa de instrucciones. Este circuito de propósito general fue el primer microprocesador de la historia; mas los derechos de comercialización no pertenecían a Intel, pues todo el diseño se había hecho por encargo de Busicom. Sin embargo, la fortuna le fue favorable a Intel, ya que en poco tiempo Busicom se vio en serias dificultades financieras y le vendió los derechos de explotación comercial del circuito que había salido de sus laboratorios. Surge así, en 1971, el primer microprocesador de venta al público: el Intel 4004, un dispositivo que podía manejar palabras de 4 bits de longitud y que estaba construido a partir de un circuito integrado de 2,300 transistores. Este fue el punto de arranque de una extraordinaria industria que a la fecha reporta miles de millones de dólares al año de ganancias, y que han convertido a Intel en la séptima compañía más rentable del mundo. La evolución de los microprocesadores de Intel ha marcado de forma definitiva el crecimiento del mercado de las computadoras personales. Por ejemplo, cuando presentó su microprocesador 8080, los estudiantes e investigadores dispusieron de un circuito con la suficiente capacidad de cómputo para crear una microcomputadora. Y así surgió la industria de las computadoras per-

sonales, la más famosa de las cuales fue la ZX Spectrum. Posteriormente, cuando Intel presentó el primer microprocesador de 16 bits, el 8086, IBM lo eligió como el “cerebro” de su nueva plataforma de computadoras personales. Nace entonces la PC (Personal Computer). La plataforma PC ha ido evolucionando según han aparecido en el mercado los nuevos microprocesadores de la serie X86: el 80286 impulsó a la segunda generación de PCs, el i386 a la tercera, el 486 a la cuarta y el Pentium a la quinta y posteriores; y aunque hay otros tipos de microprocesadores que ofrecen igual o mayor potencia de cómputo que los circuitos de Intel, gracias a su enorme posición de mercado esta compañía monopoliza algo así como el 90% de las ventas mundiales de microprocesadores en el mundo. Y en esta revolución el transistor es el personaje principal. Desde el microprocesador 4004 hasta el más moderno y avanzado diseño de Intel, el Pentium II, están construidos con base en minúsculos transistores, combinados de tal forma que pueden realizar complejísimos cálculos en fracciones de segundo; de hecho, según se ha ido avanzando en la evolución de los microprocesadores, el número de transistores incluidos en una de estas pastillas ha ido creciendo de forma exponencial, pasando de 2,300 en el 4004 hasta 7.5 millones en el Pentium II. Como podrá suponer, agrupar millones de transistores bipolares en un pequeño bloque de silicio que apenas rebasa el área de una uña (figura 9), requirió de profundas investigaciones en el ámbito de los semiconductores. Fue así como surgieron tecnologías que permitieron fabricar nuevos tipos de transistores, como explicaremos a continuación.

Familias MOS y MOSFET Los transistores que se utilizan en la construcción de circuitos integrados extremadamente complejos, como microprocesadores o bloques de memoria, son del tipo semiconductor metal óxido o MOS (figura 10). Estos transistores tienen dos regiones principales: la fuente (source) y el drenado (drain); como en este último hay electrones en abundancia, se dice que los transistores

ELECTRONICA radio-gráfica

7

Figura 9

Dig

ita

lE

qu

ipm

en

t

Motorola

Microprocesador Power PC 620 de Motorola, con 7 millones de transistores.

Microprocesador Alpha de 500 MHz en su encapsulado.

son también del tipo N. Entre la fuente y el drenado se encuentra una región del tipo P en la que faltan muchos electrones; como ya se dijo, a estas regiones se les llama “huecos”. En su parte superior, el sustrato de silicio tiene una capa de dióxido de silicio aislante; a su vez, la parte superior es un metal que corresponde a la compuerta (gate). Precisamente, de la anterior combinación de un metal con un óxido se deriva el nombre de “semiconductor metal óxido”. Cuando un voltaje positivo es aplicado en la compuerta de metal, se produce un campo eléctrico que penetra a través del aislante hasta el sustrato. Este campo atrae electrones hacia la superficie del sustrato, justo abajo del aislante, permitiendo que la corriente fluya entre la fuente y el drenado. Dependiendo de la magnitud de

voltaje aplicado en la compuerta, menor o mayor será el “canal” conductor que se abra entre drenaje y fuente, de modo que tendremos un comportamiento idéntico al de un transistor tradicional, pero con la diferencia de que ahora la corriente de salida es controlada por voltaje, no por corriente. La estructura tan sencilla de este tipo de transistores permitió fabricar, mediante avanzadas técnicas fotoquímicas y el uso de dispositivos ópticos muy sofisticados, transistores de dimensiones francamente inconcebibles. Como ya se mencionó, en los modernos microprocesadores un transistor mide alrededor de 0.25 micras, y se espera que en poco tiempo se desarrolle la tecnología para producirlos de 0.18 e incluso 0.13 micras. Y esto, a su vez, ha permitido la inclusión de cada vez más dispositivos en un chip sin necesidad de que éste tome proporciones gigantescas y por lo tanto inmanejables. Esta ha sido la clave para la producción de circuitos integrados y microprocesadores cada vez más poderosos, sin que ello implique un aumento en el costo de fabricación que los ubique fuera del mercado; y gracias a ello, en la actualidad podemos tener en nuestro escritorio una computadora con más poder de cálculo que todas las máquinas que se utilizaron para guiar a la misión Apollo 11 a la Luna. De hecho, en el mundo de los microprocesadores circula casi como un acto de fe, un principio que hasta la fecha se ha cumplido casi puntualmente: la ley de Moore, según la cual cada aproximadamente 18 meses los circuitos integrados duplican la cantidad de transistores que

Compuerta de polisilicio Terminal

Aislador de óxido

Electrones Fuente

Colector bipolar

Compuerta (metal)

Base bipolar

Drenado Huecos

Sustrato MOSFET Fuente MOSFET

Emisor bipolar

Aislador Sustrato tipo P

8

Drenado MOSFET

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 10

Terminal

Figura 11

utilizan, al tiempo que también multiplican por 2 su potencia de cómputo.

Figura 12 Tracción

1.000

HVDC Auto eléctrico

Rango de corriente del dispositivo (amperes)

Transistores de altas potencias

100

Fuentes de alimentación de computadoras Automatización de fábricas

Refrigeración

Otra vertiente en el desarrollo de los transistores, paralela a la miniaturización, ha sido el ma10 Electrónica nejo y control de grandes magAire automotriz acondicionado nitudes de energía. Para ello, se Procesador de alimentos 1 diseñaron transistores y, en Balastro de lámpara fluorescente general, semiconductores de Estéreo Plancha de switcheo que son capaces de mano Telecomunicaciones manejar elevadas potencias. 0.1 Los transistores de este nueDisplay vo tipo, llamados “transistores 0.01 bipolares de compuerta aisla10 100 1,000 10,000 da” (IGBT, figura 11), son del taRango de tensión de bloqueo del dispositivo (volts) maño de una estampilla postal y pueden agruparse para manejar incluso 1,000 amperios de corriente en rangos dores deben considerar también el tamaño del de hasta varios miles de volts. Lo más imporcircuito. Si los transistores se someten a fuertes tante, sin embargo, es que los dispositivos IGBT’s campos eléctricos, éstos pueden afectar en varias pueden conmutar esas corrientes con una gran formas el movimiento de los electrones, produvelocidad. ciendo lo que se conoce como efectos cuánticos. Actualmente, los IGBT’s se utilizan en diferenEn el futuro, el tamaño de los transistores puetes aplicaciones, componentes y sistemas. Por de ser de tan sólo algunos cientos de angstrom ejemplo, en controles de motores eléctricos, en (1 angstrom = una diezmilésima de micra); por motores que manejan maquinaria, equipo o esto mismo, la presencia o ausencia de algunos robots; los motores del tren bala en Japón (shinátomos, así como su comportamiento, será de kansen) son controlados por IGBT’s. mayor importancia. Al disminuirse el tamaño, se incrementa la densidad de transistores en un Futuro del transistor chip; entonces éste aumenta la cantidad de calor residual despedido. Además, tomando en cuenta Desde su invención hace 50 años, el transistor que por su reducido tamaño los elementos del ha evolucionado de acuerdo con necesidades circuito pueden quedar por debajo del rango en específicas de aplicación en diferentes sistemas que se desenvuelve la longitud de onda de las y equipos (figura 12). Los transistores se han formas de radiación más comunes, existen métoproducido en tales cantidades hasta la fecha, que dos de manufactura en riesgo de alcanzar sus resultan muy pequeños y baratos; a pesar de ello, máximos límites (específicamente el método son varias las limitaciones físicas que han tenido fotoquímico que se emplea hasta la fecha para que superarse para que el tamaño de estos disfabricar circuitos integrados de alta complejidad). positivos continúe reduciéndose. Finalmente, podemos señalar que la revoluAsimismo, puesto que la tarea de interconección continúa y que, tal como ha sucedido en tar elementos cada vez más diminutos puede los últimos 50 años, seguiremos viendo progrevolverse prácticamente imposible, los investigasos ahora insospechados.

ELECTRONICA radio-gráfica

9

TELEVISION DIRECTA POR SATELITE Juan Manuel González

Cómo surge el sistema DSS

El nuevo sistema de televisión digital por satélite, mejor conocido por las siglas DSS o DTH, descansa en un concepto de transmisión de señales digitales comprimidas, las cuales se envían a un satélite que las retransmite con mayor potencia de retorno a la Tierra. Esto permite captar las señales con una antena parabólica de orientación fija y de un tamaño muy reducido. Enseguida describiremos cómo funciona este sistema de TV por satélite.

En 1957, el hombre por primera vez puso en órbita un satélite artificial, con el lanzamiento del Sputnik (figura 1), de fabricación soviética. Comenzó entonces una carrera espacial que después de varias décadas daría por resultado un vasto sistema de servicios satelitales, como la telefonía, las comunicaciones transoceánicas vía microondas, el monitoreo y predicción del clima, la cartografía y las emisiones televisivas. Los fundamentos teóricos de las comunicaciones vía satélite fueron planteados en 1945, por el físico y escritor británico Arthur C. Clarke (el autor de la novela 2001, una Odisea Espacial), a quien también se debe el concepto de satélites geo-sincrónicos, aquellos cuyo movimiento alrededor de la Tierra coincide con el del planeta mismo, de modo que para un observador terrestre parecería un cuerpo fijo, pues mantiene la misma posición relativa (figura 2). La tecnología de entonces, no permitía el desarrollo de este tipo de sistemas, y lo más aproximado a un cohete espacial se utilizaba con fines bélicos; fue el

ELECTRONICA radio-gráfica

1

Figura 1

zación INTELSAT, que en 1965 puso en órbita estacionaria un satélite que fue muy famoso en los años posteriores: el Early Bird o Pájaro Madrugador, que podía manejar hasta 240 conversaciones telefónicas simultáneas entre Estados Unidos y Europa. A partir de ese año los avances se sucedieron en cascada, y pronto se pudieron manejar señales de TV para su transmisión vía satélite desde un punto del planeta hasta sitios opuestos. Ya en la década de los 80’s, con los progresos obtenidos en la tecnología electrónica, fue posible fabricar equipos de transmisión en los satélites cada vez más poderosos, al igual que circuitos receptores más precisos e inmunes al ruido; fue entonces cuando las grandes compañías televisoras pudieron ofrecer servicios de televisión por satélite directamente a los particulares. En muchos países el panorama urbano comenzó a cubrirse de antenas parabólicas, que por entonces se consideraban de mediano tamaño (entre 2 y 5 metros de diámetro; figura 3), pero ahora, con el nuevo sistema DSS, resultan ser enormes. Incluso, surgieron canales de televisión dedicados solamente a transmitir su señal por satélite, compitiendo así con los servicio de TV de paga por cable. Este acelerado crecimiento de los servicios de televisión satelital, coincidió con el afianzamiento definitivo de la tecnología digital, que permitió la codificación numérica de los canales; la fabricación de satélites con transmisores cada vez más poderosos y receptores terrestres cada vez más sensibles y baratos; la compresión de las señales enviadas para aprovechar de manera más óptima el ancho de banda asignado; la en-

El Sputnik, primer satélite artificial puesto en órbita

caso de las bombas voladoras V-2, utilizadas por los alemanes contra Inglaterra durante la Segunda Guerra Mundial. En 1958, el ejército de los Estados Unidos lanzó con éxito un pequeño satélite capaz de manejar un canal de voz, el cual recibía la señal que llegaba desde la Tierra y podía retransmitirla inmediatamente o grabarla para su posterior transmisión. En 1960 la NASA hizo el experimento de poner en una órbita baja un satélite pasivo (una simple esfera de gran diámetro y con acabado metalizado) con el objetivo de que sirviera a las transmisiones radiales como punto de rebote para alcanzar lugares remotos. En 1962 se enviaron dos nuevos satélites para realizar pruebas de enlaces a baja altura, pero no fue sino hasta 1963 cuando se lanzó el Syncom-2, primer satélite geo-sincrónico. Con todas las experiencias obtenidas, se pudo formar finalmente la organi-

Movimiento rápido

Baja altitud

2

Altitud media

ELECTRONICA radio-gráfica

Movimiento moderado

Movimiento lento

Orbita geo-sincrónica

Para que un satélite artificial no "caiga" sobre el planeta, se debe equilibrar la atracción gravitacional de la Tierra con la fuerza centrífuga de su órbita; por lo tanto, un satélite cercano a la Tierra deberá desplazarse rápidamente (una revolución cada 1 ó 2 horas), si se aleja, esta velocidad disminuye (una revolución cada 8 ó 12 horas). Sin embargo, existe una órbita en la cual un satélite necesita exactamente 24 horas para completar una revolución. A esta órbita se le llama geo-sincrónica o Cinturón de Clarke.

Figura 2

Figura 3

criptación de canales para que sólo s autorizados pudieran recibirlos; el mejoramiento del audio obtenido, con la misma calidad de un disco compacto; etc. Finalmente, la compañía RCA, en conjunto con Huges Aircraft (la división aeroespacial de General Motors), lanzó a mediados de los 90’s el primer sistema de televisión “directa al hogar”, conocido también como DTH (siglas de Directto-Home) o DSS (siglas de Digital Satellite System), el cual ha tenido una gran acogida en muchos países, incluido el nuestro.

das y las transmite al satélite localizado a 22,247 millas sobre el ecuador (altura de la órbita geosincrónica). La antena receptora del satélite capta estas señales y las envía a su receptor para ser procesadas; estas señales, que contienen la información original de audio y video, son convertidas en otro grupo de frecuencias de microondas, y entonces se envían al amplificador para, desde éste, ser transmitidas hacia la Tierra. Al conjunto completo receptor/transmisor se le denomina transponder. Las señales de salida del transponder son enviadas a la antena transmisora, la cual enfoca las microondas en un haz electromagnético que es dirigido hacia la Tierra, donde un plato receptor de satélite capta la energía de esas microondas que contienen la información original de audio y video, y la enfoca hacia un bloque convertidor de bajo ruido o LNB. A su vez, el LNB amplifica y convierte las señales de microondas en otro grupo de frecuencias más bajo, mismas que pueden ser enviadas a través de un cable coaxial al receptor decodificador de satélite dentro de la casa del . El receptor sintoniza los transponders de manera individual y convierte la información original de audio y video en señales que pueden ser vistas y escuchadas en un televisor convencional y en un sistema estéreo.

Operación general del sistema Subida Un sistema de TV directa por satélite está compuesto por tres elementos básicos (figura 4): 1) Instalaciones de transmisión de subida, las cuales envían las señales de programación a los satélites en órbita sobre el ecuador. 2) Un satélite que recibe las señales y las retransmite a la Tierra. 3) Una estación receptora que incluye al plato de recepción de satélite. Las señales de imagen y sonido originadas en un estudio (o en las instalaciones de radio), son primeramente enviadas a una estación de subida, en donde son procesadas y combinadas con otras señales para su transmisión en frecuencias de microondas. A continuación, un gran plato de subida concentra estas señales de microon-

En el sistema DSS se transportan datos digitales, video y audio a la casa del cliente, vía un satélite de banda KU de alta potencia (la banda KU transmite con una frecuencia cercana a los 12 GHz). El proveedor de TV envía sus programas, tanto de video como de audio a las instalaciones de subida, en donde la señal es codificada digitalmente (compresión MPEG y encriptación). A estas señales se añaden diversos elementos, como una serie de “llaves” codificadas para activar los receptores de los s abonados, una señal exclusiva con la programación de los diversos canales manejados por el sistema (una especie de TV-Guía en pantalla) y algunos datos adicionales de carácter digital, que podrían tener un uso en comunicaciones vía Internet, flujo de información comercial, etc.

ELECTRONICA radio-gráfica

3

Figura 4

Longitud 101 Satélite No.1

Cinturón de Clarke

Satélite No. 2

2

Sistema de satélite digital

3 1) Las señales de TV se transmiten hacia el satélite repetidor. 2) La señal es capturada y amplificada dentro del satélite. 3) Se vuelve a transmitir hacia la Tierra con potencia elevada. 4) La señal la capta un plato pequeño y se alimenta al LNA, el cual reduce su frecuencia. 5) Finalmente, la señal llega al decodificador y al televisor.

1

4 Enlace telefónico Vía módem IRD

5

Instalaciones de subida

Proveedor de programas

Receptor y decodificador integrados Televisión Línea telefónica

Toda esta información se agrupa formando paquetes de datos, mismos que se transmiten al satélite, donde la señal se capta, se procesa y se amplifica, para finalmente volverse a retransmitir hacia la Tierra, donde los s del sistema DSS podrán captar los canales contratados, con una alta calidad de imagen y sin necesidad de receptores muy costosos.

Compresión MPEG2 Según mencionamos, en el sistema DSS el audio y el video son transmitidos como señales digitales, en vez de las señales analógicas convencionales. Recordemos que todo el proceso de generación, transmisión y recepción de TV convencional se lleva a cabo por métodos completamente analógicos, debido a que se sigue utilizando el mismo formato de televisión (el NTSC) diseñado hacia mediados de los años 50’s.

4

ELECTRONICA radio-gráfica

La cantidad de datos necesaria para transmitir toda la información de audio y video en forma digital requeriría velocidades de transmisión de cientos de megabits por segundo. Simplemente, tome en cuenta que el ancho de banda de la señal de TV es de 4.25 MHz; dicha señal debe muestrearse a por lo menos 9 MHz para obtener un resultado satisfactorio, y esta velocidad hay que multiplicarla por la cantidad de bits por muestra, que no deben ser menos de 10 ó 12 para garantizar una reproducción fiel de las señales originales; y aún faltaría la información de audio. Procesar datos a tal velocidad es algo muy complejo e impráctico, e implicaría un costo muy elevado con los sistemas electrónicos actuales. Para minimizar la velocidad de transferencia de datos, éstos se compactan mediante la compresión MPEG (Motion Pictures Expert Group o Grupo Experto en Imágenes en Movimiento), organización que ha desarrollado una especifica-

ción para el envío de imágenes en movimiento por redes de computadoras. Básicamente, el formato está basado en el principio de que las imágenes contienen información redundante en las tramas de un campo de video a otro (por ejemplo, un mismo fondo puede permanecer fijo varios segundos, apareciendo en cada una de las tramas sucesivas que se despliegan). La compresión consiste, entonces, en predecir el movimiento que ocurre de una trama de video a otra, para lo cual se transmiten vectores de movimiento e información de fondo. De esta manera, en vez de transmitir la información completa de video, sólo se trasladan los datos que corresponden al movimiento y a las diferencias del fondo, por lo que la velocidad efectiva de video puede llegar a reducirse de cientos de megabits por segundo (Mbps) a un promedio de 3 a 6 Mbps. Por supuesto, esa velocidad es dinámica, y puede cambiar de acuerdo con la cantidad de movimiento que ocurra en el video. Dicho de otra forma, si una imagen tiene mucho movimiento, el grado de compresión posible se reduce. Vea la figura 5. También se efectúa un proceso de compresión de audio MPEG, para reducir la velocidad de transmisión del audio, es decir, la cantidad de datos que es necesario enviar por segundo. Para efectuar esta compresión, si en un determinado punto del audio un sonido fuerte se superpone a uno débil, al grado que el primero pierde su importancia dentro de la gama audible, simplemente se omite la transmisión de dicho sonido débil,

reduciendo así el ancho de banda requerido para el envío de tales datos. La compresión de la velocidad de datos de audio puede variar de 56 Kbps (kilobits por segundo) en monoaural, a 384 Kbps en señales estéreo (una señal de audio estereofónica muestreada con calidad de CD requiere más de 2 Mbps para su manejo).

Encriptación de datos Con la intención de que s no inscritos no reciban la programación de paga, los productores de TV decidieron codificar sus señales, para que sólo pudieran ser captadas por los s abonados. Un “pirata” sólo vería imágenes que no tienen sentido o una pantalla completamente bloqueada. Para lograr este efecto, la señal de video es encriptada (revuelta) en las instalaciones de subida. Un algoritmo seguro de encriptación es la fórmula conocida como Estándar de Encriptación Digital (DES), que se emplea para codificar la información de video. Las claves para decodificar los datos son transmitidas en los mismos paquetes de información que se reciben en el aparato del . La tarjeta de del cliente desencripta la clave, con lo cual el receptor puede decodificar los datos. Cuando por primera vez la tarjeta es activada en un receptor, su número de serie está codificado en ella; así se evita que una tarjeta de que haya sido activada en un determi-

La base de la compresión de video en el formato MPEG, consiste en no enviar la información redundante; por ejemplo, en esta escena, un auto pasa frente a una serie de edificios, al comprimirse la señal el fondo de la escena se envía una sola vez, y sólo se va actualizando la porción en movimiento (el auto). Con este método se logran razones de hasta 40 a 1, esto es, una información que antes necesitaba 40 unidades transmitidas ahora puede manejarse sólo con una.

Figura 5

ELECTRONICA radio-gráfica

5

Figura 6 Gracias a las técnicas digitales, es posible enviar simultáneamente una gran cantidad de canales de TV y audio, además de una serie de datos que permiten controlar el a los canales, proporcionar la programación a los s y manejar datos digitales, entre otra información.

1 y 2: audio y video Como su nombre lo indica, los paquetes de audio y video contienen la información visual y auditiva del programa.

3: paquetes CA (s condicionales) La información que contienen, y que es direccionada de manera individual a los receptores, incluye E-mail (correo electrónico) del cliente, datos acerca de la activación de la tarjeta de y datos acerca de los canales de los que el receptor está autorizado a decodificar.

MPEG Al satélite

MPEG . . MPEG Transmisor

MULTIPLEXOR

MPEG

MPEG . .

Modulador

Elaboran un mapa del número de canal, para entregarlo al transponder y a los SCDI´s (sobre esto se habla más adelante); dicho mapa también informa sobre la programación de TV.

Datos Control Guía de programas

Salida típica del multiplexor Audio

CA

Nulo

Nulo

Datos

Video

Nulo

Audio

nado receptor, pueda activar cualquier otro para el que no esté autorizada. Y siempre que la tarjeta esté fuera del receptor, éste no funcionará.

Paquetes de datos La información de los programas es completamente digital y se transmite en paquetes de datos. Este concepto es muy similar al de los datos que transfiere o envía una computadora a través del módem. Hay cinco diferentes tipos de paquetes de datos, los cuales son:

6

Pueden contener cualquier forma de datos que el proveedor de programas quiera transmitir, como es el caso de un reporte de existencias.

5: guías de programación

MPEG

Video

4: paquetes de datos seriales compatibles con PC

ELECTRONICA radio-gráfica

En la figura 6 observamos la configuración típica de subida para un transponder. Anteriormente, se utilizaba un solo transponder para cada canal de satélite. Ahora, gracias a las señales digitales, son varios los canales de satélite que pueden utilizarse para enviar a un mismo transponder. En el ejemplo de esta figura se muestran varios canales de video, otros más de audio en estéreo (uno por cada canal de video, y dos extra para otros servicios -como un segundo idioma-), y un canal de datos compatibles con PC. Las señales de audio y video del proveedor de programas están codificadas y convertidas en paquetes de datos, en una configuración que puede variar dependiendo del tipo de programación. Tales paquetes de datos son multiplexados en forma serial y enviados al transmisor, y cada uno tiene una longitud de 147 bytes (recuerde que un byte equivale a 8 bits), distribuidos como se muestra en la figura 7. Los primeros 2 bytes de información contienen banderas y el SCDI; este último, que se traduce como Identificación de Canal de Servicio, es un número único de 12 bits (del 0 al 4095) con el

Paquete de datos 2 Bytes

Figura 7

1 Byte Pago de renta

127 Bytes

SCDI y banderas

Tipo de paquete y contador de continuidad

17 Bytes Corrección de errores en envío

que se identifica al canal de paquetes de datos; las banderas contienen hasta 4 bits, los cuales se emplean primeramente para verificar que los paquetes estén encriptados o no y para determinar cuál llave o clave de están utilizando. El tercer byte de información, está conformado por un grupo de 4 bits que indica el tipo de paquete y por un cuarto bit contador de continuidad. El tipo de paquete es una característica que sirve para determinar a cuál de los cuatro tipos de datos pertenecen los paquetes en cuestión; cuando se combina con el SCDI, el tipo de paquete determina cómo serán empleados dichos paquetes; el contador de continuidad agrega una unidad por cada tipo de paquete y SCDI. Los siguientes 127 bytes de información se refieren al pago de renta que es enviada por el proveedor de programas.

Satélites Dos satélites de banda KU de alta potencia, proporcionan la señal DSS al receptor. Los satélites, localizados en órbitas geoestacionarias en el cinturón de Clarke, a 22,247 millas sobre el ecuador, están posicionados a menos

Polarización circular derecha e izquierda

Bloque convertidor de bajo ruido o LNB

Onda con polarización derecha

Onda con polarización izquierda

Figura 8

de 0.5° uno del otro; el punto medio entre ellos se encuentra en 101° longitud Oeste, lo que permite que una antena fija sea orientada a los 101° y reciba entonces la señal de ambos satélites. La frecuencia de bajada se encuentra en una banda de frecuencias comprendida entre 12.2 y 12.7 GHz. El ancho de banda total del canal del transponder es de 24 MHz por canal, con un espaciamiento de 14.58 MHz. Cada satélite cuenta con 16 transponders de 120 watts, y tiene una expectativa de vida de 12 años (vea nuevamente la figura 4). Mientras que los satélites de banda C emplean la polarización horizontal y vertical, los satélites DSS usan la polarización circular. La energía de microondas es transmitida en un patrón tipo espiral. El sentido de la rotación determina el tipo de polarización circular (figura 8). En el sistema DSS, uno de los transponders de un satélite es configurado para polarización circular derecha y el otro para polarización circular izquierda; de dicha configuración resulta un total de 32 transponders entre los dos satélites. Aunque sólo hay 16 transponders por satélite, la capacidad de canales que se pueden manejar a través de ellos es grande. Mediante la compresión de datos y multiplexaje, los dos satélites, en trabajo conjunto, tienen la posibilidad de llevar hasta 150 canales convencionales (no están considerados canales de TV de alta definición) de audio y video vía 32 transponders.

El plato El plato receptor de satélite (figura 10), una antena para la banda KU, es de 18 pulgadas y ligeramente ovalado. Esta última característica se debe a los 22.5° de desplazamiento para el LNB (el bloque convertidor de bajo ruido). Fue posible utilizar una antena tan reducida debido a una característica fundamental del sistema DSS: absolutamente todos los satélites retransmisores de TV que se fabricaron antes de la aparición de este sistema utilizaban transmisores de baja potencia (unos 20 ó 30 watts), lo que obligaba al uso de grandes antenas que pudieran captar la minúscula magnitud de energía que llegaba hasta los hogares. En cambio, el sistema DTH

ELECTRONICA radio-gráfica

7

Figura 9

de los 950 a 1450 MHz, para que pueda ser procesada por el sintonizador del receptor. En la figura 10 vemos los dos tipos de LNB utilizados:

Plato satelital

• De salida sencilla, es decir, con un solo conector de RF. • De salida doble, es decir, con dos conectores de RF. (La salida doble del LNB puede aprovecharse para alimentar a un segundo receptor o a otro sistema de distribución.)

utiliza transmisores de potencia elevada (alrededor de 120 watts), lo que garantiza que con una antena de tamaño reducido se obtenga la misma proporción de señal captada anteriormente con antenas de varios metros de diámetro. Para maximizar la magnitud de energía que es recibida, se ha colocado al poste que sostiene al LNB de tal forma que evite el bloqueo del área de la superficie del plato, con lo que se previene la atenuación de la señal de microondas de entrada (figura 9).

LNB El LNB hace que la señal de bajada del satélite pase del rango de los 12.2 a 12.7 GHz, al rango

LNB con salida sencilla y doble

LNB de salida doble

Figura 10

ELECTRONICA radio-gráfica

Decodificador Una vez que el LNB ha reducido la frecuencia de la señal recibida del satélite, la envía hacia el aparato decodificador, que es finalmente el encargado de descomprimir los canales de audio y video y expedir únicamente los que tenga derecho un en particular. Es en el decodificador donde se alojan la tarjeta o tarjetas de activación de canales, y es aquí donde las señales de TV recobran su forma original, de modo que ya pueden alimentarse directamente a la entrada de antena de cualquier televisor convencional. Con esto habrá concluido el recorrido de la señal desde su generación hasta su recepción. Si usted desea ampliar la información respecto al tema de televisión directa por satélite, le sugerimos que consulte las siguientes páginas en Internet: http://www.directv.com/ http://www.dbsdish.com/ http://www.dsstv.com/ http://www.yahoo.com/text/News_and_ Media/Television/Satelite/DSS_DBS/ (esta página incluye una serie de enlaces a sitios relacionados con el tema).

LNB de salida sencilla

8

Ambos tipos de LNB pueden recibir señales de polarización derecha e izquierda. La polarización es seleccionada eléctricamente, vía un voltaje de CD enviado en el centro del conductor del cable del receptor. La polarización derecha es seleccionada con + 13 volts y la izquierda con + 17.

REPARACION DE MAQUINAS DE FAX Alberto Franco Sánchez

Un poco de historia

Al igual que todo sistema de comunicación, la máquina de fax es un sistema que descompone la información a transmitir en unidades elementales, bits, en este caso; explicar cómo lo hace y cómo se reconstruye la imagen, es uno de los propósitos de este artículo. Otro de los objetivos, es describir las secciones que intervienen en la operación de estos equipos y en recomendar una serie de procedimientos para su reparación.

Contrario a lo que se pudiera pensar, el fax no es un invento de la era electrónica. Fue en 1843, cuando el físico escocés Alexander Bain patentó el primer sistema para la transmisión de imágenes, 30 años antes que el teléfono. El principio de funcionamiento de este aparato era muy simple: la imagen a enviar se dividía en finas líneas formadas a su vez por segmentos blancos y negros que podían transmitirse por el telégrafo -al igual que los puntos y guiones del código Morse- y luego ser reensambladas en la terminal de recepción (figura 1A). Bain utilizó una impresora de tipos para armar el mensaje a transmitir, apoyándose en una aguja que se desplazaba horizontalmente y hacía o con el relieve, cerrándose un circuito. En el receptor, otra aguja con un desplazamiento equivalente iba imprimiendo el mensaje por medio de una reacción electroquímica en un papel remojado en ferrocianuro de potasio. Mas lo relevante del sistema de Bain no fue tanto el mecanismo utilizado, que por varias décadas no pasó de ser una curiosidad tecno-

ELECTRONICA radio-gráfica

1

A

B

Principo básico para la descomposición de imágenes empleado por Alexander Bain.

Figura 1 En las máquinas digitales modernas, las líneas además se dividen en pixeles.

lógica sin aplicación práctica, sino el concepto de descomposición de las imágenes para su transmisión. En este sentido, se puede considerar como un antecedente de los sistemas de exploración en televisión, y de hecho es un principio que en la actualidad se sigue empleando en los equipos de fax, aunque por procedimientos digitales, según explicaremos más adelante.

En la tabla 1, se indican algunos acontecimientos relacionados con el invento de las máquinas de fax.

El CCITT y los estándares Hacia la década de 1960, la tecnología para la producción de equipos de fax había madurado

ALGUNOS ACONTECIMIENTOS HISTORICOS 1843

El 27 de mayo se patenta la primera m áq uina de fax. Para la exploració n, su creador, Alexander Bain, se basó en una impresora de tipos y una aguja, la cual hacía o con los bordes de las letras (tipos). En la parte receptora, había un sistema mediante el que por procedimientos elé ctricos se quemaba un papel remojado en forrocianuro de potasio.

1864

Bain combinó el papel perforado mediante el có digo Morse y su papel electroquímico para perfeccionar un telé grafo químico.

1865

El ingeniero francé s L'abbe Casselli perfecciona la m áq u i n a de Bain; en lugar de usar tipos empleó una l ám i n a m e t ál i c a y tinta aislante, efectuando el mismo efecto pero de una forma m ás manejable. Su invento fue llamado "Pantelé grafo".

1878

La Oficina Postal B r i t án i c a adoptó un dispositivo llamado "Telewriter", sentando las bases de las m áq u i n a s de teletipos que se usaran hasta hace unos 20 añ os.

1906

El físico a l e m án Arthur Korn desarrolló la primera máquina de fax f o t o g r áf i c a .

1920-1930

Despué s de que varios inventores perfeccionaron las máquinas de fax como medio para enviar fotografías por las líneas telefó nicas, los p e r i ó d i c o s comenzaran a hacer uso regular de estos sistemas.

1950-1960

Algunos modelos de fax podían enviar una p ág i n a tamañ o carta en aproximadamente seis minutos.

1966

Sale al mercado una m áq u i n a que podía ser acoplada acústicamente a la línea telefó nica. Las partes blancas se transmitían representadas por una frecuencia de 1500 Hz, mientras que las partes negras eran de 2450 Hz.

1967

Aparece la primera m áq u i n a que usaba A.M. con frecuencias portadoras de 1800 a 2000 Hz.

1970-1980

La m o d u l a c i ó n cambia de FM a AM y se logra una notable mejoría en estos equipos, ya que ahora se transmitía la hoja carta en tres minutos. Surge t a m b i é n una nuevo dispositivo para la lectura de documentos, el CCD.

Tabla1

2

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 2

Secuencia gráfica de la transmisión/recepción de un documento vía fax. 1 2 3 4 5 6 7 8 a b c Imagen d e f g h

a b c División d en pixeles e f g h

1

2

Conversión en señales eléctricas

1 2 3 4 5 6 7 8

a b c d e f g h

Alta frecuencia Baja frecuencia

a b c d e f g h

Modulación

d

e b

Nivel alto Nivel bajo

4

f

g

h

a b c d e f g h

3

1 2 3 4 5 6 7 8

5

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

c

a

a

b

c

d

e

f

g

h

6 Demodulación

Transmisión y recepción

1 2 3 4 5 6 7 8

7 Reensamble de la imagen

1 2 3 4 5 6 7 8

a b c d e f g h

lo suficientemente como para constituirse en una opción de comunicación entre empresas, periódicos e instituciones de gobierno; sin embargo, al ser producidos los equipos por diferentes firmas, se suscitó el problema de la compatibilidad entre ellos. Por ejemplo, un documento enviado por un equipo Xerox sólo podía ser recibido por otro de la misma marca y características. Fue hasta 1968 cuando el International Telegraph and Telephone Consultative Committee

a b c d e f g h

8 Reproducción de imagen

PARAMETROS

GI

GII

GIII

GIV

Tipo de fax

Analó gico

Analó gico

Digital

Digital

Modulació n (MODEM)

FM

AM

QAM*

QAM*

6 minutos

3 minutos

1 minuto

6 segundos

GI

GII

GII, GIII

GIII, GIV

Baja

Baja

Alta

Superior

Tiempo de transmisió n (documento) Compatibilidad entre grupos Resolució n

*QAM: Modulació n de amplitud AC/DC

Tabla 2

ELECTRONICA radio-gráfica

3

Figura 3

Elementos mecánicos en la transmisión de documentos Documento Fuente luminosa

Engranes

Rodillo de alimentación del documento

Figura 4

Elementos mecánicos durante la recepción de documentos

Rodillo de papel grabador

Cabeza térmica Rodillo de presión

Motor de transmisión

Engranes

Motor

(CCITT) produjo su primera propuesta de estandarización internacional, cuyo conjunto de normas se conoció como Grupo I. Posteriormente, en 1976, especificó un nuevo estándar llamado Grupo II y, finalmente, en 1980, el Comité produjo el estándar digital que rige hasta la fecha: el Grupo III. Aunque cabe mencionar que ya existen normas para el Grupo IV, las cuales rigen la comunicación entre computadoras e incorporan la calidad láser de impresión. En la tabla 2 se indican las diferentes características de estos estándares. Vale la pena mencionar también que a partir de las máquinas del grupo III ya no sólo dividen las imagen en finas líneas, sino que también cada una de éstas se fracciona en diminutos cuadros llamados “pixeles” (figura 1B). Esto, entre otras cosas, mejoró notablemente la velocidad de transmisión.

Funcionamiento general del fax En la figura 2 se muestra una secuencia gráfica de los procesos de transmisión y recepción de un fax. Estúdiela y vuelva a la lectura. Una máquina de fax puede dividirse en dos secciones: una mecánica y una electrónica. En la parte mecánica encontramos elementos como motores, rodillos y engranes que se utilizan básicamente para transportar el documento a transmitir, a través de la sección de lectura o exploración (figura 3). Y también se utlizan para alimentar el papel a la sección de escritura (cabeza térmica) durante la recepción de los documentos (figura 4). Además, existen otros elementos mecánicos como el cortador de papel y el alimentador automático de documentos.

4

ELECTRONICA radio-gráfica

En tanto, la sección electrónica de una máquina de fax la podemos dividir en tres, según los procesos que llevan a cabo: lectura, transmisiónrecepción y escritura (impresión). Aunque éstas a su vez dependen de otra sección igualmente importante: el sistema de control. Para el proceso de lectura o exploración del documento, se requiere que éste se exponga a una fuente de luz que puede ser una lámpara fluorescente o un arreglo de LED’s. Si la luz se genera por medio de una lámpara (figura 5), que no es como las usadas en casa, sino de gas xenón, al ser iluminado el documento, la luz que refleja éste llega a una lente y de ahí es concentrada en un dispositivo de acoplamiento de carga o CCD (figura 6) el cual convierte las imágenes en señales digitales. Durante la exploración hay cambios en la intensidad de la luz, derivados de la sucesión de las partes claras y oscuras del documento conforme se realiza la lectura, y estos cambios a su vez se traducen en variaciones de voltaje.

Excitación del CCD por medio de una lámpara fluorescente y una lente

Lámpara fluorescente

Dirección de alimentación del documento

Lente

CCD

Documento Dirección de lectura del CCD

Figura 5

Figura 6 Conjunto óptico de transmisión de luz. Detrás de la laminilla señalada se encuentra el CCD, cubriendo todo el ancho de la página.

Figura 7 Conjunto de video para la exploración de documentos Fibra óptica Arreglo de LED's

CCD

Rodillo de exploración

Rodillo de alimentación

Documento

Engrane

Pero si la fuente de luz es un arreglo de LED’s, en lugar de una lente se usan fibras ópticas para la captación de la luz que será transmitida al CCD para su conversión en señales eléctricas. A este grupo de elementos, LED’s, fibra óptica y CCD, también se le conoce como conjunto de video (figura 7). Para el proceso de transmisión-recepción, la sección electrónica correspondiente es el módem (modulador/demodulador). La señal digital que entrega el CCD no se puede transmitir directamente como tal por la línea telefónica, sino que debe convertirse antes en una señal analógica, con la forma de una señal audible que pueda viajar con el mínimo de interferencias; precisamente, el módem se encarga de esa función, pero

también de convertir la señal analógica que llega cuando se recibe un documento, en una señal digital antes de pasar a la impresión. El módem, además, determina la velocidad a la que opera el fax, la cual se mide en bits por segundo o bps, y puede ser de 2400, 4800, 7200 ó 9600 bps, aunque ya hay de 14400. Cabe mencionar que para la transmisión y recepción de documentos, también se incorporan dos bloques funcionales: la NCU (unidad de control de red), la cual controla el switcheo para usar la línea telefónica como teléfono común o como fax, y el DAA (arreglo de de datos o acoplador de datos), el cual nivela las impedancias del equipo de fax con la línea telefónica. El último bloque de la sección electrónica, es el que lleva a cabo la impresión, mediante la cual la señal recibida y demodulada y convertida en señal digital por el módem, es aplicada a un dispositivo llamado cabeza térmica (figura 8), la

Conjunto para impresión de documentos. La flecha señala a la cabeza de impresión.

Figura 8

ELECTRONICA radio-gráfica

5

cual está constituida por 1728 pixeles, suficientes para cubrir el ancho de una hoja de papel de tamaño A4 (21 x 29.7 mm, cercano al tamaño de una hoja carta). Los respectivos elementos de imagen dependen para su funcionamiento de una unidad central de proceso (U), la cual transforma la señal correspondiente a la imagen del documento en instrucciones para que se calienten los pixeles que sean requeridos (en cada nivel alto de la señal digital). Dichos elementos, al entrar en o con el papel de fax, que es sensible al calor, van formando la imagen. En la figura 9 se muestran los diagramas a bloques de una máquina de fax, en sus tres modos de operación: transmisión, recepción y copiado; en este último modo se fusionan los dos primeros y se incorpora el uso de una parte del

sistema de microprocesador, que contiene memorias RAM y ROM . Es importante señalar que las dos secciones de un equipo de fax, la electrónica y la mecánica, interactúan entre sí por medio del sistema microprocesador, el cual además de la función antes mencionada, realiza todas las funciones de control, como la del giro de los motores, por ejemplo, uno de los cuales se activa durante la exploración del documento y el otro durante la recepción. En este sistema de microprocesador se incluyen componentes con tecnología de gran escala de integración (LSI), que además son de propósito general, es decir, son circuitos integrados comerciales, por lo que se facilita el conseguirlos para la reparación de los equipos. La

Diagrama a bloques de un Fax en sus tres modos de operación.

B Como receptor

Fuente de iluminación

A

Como transmisor

DAA Sensor de imagen

Amplificador Módem

Módem

Demodulador

Convertidor A/D

Convertidor D/A Cabeza térmica

Modulador

DDA

Excitador de la cabeza térmica

Papel

NCU

C

Como copiadora

Sensor de imagen

Amplificador

Módem

Sistema microprocesador Cabeza térmica

Excitador

U RAM

Papel

ROM

Figura 9

6

ELECTRONICA radio-gráfica

Circuitos LSI aplicados a una máquina de fax

Figura 10 U

DMAC

ROM

Compresión expansión Explorador Impresora

Serie Serie

Paralelo Paralelo

RAM

Control del mecanismo

SIO E/S Módem NCU Los circuitos marcados con son circuitos de propósito general

figura 10 indica circuitos LSI empleados comúnmente en máquinas de fax.

Diagrama a bloques de un modelo típico En la figura 11 mostramos el diagrama a bloques de un equipo de fax moderno y representativo: el modelo KX-F780 de Panasonic. Al respecto, conviene mencionar que para simplificar la construcción de las máquinas de fax, se ha buscado la incorporación del control de las funciones de recepción, envío y copiado de documentos en un solo circuito integrado al que comúnmente se denomina FSP (Fax Standard Processor o procesador estándar de fax). En este modelo, dicho circuito integrado se identifica como IC1 (U-ASIC), el cual contiene un convertidor A/D, una sección del control de módem, el control de impresora, el control de memorias flash y el de los motores. Vea en la figura 12 la tarjeta principal, en la cual se aloja este circuito. IC1 se emplea para la operación general del aparato e interviene en los siguientes procesos: • • • •

Control general del fax. Control del de operación. Control de la cabeza térmica y del CCD. Ejecución del proceso de imagen.

Además interactúa con otros componentes y secciones como:

• IC2 (ROM). Contiene todo el programa o conjunto de instrucciones para las operaciones individuales. • IC3 (RAM estática). Memoria empleada para almacenar los parámetros principales de trabajo. • IC4 (flash memory). Se utiliza para s rápidos. • IC5 (módem). Ejecuta la modulación y demodulación para el fax y la comunicación digital telefónica. • IC6. Ejecuta la codificación y decodificación en la comunicación digital telefónica. • Sección de lectura (read section). Está compuesta por un arreglo de LED’s como fuente de luz y por un sensor de imagen CCD para la lectura y transmisión del documento. • Cabeza térmica (thermal head). Contiene los elementos de la cabeza para la impresión de la imagen en matriz de puntos. • IC7 e IC8 (motor driver). Controladores de los motores de transmisión y recepción. • IC9 (reset circuit). Provee un impulso de reinicio para los chips más importantes, a fin de reinicializar el sistema. • Sección de sensores (sensor section). Contiene todos los sensores del fax: los de alimentación de papel, sensor de lectura, sensor de corte, etc. • Switching power. Suministra niveles de +5V y +24V para la operación del equipo.

Recomendaciones para el mantenimiento del equipo Dado que en la mayoría de los casos el fax se considera una herramienta de trabajo, es indispensable hacer una detección rápida de los problemas y fallas que la máquina pudiese tener. Afortunadamente, los equipos modernos por lo general están dotados de sistemas de diagnóstico que facilitan la tarea al especialista, e incluso al mismo . Además, por su misma construcción, existe la posibilidad de sustituir las tarjetas que estén fallando para no tener que retirar mucho tiempo al aparato de su operación, e intentar posteriormente la reparación a nivel de componente. Precisamente, funciones vitales como la compresión y reconstrucción de datos, la exploración, la

ELECTRONICA radio-gráfica

7

Diagrama general a bloques de una máquina KX-F780 de Panasonic

Figura 11

8

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 12 Tarjeta principal

Tarjeta de interface encargada de las comunicaciones

grabación, etc., se alojan en tarjetas o en componentes claramente identificables.

Soluciones a problemas sencillos Existen ciertos problemas que se pueden resolver de forma sencilla, incluso por parte del mismo , y esto se puede conseguir observando los mensajes que se despliegan automáticamente en el display del equipo de fax. Tomaremos como referencia el modelo KX-F780, el cual, al detectar algún error en el funcionamiento, muestra alguno de los siguientes mensajes: • CALL SERVICE: indica que se está usando de manera errónea. • CHECK COVER: avisa que la tapa posterior está abierta. Cerrándola adecuadamente desaparece el mensaje. • CHECK DOCUMENT: el documento no se está alimentando de forma correcta. Se requiere insertar nuevamente el documento. En caso de que esto ocurra con frecuencia hay que limpiar los rodillos de alimentación que están dentro

de la unidad. Si después de esto el problema persiste, es necesario ajustar la presión con que los rodillos jalan el documento. • CHECK MEMORY: la memoria ha sido borrada (teléfonos, parámetros, etc.) y, por lo tanto, hay que reprogramarla. • MECHA ERRORS: aparece cuando se presenta un error mecánico. Esto se resuelve abriendo la tapa posterior del fax y volviendo a colocar el papel. • MEMORY FULL: no hay espacio en la memoria para guardar el mensaje. Hay que borrar los mensajes almacenados. • NO RESPONSE: la unidad receptora (fax remoto) esta ocupada o se le terminó el papel. Intente nuevamente. • NO TEL GREETING: el mensaje de saludo de fax no ha sido bien grabado. Grabe el mensaje de forma correcta. • OUT OF PAPER: la unidad está sin papel para la recepción de documentos. Será necesario colocar de forma adecuada un rollo. • PAPER JAMMED: el papel para la recepción de documentos se atoró en la unidad. Hay que retirar los residuos que pueda haber. • REDIAL TIME OUT: la unidad receptora está ocupada o se encuentra sin papel. Intente nuevamente. • TRANSMIT ERROR. Ocurrió un error durante la transmisión. Intente de nuevo.

Problemas de mayor complejidad Como cabe suponer, existen diferencias y similitudes en el diseño electrónico y en los circuitos utilizados entre aparatos de distintas marcas o modelos. Lo importante para quien pretende dar servicio a estos aparatos, es que siga una serie de pasos ordenados en la detección de fallas y que utilice la información con que cuenta (manual de , manual de servicio del aparato, etc.) Específicamente, los problemas que se mencionaron en el apartado anterior, son situaciones comunes que se presentan al enviar un documento, pero ¿qué hacer cuando no aparece ningún mensaje en el display, o cuando incluso ni el aparato enciende? Las recomendaciones son las siguientes:

ELECTRONICA radio-gráfica

9

1) Primero debemos estar seguros que el cable de alimentación está bien conectado, tanto en el o de CA como en el propio aparato 2) Una vez que estamos seguros que le llega corriente eléctrica al aparato, debemos observar lo que sucede en el display, de aquí puede ocurrir lo siguiente: • El display enciende de forma tenue o encienden todos los segmentos del LCD, formando un recuadro oscuro. Necesita revisar la sección digital del aparato. • Si el LCD de plano no enciende, significa que la línea de alimentación para el propio display está abierta o existe algún corto circuito. Debe revisar la sección digital. • Si el LCD enciende de manera correcta (normalmente aparece la hora) y no muestra algún síntoma similar a los ya descritos, puede orientarse por la información de la tabla 3. Si se presenta alguno de los síntomas anteriores, tendremos que remitirnos a cada una de

FUNCION

SINTOMA

Impresió n

• Imagen sesgada • Imagen distorsionada • Línea lateral, blanca o negra en la impresió n

Alimentació n automática de documento (ADF)

• • • •

No alimenta Papel atorado Alimenta ("jala") más de un documento Sesgo

Alimentació n manual del documento

• • • •

No alimenta Papel atorado Alimenta más de un documento Sesgo

Sonido mecánico (anormal)

• Se presenta un sonido fuera de lo común mientras copia o imprime.

Cutter (CORTE)

• No se puede cortar el documento

Fuente de alimentació n (power supply)

• Presenta voltajes de salida anormales

de operació n

• No acepta las funciones de las teclas

Sensores

• Se muestra PAPER JAM • Se muestra CHECK COVER

Comunicaió n Telé fono / fax

• • • •

No se puede comunicar el fax. Se muestra un có digo de errores No se puede hablar El tono DTMF no está operando

Tabla 3

10

ELECTRONICA radio-gráfica

las secciones que controlan la función que presenta la respectiva falla.

Soluciones a algunos de estos síntomas Si llega a percibir algún sonido anormal durante la función de copiado o durante la impresión de un documento, podemos recurrir al diagrama de flujo indicado en la figura 13, el cual corresponde a un método recomendado por Panasonic. Dicho procedimiento sigue una lógica que bien puede aplicarse en equipos de otras marcas y modelos; pero todo caso, la información de la que usted disponga puede ser más valiosa, y el sentido común también.

Sección de comunicaciones Durante la recepción, pueden existir defectos en la impresión ocasionados por una conexión defectuosa a la línea telefónica, lo que está directamente relacionado con la sección de comunicaciones. Esta sección es muy importante para la correcta operación del fax, ya que la transmisión o recepción de documentos es la razón de este aparato. Si el problema se refiere a la impresora (cabeza térmica), es decir, que el documento no se esté imprimiendo de forma adecuada, podemos hacer esta evaluación: si al recibir los documentos unos se imprimen bien y otros no, existe un alto porcentaje de probabilidad de que el problema esté en las tarjetas digital y de módem, además del bus que hay en la tarjeta analógica. De acuerdo con esto, podemos encontrar tres situaciones: 1) No hay salida impresa, es decir el papel no sale del equipo. Una posible causa de esto es que la señal transmitida no se ha recibido. Si el tono DTMF no se escucha y determinamos que no es problema de salida audible (problemas en la bocina), entonces es muy probable que exista alguna avería grave en el módem, teniendo que ser reemplazado. Pero si el tono se escucha, entonces el problema está en el camino que recorre la señal. Si se presenta otro problema podemos recurrir al siguiente diagrama de flujo correspondiente a la figura 14 (sección de facsímil), el cual también es un método recomendado por Panasonic.

2) Si la imagen impresa está fuera de orden, entonces puede estar ocurriendo que ha sufrido un error en la comunicación o que la señal se cortó durante la recepción. 3) Si la imagen se cortó a la mitad, bien puede ser un problema de conexión generado por algún defecto en los circuitos del equipo, pero también existe una alta probabilidad de que la causa sea provocada por el . Intente comunicarse marcando nuevamente o intente comunicarse a una velocidad de 4800 bps o incluso menor.

Recomendaciones generales Estas son algunas recomendaciones para mantener el buen funcionamiento de una máquina de fax: 1) Mantenimiento periódico. Revise con regularidad el equipo; de ser necesario, limpie las

partes que tengan polvo o cualquier otra impureza que haya en su interior. 2) Verificación de averías. Cerciórese de que no haya síntomas de fallas; de haberlas, trate de determinar la causa. Si la máquina aún puede utilizarse, efectúe una autoprueba o una prueba de comunicaciones. 3) Revisión del equipo. Haga una autoprueba o una prueba de comunicaciones, a fin de determinar si el problema se origina en el transmisor o en el receptor de la línea telefónica. 4) Determinación del origen del problema. Establezca las posibles causas del problema, con base en las autopruebas. 5) Reparaciones. Repare o reemplace las partes defectuosas, y trate de determinar las causas de la avería para que ésta no vuelva a ocurrir. 6) Confirmación del funcionamiento normal de la máquina. Una vez realizadas las reparaciones que hayan sido necesarias, haga diversas pruebas de uso normal y una autoprueba

Cuando se presenta un sonido anormal durante la operación de copiado o de impresión de un documento, siga este procedimiento. En el elemento conductor del documento

Alternancia en la fuente

Revise la sección guía de conducción del documento

Asegúrese que el engrane guía no esté dañado, que no hayan entrado objetos extraños o que existan instalaciones incorrectas.

Fin No

En la sección de impresión

No

OK

Verifique la unidad guía-salida

Sujete la guía-salida y verifique que el elemento de transporte se puede mover con la mano.

¿Vuelve a suceder?

Sí

Reengrasado No

Repare, limpie o cambie la pieza anormal

Sí No aplique mucha grasa en otras partes

¿o? Sí

Verifique que las piezas de la cabeza térmica, la guía de página, el rodillo para papel, etc., estén correctamente adaptadas y proceda a arreglar o cambiar la pieza anormal.

Arregle / cambie la pieza anormal

Conducción del papel para grabación. Revise la sección de conducción.

¿Anormal?

No

¿Vuelve a suceder?

Sí

Cambie el engrane y el chasis

No

Fin

Asegúrese que el engrane guía no esté dañado, que no hayan entrado objetos extraños y que el resorte del engrane del péndulo éste correctamente colocado.

Revise las otras secciones de rotación, operaciones y secciones de oscilación, y proceda a reparar o cambiar la pieza anormal

Sí

Arregle o cambie la pieza anormal

Figura 13

ELECTRONICA radio-gráfica

11

Figura 14

Sección defectuosa de facsímil (problemas en la transmisión) Mensaje en display

Problema TX

Sí

¿Se oprimió la tecla STOP?

No hay problema

No

¿Papel atorado?

Sí

• Se requiere servicio. • Sección de de operación.

No

¿Sólo pasó parte del documento?

Si

Sección ADF

No

Aunque pasó todo el documento, el resultado es erróneo No

Sí

Oprima suavemente el sensor de lectura y luego suéltelo para que suba de inmediato OK

Limpie el rodillo de separación con un paño húmedo. Intente de nuevo

No alimenta ni siquiera una página

Sección ADF

NG

Reemplace el rodillo de separación por una pieza nueva

o prueba de comunicaciones, para confirmar que la máquina se encuentra funcionando de manera adecuada. 7) Registro de referencias. Para futuras reparaciones, ya sea en el mismo aparato o en otros,

12

ELECTRONICA radio-gráfica

NG

• Se requiere servicio. • Asegúrese que el sensor esté correctamente instalado.

es recomendable mantener un registro con fechas y tipo de trabajo realizado de nuestras experiencias. Así podremos llevar un control de los tipos de fallas más comunes y hacer un diagnóstico mas rápido y certero.

ESTEREOFONIA Y MULTIPLEXAJE DE AUDIO EN TELEVISION Leopoldo Parra Reynada

Aunado a los avances en los receptores de TV color, como la integración del control remoto, funciones y despliegue de datos en pantalla, cinescopios planos y cada vez más grandes, efectos digitales en pantalla, etc., se encuentra la estereofonía. ¿Cómo fue posible el manejo electrónico de una señal de audio con dos canales sin alterar el estándar NTSC? De ello hablaremos en el presente artículo.

Introducción A pesar de los avances evidentes que ha alcanzado la tecnología de la televisión, aún seguimos utilizando el estándar desarrollado en la década de los 40´s por el Comité Nacional de Sistemas de Televisión, mejor conocido por sus siglas en inglés: NTSC. Y no obstante las prestaciones que se le han añadido a esta serie de normas, hasta mejorar de manera sustancial la calidad de las imágenes obtenidas, existe un punto después del cual la señal recibida llega a su límite y ya no es posible incrementar más la resolución y fidelidad de las mismas. No es el caso del audio, el cual ha pasado de ser una simple frecuencia monofónica a un sistema de transmisión de audio multiplexado en estéreo. Qué es este método y cómo se lleva a cabo dentro de un receptor de televisión moderno, es precisamente de lo que nos ocuparemos en este artículo.

ELECTRONICA radio-gráfica

1

Un repaso a la señal de audio convencional

Señal de video NTSC original, con la información de imágen extendiéndose desde 0 hasta 4.25 Mhz y el audio montado en una frecuencia de 4.5 Mhz.

Para ubicarnos en el tema del audio en televisión, y notar claramente las diferencias que existen entre el audio monofónico tradicional y la transmisión en estéreo, hagamos un rápido recordatorio de la forma en que se incorporó el audio en el sistema original de televisión NTSC. Cuando se creó el formato NTSC, los diseñadores del sistema tuvieron que considerar una cuestión técnica que podía causar ciertos problemas en el manejo de las frecuencias: el espectro sonoro que es capaz de escuchar el hombre, el cual va de los 20 Hz hasta los 20,000 Hz; si a este ancho de banda se le trata de manejar de forma directa, causaría serias interferencias con la señal de imagen. Veamos. En figura 1 podemos apreciar unas gráficas en las que se muestra el espectro audible y el espectro correspondiente a la señal de video; es claro que si se montara directamente el audio en la información de video, el sonido ocuparía una zona insignificante aunque podría interferir con las señales de baja frecuencia del propio video y, por consiguiente, afectaría la calidad de la imagen obtenida en el punto de recepción. Esto es especialmente crítico, debido a que las bajas frecuencias de video son las que representan grandes áreas dentro de la imagen (un cielo azul despejado, una pared de un solo color

Amplitud

Espectro de la banda de audio

Amp

A

Frec.

B

20 Hz

20.000 Hz

Amp

Frec.

Banda de audio dentro de la señal de video

2

4.25 Mhz

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 1

Figura 2

4.5 Mhz Información de audio

Información de video

Frecuencia 4.25 Mhz

4.75 Mhz

de fondo, etc.); en este caso, el audio enviado en banda base podría ocasionar que el tono de estas áreas cambiara siguiendo la amplitud del sonido, lo que obviamente se traduciría en una imagen muy desagradable. Ante ese panorama, la información de audio se colocó en un punto del espectro donde no interfiriera con el ancho de banda del video, quedando modulada de tal forma que ocupara la zona inmediatamente superior en frecuencia a la información de imagen (figura 2); esto es, se moduló en frecuencia (FM) con una portadora de 4.5 MHz y con un ancho de banda de 0.5 MHz, lo que significa que en su extremo inferior el audio apenas toca el límite de 4.25 MHz del video y en su parte superior alcanza como límite máximo 4.75 MHz. Combinadas las informaciones sonora y de imagen, el conjunto está listo para enviarse hacia los circuitos de transmisión y, por último, a la antena emisora, de la cual viaja por medio de ondas electromagnéticas hasta las antenas receptoras de los televisores ubicados en el área de alcance de la estación. Como ya sabemos, la señal recibida por la antena es sintonizada por el bloque respectivo, el cual la expide en forma de frecuencia intermedia y, dentro del bloque del mismo nombre, se filtra y demodula de tal forma que a su salida se tiene separada la información de video y la de audio, para entonces dirigirse cada una a sus procesos correspondientes. A su vez, la señal de audio monoaural recibe un proceso que en realidad es muy sencillo. En la figura 3 se muestra el diagrama a bloques

W601 8z 117v

Z201 4.5Mhz L202 1.0 C607 .001

R609 560 17 18 21 20 19 28 27 8 11 25 5 4 R118 9.8 V # 3.6V LA7520 3.6V 3.6V 2.8V 2.8V 4.1V 4.1V 11.7V 4.6V 4.2V 270 9 5.1V 22 4.1V IC101 VIF-SIF R107 4.1V 8.3V 6.9V 2.1V .2V 3.5V 3.5V 5.6V 2.8V 4.7V 7.3V 11.7V 2.7V 2.8V R177 1500 10 13 14 12 29 16 15 30 1 7 24 23 3 2 26 6 2700 C110 C604 C602 R102 11 5pF R608 27pF 12.3v .01 1500 NPO C104 R607 N220 C653 5600 VR101 .001 220 R603 (.001) 10µF C151 C651 AGC DELY Z602 56 .47µF 220µF 10k 4.5Mhz C605 .022 11 Filter C107 R108 L105 12.3v R606 C108 015 1000 2200 068 C652 100v 63v 4.7µF

R616 150k C654 10 µF

C105 .001

R601 220

R611 2700 N220

L601 1.0

filter

C114 27OpF

L 171

C113 R 111 1000 22pF NPO

L 104

R110 2200

C603 .01

Filter

2 # R613 12k 1w C606 R614 .001 1000 500v R615 68k

43.3v .5v

R610 330 C601 27pF C608 47pF R602 1000

Z601 4.5Mhz

12.3v

# R612 180 1w

KSC2330Y audio out O602

D601 1N4148

C656 10µF +

KSC2330Y O601 audio out

C655 4.7µF 2 160v

160V

C657 3.3µF

112

3

# PA11 T601 1.3 1 PA11

Figura 3

de una etapa de audio monoaural incluida en un televisor en color típico: un Samsung modelo TC9895TB (Chasis CKA50V). Puede ver que la señal proveniente del sintonizador entra por la terminal 9 de IC101 (LA7520), el cual es un circuito integrado donde se llevan a cabo las funciones de FI, detección de video y detección de audio, de tal modo que en su terminal 5 ya se expide procesada la señal de audio monoaural que se recibió, junto con la imagen. Observe que esta señal se dirige hacia una configuración amplificadora formada por dos transistores tipo NPN, en donde se le da la amplificación final y se envía hacia un transformador de acoplamiento, en cuyo secundario encontramos, finalmente, la bocina que transforma la señal eléctrica en ondas sonoras. Es evidente la sencillez del sistema de audio monoaural. Veamos ahora las adaptaciones que tuvo que sufrir el componente de audio para aceptar la incorporación del sonido estéreo y alguna otra información adicional.

Audio estéreo múltiplex (MPX) en la televisión moderna A pesar de que durante casi 30 años el audio monoaural cumplió satisfactoriamente con los fines para los que fue creado, en la década de los 80´s las compañías transmisoras y los fabricantes de televisores plantearon la posibilidad de incluir la modalidad de audio estereofónico en los receptores de TV. De este modo, los integrantes del NTSC se reunieron con diversos fabricantes de televisores a nivel mundial y con las principales cadenas televisoras de Estados Unidos y de otros países (como Japón, también afiliado al NTSC), para que de común acuerdo se rediseñara el formato que habría de incluir la transmisión del audio estéreo y, de ser posible, algunos otros datos adicionales. Como resultado, se decidió utilizar la técnica de “audio múltiplex estéreo”, lo cual llevó a repartir el ancho de banda disponible para la transmisión del audio, de manera que pudiera incorporarse la información de un segundo canal sin que se perdiera compatibilidad con los recep-

ELECTRONICA radio-gráfica

3

Figura 4

Portadora

Piloto

L+R Amp.

L-R

L-R

19 Khz 38 Khz

Frec. Estación FM-estéreo

tores existentes. Esta técnica se inspiró en el formato que se sigue hasta nuestros días para el manejo de las señales de radio FM-estéreo, con el cual seguramente está usted familiarizado. De cualquier manera, como recordatorio, en la figura 4 se muestra gráficamente en qué consiste dicho proceso. En esta figura encontramos, alrededor de la frecuencia de modulación, una banda (R + L) que combina el sonido de los canales derecho (R, por right) e izquierdo (L por left); a continuación de esta banda se observa una frecuencia única a la que se le denomina “piloto”, y todavía más allá encontramos otra banda de frecuencias donde nuevamente se han combinado las señales de los canales L y R, pero ahora como una resta (L - R). Bajo tales circunstancias, si una persona posee un receptor FM monofónico, simplemente se recupera la primera banda de frecuencias y por la única bocina del radio salen combinados ambos canales de audio (L + R). Pero si posee un receptor estéreo, el aparato podrá detectar si una

estación de FM está transmitiendo en estéreo, con sólo localizar la señal del piloto; si no la encuentra, significa que dicha estación sólo transmite en monoaural; pero si el piloto existe, lógicamente se debe a que la transmisión es estereofónica (y entonces pueden recuperarse ambos canales). Para llevar a cabo el proceso de recuperación de audio estéreo, se recupera (demodula) de forma independiente la señal (L - R) y se hace pasar junto con la señal (L + R) a través de una matriz de suma y resta (figura 5). Determinamos, al momento, que de la suma de ambas señales se obtiene tan sólo la señal del canal izquierdo (L), y que la resta de las mismas da como resultado sólo la señal del canal derecho (R). Mediante este sencillo método es posible transmitir una señal estereofónica, guardando una total compatibilidad con los receptores que no son capaces de manejar dos canales de audio independientes. Ahora bien, el método que se aplica en televisión para conseguir la transmisión del audio en estéreo es básicamente el mismo; en efecto, puede advertir en la figura 6 que inmediatamente a los costados de la frecuencia de portadora de 4.5 MHz, se encuentra la información de los canales de audio izquierdo y derecho combinada por suma (L + R), extendiéndose hasta una frecuencia de 15 KHz; y en la frecuencia de 15.734 KHz (frecuencia H), encontramos una señal portadora que sirve como “piloto”. En un televisor con audio estéreo, al sintonizarse un canal y, por ende, al demodular el audio, un circuito especial monitorea la presencia de la señal piloto; si la detecta, interpreta que ese canal envía su señal con audio estereofónico incluido, en cuyo caso lo indica al por

Matriz

LPF

L+R

L-R

Amp.

+

L

Amp.

-

R

L-R

HPF

Demod

Figura 5

4

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 6

50 Estéreo (L-R)

Estéreo (L-R)

25

Second audio program 15 5 3 0

Mono estéreo (L+R)

fH

15.7342 KHz

Telemetría

2fH

3fH

31.4684 KHz

4fH

5fH

78.671 KHz

6fH

6.5fH

102.2723 KHz

Frecuencia de la banda base (fH=15.7342 KHz)

medio de un LED o un despliegue en pantalla, de modo que sea él quien decida si desea escuchar el sonido en estéreo o en monofónico (hay receptores de TV que al detectar el piloto, de forma automática se colocan en modo “estéreo”); en cambio, si en una estación de televisión no se detecta dicha señal piloto de 15.734 KHz, es indicación de que el audio que se recibe tan sólo es monofónico. Arriba de la señal piloto se encuentra la información de los canales izquierdo y derecho, y también están combinados no por suma sino por resta (L - R). Al pasar ambos conjuntos de información [(L + R) y (L - R)] por un circuito que las suma y por otro que las resta (figura 7), se obtiene en la salida por un lado la señal del canal izquierdo y por otro la del derecho. Una vez recuperados ambos canales, cada uno se maneja de la misma forma en que se procesa una señal monoaural común, la cual se filtra, amplifica y envía a los altavoces respectivos para su salida en forma de ondas sonoras.

Para aclarar este punto, en el apartado siguiente analizaremos un circuito de recepción de audio MPX estéreo. Pero antes veamos en qué consiste la modalidad SAP (Second Audio Program o programa de audio secundario), cuya señal correspondiente se mostró en la figura 6. Hay naciones o regiones geográficas en las cuales viven varios grupos de población que hablan distintos idiomas; por ejemplo, en el estado de California, en Estados Unidos, un elevado porcentaje de los habitantes tiene como lengua principal el español, lo que se convierte en una barrera que puede impedir que esas personas sintonicen canales en inglés. Para enfrentar esa situación, cuando se formalizó el método para la transmisión de TV con audio estéreo, también se incluyó la posibilidad de enviar una segunda señal de audio distinta de la principal, con el objeto de que, por ejemplo, el audio básico se enviara en inglés, pero se pudiera transmitir el mismo programa doblado al español a través de la banda SAP. En tal caso, el televisor cuenta con un circuito integrado especial capaz de procesar el audio MPX, lo cual significa que si el receptor capta la presencia de la información correspondiente al audio secundario, el solamente tiene que presionar una tecla para elegir el idioma en que desea escuchar un determinado canal. Con ese estándar, los circuitos en el receptor actúan de la siguiente manera: en primer lugar, reciben la información de audio que ya viene en “banda base” desde el bloque de FI; buscan (y en su caso, detectan) la señal piloto de 15.734 KHz. De ser encontrada, rastrean y demodulan la banda correspondiente a la resta de los canales

Piloto

+

Amp. L-R

L

L-R

Amp. Potencia

L+R

Detector piloto

Demodulador L-R

Amp.

R

-

Figura 7

ELECTRONICA radio-gráfica

5

6 MTS IC2201 AN5819K

I2C VCJ 1C101 AN5165K

ELECTRONICA radio-gráfica

L+R Demod

NP

If

Tuner

19

Saw

20

33

VIF DET

28

SCL

SDA Pilot filter

Stereo filter SIF DET

24

12

SAP Demod

VCA

L-R Demod

25

SAP/ L-R SW

Noise Det

X201

26

MATRIX

A-Board

3

2

6

DBX R

L

Video NP

28

Sound AGC IC2451 AN5285K A 1-7 X 1-7

Audio Amp IC2301 AN7147N

Audio-Control Surround IC2321 CXA2021S

Audio TV/AV SW IC2402

For NA6D Chassis

13 Off

L

1

Ai Sound

X1-3 3

ON OFF

4

10

L L

A 1-8 X 1-8

1

2

12

5

8

8

9

BASS VOL TRE BAL SURROUND

+

11

10 6

SP-4

X1-4

A1-3

1

+

2

9 11

I2C

3

AV1-R

11

8

Q 2405 Q 2406

V1:H 5

Audio Out

3 H

L

Audio Out

R

V1:H

V2:L

R X-Board

FOR NA6D chassis

5 L

Vol L

L Q2403 Q 2404

6

4

9 1

ON OFF

V2:L

AV2-L AV2-R

7

Aidio In

3 H

4

IC2304

SP-4

5 R

Vol 9

1

L

IC2303

FOR NA6L chassis

SP-1

Figura 8

9

SP-1

Mute 12

14

12

12

AV1/AV2 SW IC3031

AV1-L

7

5

R R

On

14

-

22

Off

R

A1-3

3

On

7

NP

16

15

L y R, para posteriormente pasar tanto dicha señal como la recuperada de la banda de L + R por la matriz de suma y resta, de donde finalmente se obtiene el audio estereofónico. En el caso específico de la información de SAP, el receptor también busca la señal en dicha banda de frecuencias; en caso de detectarla, lo indica al para que, si así lo desea éste, conmute entre el audio estéreo y el SAP. Dado que el audio SAP es monofónico, no hay ninguna separación de componentes.

Etapa de audio MPX estéreo típica Como reafirmación a lo dicho anteriormente, en la figura 8 se muestra el diagrama a bloques de la sección de audio de un televisor Panasonic con chasis NA6D/L, capaz de recibir e interpretar la información de audio MPX estéreo SAP. Notamos que la señal de TV llega a través de la antena hasta el bloque sintonizador, donde se selecciona el canal que se desea recibir; la señal resultante se envía a través del filtro SAW hacia el bloque FI, y en éste se demodula la información de video compuesto y se envía hacia su proceso respectivo; sin embargo, parte de esta señal a la salida del detector de VIF atraviesa un filtro que deja pasar tan sólo la banda alrededor de 4.5 MHz (componente de audio), mientras que la señal resultante, luego de pasar por un detector de señal de sonido (SIF detector), es finalmente enviada hacia el circuito encargado del procesamiento de audio. Esta señal entra por la terminal 12 y llega hasta un amplificador controlado por voltaje (VCA), el cual hace una función de AGC o amplificador de ganancia controlada. La salida de este bloque llega simultáneamente a tres etapas internas; veamos el recorrido de cada una de ellas. En primer lugar, la señal se envía hacia un “filtro estéreo”, que deja pasar únicamente aquella porción de señal que corresponde a las señales L + R y L - R, eliminando las componentes superiores en donde viene la información de SAP; a su salida encontramos un filtro de piloto, que se encarga de detectar la señal piloto que avisa al receptor si la señal que está llegando viene codificada en estéreo o es monoaural.

También llega al demodulador L + R, donde se recupera la información de audio monoaural (L y R combinados), pero también pasa por un demodulador L - R, donde se obtiene el componente indispensable para la decodificación del sonido estereofónico. Estas dos señales llegan hasta un circuito matriz, donde se hacen las sumas y restas necesarias para que a su salida se tengan las señales de audio L y audio R que irán hacia la etapa de amplificación de potencia. Siguiendo otro camino de salida del VCA, encontramos al demodulador de señal SAP, el cual recupera exclusivamente la banda en donde se incluye el audio en un segundo idioma. Esta señal se envía hacia un switch conmutador entre la señal L - R y SAP (mismo que está controlado directamente por el microcontrolador del televisor) y se envía hacia el circuito matriz. Este circuito “sabe” que cuando el microcontrolador selecciona la señal SAP, debe darle prioridad a este audio, expidiéndolo por sus salidas L y R, de modo que la señal estéreo no interfiera con el audio secundario. Finalmente, la última salida del VCA se dirige a un detector de ruido, que es capaz de cancelar la operación del demodulador de SAP (la señal SAP no funciona adecuadamente si la recepción de la señal de TV es demasiado ruidosa), limitando al televisor a utilizar exclusivamente la señal de audio principal. Las salidas L y R se envían a un circuito amplificador de audio AGC, a un bloque selector de entradas (audio de sintonizador o externo) y llegan al circuito de control de audio, donde se define el volumen, el nivel de bajos y agudos, el balance entre bocinas y el efecto surround (todo esto lo controla el microcontrolador, siguiendo las instrucciones del ); finalmente, esta señal se envía hacia el amplificador principal de audio que le da la potencia adecuada para enviarse a las bocinas, donde la señal eléctrica se transforma en el sonido ambiente que acompaña a la señal de video. Como pudo apreciar, este proceso es mucho más complejo que el de la etapa de audio monofónico; afortunadamente para el técnico en electrónica, casi todos estos manejos se hacen dentro de un circuito integrado único, lo que simplifica el diagnóstico y la reparación.

ELECTRONICA radio-gráfica

7

CONSTRUYA UN CIRCUITO PROBADOR DE FLY-BACKS José Luis Orozco Cuautle [email protected]

En este artículo iniciaremos con algunas explicaciones generales de cómo funciona la etapa de barrido horizontal, a fin de que usted ubique la función que cumple en un televisor y tenga una idea más clara de la importancia del circuito probador de fly-backs que le sugerimos que construya. Dicho circuito es muy barato, fácil de construir y utilizar, y de gran utilidad en el servicio a televisores modernos. Este montaje ha sido probado y ha demostrado su eficacia, por lo que si usted lo construye, tendrá en su taller una herramienta muy valiosa.

Advertencia importante En el presente artículo se describe cómo fabricar un circuito para probar el funcionamiento del transformador de salida horizontal, mejor conocido como fly-back. Seguramente es de su conocimiento, que este dispositivo maneja una tensión muy elevada, por lo que conviene tener mucha precaución en su manejo para no sufrir una experiencia muy desagradable; de hecho, se recomienda que las pruebas que aquí se indican sólo sean llevadas a cabo por personal con experiencia en el servicio a televisores. Si usted es estudiante, le recomendamos que solicite asesoría a sus profesores, tanto para el armado como para el manejo del probador. También le recomendamos construir el circuito tal y como se le indica, y que no omita tanto el fusible de entrada como el interruptor del tipo push button que se utiliza para activar al probador Ni el editor ni el autor aceptan cualquier responsabilidad por el mal uso de este circuito.

ELECTRONICA radio-gráfica

1

Ubicación de la etapa de barrido horizontal

Figura 1

En términos generales, los procesos básicos que se efectúan en un televisor son únicamente dos: 1) El tratamiento de la señal de video compuesto que se recibe de la transmisora (ya sea por cable o por ondas electromagnéticas), para reconstruir las imágenes con su correspondiente audio a partir de una señal eléctrica. En estos procesos intervienen las secciones de sintonía, FI, separador Y/C, proceso de luminancia, proceso de crominancia, amplificadores de color y cinescopio; además de las etapas correspondientes a la recuperación del audio asociado. 2) La generación de pulsos y barridos auxiliares, que permiten que la imagen se despliegue efectivamente en la pantalla. Si solamente se modularan los haces en el cinescopio con la señal de video, pero no se contara con los barridos para explorar la pantalla, lo único que se observaría sería un punto cambiando de intensidad, pero no imágenes (figura 1). Para estos procesos intervienen las secciones de sincronía horizontal y vertical, y sus respectivas etapas de salida.

Expedición de una señal de video en pantalla pero sin barridos

Sólo hay barrido horizontal

Expedición de una señal de video, combinada con barrido horizontal y vertical

En este artículo iniciaremos con algunas explicaciones generales de cómo funciona la etapa de barrido horizontal, para comentar después las fallas que se presentan comúnmente en el flyback y presentar un circuito que permite compro-

La señal de un canal de TV se recibe en la antena El canal deseado se sintoniza (etapa sintonizador) Audio

El audio se procesa, filtra amplifica y expide por las bocinas (etapa audio)

Se recupera la información de audio y video (etapa FI) Video Se selecciona la entrada de audio y video deseada y se separa Y/C (selector de entradas y separador Y/C) C

Y Sync

Se separa la información de sincronía de Y (Sep. sync)

La información de luminancia se procesa y adecua para su expedición en pantalla (etapa de proceso Y) Sync H

Sync V Se generan los barridos verticales (Sync V) Se amplifica para aplicarse al yugo (Salida V)

2

Las informaciones Y-C se combinan para amplificarla al cinescopio (placa base del cinescopio)

Se generan los barridos horizontales (Sync H) Se amplifica para aplicarse al yugo y al FBT (Salida H)

FBT Yugo V

La información de crominancia se demodula y mezcla hasta recuperar sus componentes RGB (etapa de proceso C)

Yugo H

ELECTRONICA radio-gráfica

Cinescopio

Alto voltaje

Figura 2

bar la operación de este elemento. Si usted quiere hacer un estudio más detallado de la sección de barrido horizontal, le sugerimos que consulte el fascículo 11 del Curso Práctico de Televisión a Color Moderna, editado por Centro Japonés de Información Electrónica. En principio, para que ubique el proceso electrónico al que nos referiremos, consulte la figura 2. Cabe señalar que la sección de barrido horizontal, y específicamente la salida horizontal, además de la importancia que tiene en el despliegue de las imágenes, desde siempre se le ha utilizado como señal generadora del voltaje necesario para que funcione el tubo de imagen, produciendo tanto el alto voltaje de ánodo, como las tensiones necesarias para las rejillas aceleradoras y de enfoque; y en épocas más recientes, también se le ha utilizado como complemento de la fuente de poder, generando en su salida múltiples tensiones que sirven para alimentar diversos circuitos del televisor. Estudiemos primero cómo se genera la señal de barrido horizontal, y enseguida las funciones adicionales citadas.

Esta señal nace en la etapa conocida como jungla o circuito T, donde un circuito oscilador produce una señal de muy alta frecuencia que se aplica en circuitos divisores para obtener una frecuencia de 15,734 Hz (casi siempre se utiliza como señal base la misma oscilación del cristal de 3.58 MHz, necesario para demodular la señal de croma), la cual se inyecta en la base del transistor excitador horizontal (H-drive), marcado como Q502 en el diagrama que hemos tomado como ejemplo, que corresponde a un aparato Sony (figura 4). Una vez que es amplificada la señal por este transistor, es aplicada al transistor Q591, el amplificador de salida horizontal, para de ahí dirigirse al transformador T501. Ya amplificada la señal de 15,734 Hz, los pulsos resultantes en el colector del transistor de salida horizontal se aplican en las bobinas del yugo, creándose así un campo magnético que entra en el cinescopio y produce la deflexión del haz electrónico, generándose así el barrido correspondiente.

Generación de la señal de barrido horizontal

El colector de transistor de salida horizontal entrega también su señal al primario del transformador fly-back, el cual cuenta con varios secundarios de los que se obtienen diversos voltajes (figura 4):

Para inducir una deflexión del haz en el cinescopio, es necesario que fluya una corriente eléctrica a través del yugo que se encuentra montado en el cuello del cinescopio (figura 3).

Yugo de deflexión

Figura 3

Generación de voltajes para polarizar algunos circuitos del televisor

• 200 Vcd que surgen de la terminal 3 y son rectificados por D505 para proporcionar el voltaje de polarización de los circuitos excitadores RGB. • 1000 Vcd (terminal 1) para polarizar a la rejilla de aceleración (G2) en el cinescopio. • 15 Vcd (terminal 8) como voltaje de polarización a los circuitos de deflexión vertical y a los circuitos correctores de efecto cojín (drive pinchushion). • -15 Vcd (terminal 6) para polarizar al circuito integrado de deflexión vertical. • 126 Vcd (terminal 6) como voltaje de muestra para que funcione el módulo PM501, que es el detector de rayos X. • 6.2 Vca para el filamento del cinescopio.

ELECTRONICA radio-gráfica

3

ELECTRONICA radio-gráfica

• Por la terminal HV (high voltage) se extrae el alto voltaje para polarizar al ánodo del cinescopio. • Por la terminal FV (focus voltage) se extrae el voltaje de enfoque para el cinescopio. • Por la terminal 10 se extrae un voltaje para el circuito ABL y el circuito PM501 que detecta un exceso de corriente por el cinescopio.

4

To X-Ray Protect PM501 / 14

D Board

R509

D503

- 15V

R505

6

L502

E Board

C503

HP CN 123 To 5 Dynamyc convergence IC 1501/13

+

R536

9

5

135v

R517 1.2v

R526 CN105 200V 2

R518

101.5v Q502 H drive R519

+

L506

R514

To CRT

ABL to X-Ray protect PM501 / 9

F FV

1

D507 C518

C522

C524

5 H2

4

2

C506 + L503 C511

1000V 1 -0.2v Q591 H OUT R515

C523

To CN702 C Board

To C board *3.5v

R516

R520

6 H2

3

C517

R330 C525 C547

7

To CN702 C Board T502 HDT

R502

C519

D506

C521

D508

13.2V

10

C510

1 H.DY (+) 2 H.DY (+) 3 H.DY (-) 4 H.DY (-)

*Decreases with increasing brightness

C515

Horizontal centering and pincushion modulation

CN130 ABL 1 to Y / C Jungle 2 IC301 / 26

1 2

Increases with increasing brightness

CN116 M Board

D512

Figura 4

• Señal HP (terminal 9) para el circuito de enfoque dinámico.

El fly-back

Como podrá haber notado, el fly-back es un transformador muy complejo que está formado

13 CN116

H1

HV

H drive from y/c jungle IC 301/37

14

5

8

C512

13 CN131

H2

R510 R501

D502 15V C501 +

H pulse to main micon IC101/PIN47 and Y/C Jungle IC301/39

14

25Vp-p(H)

C513

M Board

C553

T501 FBT

D504

por las siguiente partes: embobinado primario; varios embobinados secundarios; diodos rectificadores internos para el alto voltaje, enfoque y pantalla, si es el caso; resistores divisores para obtener los voltajes de enfoque y pantalla, si es el caso; y núcleo de ferrita. En la figura 5 se muestra el diagrama de un fly-back con tan sólo un potenciómetro interno, el cual sirve para obtener el voltaje de enfoque que se aplica al cuello del cinescopio. Sin embargo, podemos encontrar fly-backs con un segundo potenciómetro divisor de voltaje, del cual se obtiene el voltaje para la rejilla pantalla o screen del cinescopio (vea figura 6).

Fallas en los fly-backs Tomando en cuenta que a este transformador le corresponde manejar voltajes muy elevados, la probabilidad de fallas en este elemento es muy alta. Los tipos de averías más comunes se comentan enseguida.

Primario abierto Esta falla se detecta simplemente midiendo el voltaje en el colector del transistor de salida horizontal, en cuyo caso hay 0 voltios, mientras que por la terminal 2 del fly-back aparece el voltaje

proveniente de la fuente conmutada (135 voltios). Cuando esto sucede no hay alto voltaje y, por lo tanto, el filamento del cinescopio no enciende.

Secundario abierto Cuando algún secundario se abre la falla se presenta de acuerdo al embobinado abierto (no habrá alimentación hacia la etapa vertical, no funcionará el circuito ABL, etc.) En la mayoría de los casos, sí estará presente el alto voltaje.

Fugas de alto voltaje Es importante determinar si existe un arqueamiento en el fly-back cuando el televisor está funcionando, ya que si el cuerpo del transformador se ha agrietado, es posible que se escape el alto voltaje. Inclusive se percibe un olor a ozono. Este problema se puede solucionar (si no es muy grave), colocando un poco de líquido llamado “corona” que es un aislante de alta calidad.

Resistores divisores abiertos o con falsos os Si usted tiene un televisor con desenfoque y, al mover el control que se encuentra en el fly-back observa que la imagen en el cinescopio se define, pero no del todo, es muy probable que haya un problema en el circuito resistivo del fly-back. También, si hay una imagen inestable y al mover el control de screen en el fly-back la ima-

T501 FBT 6

5

T4401 HVT 9

HV

TO CRT

4 HV

1 8

Enfoque 2 Screen

3 7 2

4

F

7 FV

8

C

5

3

9 6 1

10

Figura 5

10

Figura 6

ELECTRONICA radio-gráfica

5

Figura 7

Hv B+ Alimentación Indicador

+Vcc Oscilador 555

Salida de oscilación

Fv

Fly-back en prueba

gen se desestabiliza aún más, es factible que el problema esté en el divisor de screen.

ría la fuente de poder o la misma etapa de salida horizontal; por ello le recomendamos que haga lo siguiente: 1) Si el fusible de protección se abre, verifique que el transistor de salida horizontal no se encuentra en corto. 2) Verifique que la fuente de alimentación esté funcionando correctamente. 3) Si tiene duda del fly-back, retírelo del circuito impreso y conéctelo al circuito probador que para tal efecto le recomendamos que construya, y cuyas instrucciones le damos enseguida.

Estructura del probador de fly-backs Diodos de rectificación abiertos y cortos entre espiras de los embobinados Estas fallas son muy frecuentes y, en ocasiones, difícilmente localizables, pues se confunden con facilidad con averías de otros circuitos, como se-

El probador de fly-back que le estamos recomendando, está formado por una fuente de alimentación, un oscilador, un transistor y un medidor indicador que puede ser un multímetro analógico.

Diagrama a bloques Componente Cantidad T1

1

Descripció n Transformador 127/24 volts, 0.5 mA, con tap central

Q1

1

Transistor D-1555 con disipador de calor

R1

1

Resistencia de 15 ohmios a 1/2 watt

R2

1

Resistencia de 8.2 K a 1/2 watt

D1-D3

3

Diodos rectificadores 1N4007

D4

1

Diodo LED

C1

1

Capacitor 1000 Mfd.10V

C2

1

Capacitor 1000 Mfd. 35V

IC1

1

Circuito integrado LM 555

R3

1

Resistencia 10 K 1/2 watt

R4

1

Resistencia 8.2 K 1/2 watt

C3

1

Capacitor cerámico de 0.01 Mfd

C4

1

Capacitor cerámico 0.001 Mfd

R5

1

Resistencia 100 a 1/2 watt

SW1

1

Interruptor "push boton"

*

1

Porta fusible tipo europeo

Diagrama esquemático En la figura 8 presentamos el diagrama del circuito probador y en la figura 9 el diagrama de circuito impreso. Usted puede fabricar fácilmente dicha tarjeta, siguiendo los procedimientos que seguramente ya conoce (en dado caso, consulte el fascículo No. 1 de la serie Electrónica para Estudiantes, editado por esta casa editorial).

F1

1

Fusible de 0.5 de amp

*

1

Cable de línea con clavija

Instrucciones para el armado

*

1

Caja de plástico

*

1

Circuito impreso de 10 X 5

*

1

Multímetro analó gico que mida una corriente de 500 ma

*

5

Bornes tipo hembra banana

3

Conectores tipo macho banana (uno rojo y dos negros)

Instale los componentes en el lugar adecuado del circuito impreso y efectúe las perforaciones adecuadas en el chasis de plástico para colocar el diodo LED indicador, el interruptor, el transformador de poder y los bornes para el medidor de corriente. Realice las conexiones pertinentes (figura 10).

*

Tabla 1

6

En la figura 7 presentamos el diagrama a bloques del probador; puede notar que la señal del oscilador 555 (que es una oscilación de alta frecuencia que emula a la oscilación horizontal) es entregada por la terminal 3 y llega a la base transistor Q1, el cual la amplifica y la aplica a través del indicador al primario del fly-back. La lista de partes se muestra en la tabla 1.

ELECTRONICA radio-gráfica

T1

D1

SW1

D2

Interruptor push button

C2

R1

Figura 8

+

D3

Led indicador

C1

-

D4

Para conectar a tierra la terminal de Fly-back correspondiente

Multímetro en función de amperímetro

R2

B+ Aqui se conecta el Fly-back en prueba

4

R3

8 100Ω

R4

7 ICI 3 555

C3

2 5 6 1

Salida de oscilación

R5 Q1 C4

Este probador puede funcionar aunque no se tenga el medidor de corriente, en cuyo caso sólo habría que colocar un puente entre los bornes donde va conectado; sin embargo, no se podría medir el rango de consumo de corriente que tendría el fly-back.

Prueba de fly-backs Para probar fly-backs, sólo tiene que conectar el primario del transformador en la salida del probador (respetando la conexiones que van al colector y a B+ en el fly-back) y presionar el interruptor push button (figura 11). Si el dispositivo se encuentra en buen estado, de inmediato se escuchará la oscilación (inclusive se percibe el característico olor a ozono) y en el medidor se deberá indicar una corriente de 100 a 190 mA como máximo; si el valor de corriente es superior a los 200 mA, es muy probable que exista un problema en el fly-back.

Cara de soldaduras

Esta es una prueba muy dinámica para saber si hay alto voltaje, pues se comprueba tanto el estado de los diodos que están en la parte interna del fly-back como si existe un corto en el transformador. Inclusive, para verificar si existe un alto voltaje adecuado, podría acercar la salida correspondiente a un punto de tierra física (alguna tubería) para observar el arco de corriente.

Medición de fugas en el fly-back En caso de que sospeche que el fly-back posee fugas internas, también puede ser verificado por medio de este circuito probador; para ello, simplemente localice la terminal respectiva a tierra y conéctela en el borne correspondiente del probador; en caso de que la corriente que circula a través del primario del transformador aumente por encima de los 200 mA, lo más seguro es que la corriente se esté arqueando hacia tierra en el

Distribución de componentes

Borne Push Fusible button amperímetro 0.5A (-) SW1 Borne F1 amperímetro (+) Borne GND

Led D4

R3

R4 C4

R2 5 cm T1

D2 C2 D1 D3

Borne B+

Q1

Borne H-Out

555 R5 C3

R1 C1

10 cm

Figura 9

ELECTRONICA radio-gráfica

7

Figura 10

interior del dispositivo. En esas condiciones, prácticamente no habrá más remedio que reemplazar el fly-back por uno nuevo.

Medidas de seguridad Queremos insistirle en que tome algunas medidas de seguridad. Por ejemplo, siempre trabaje sobre una base de madera seca o algún acrílico; esto le evitara sufrir alguna descarga eléctrica,

8

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 11

no sólo al probar un fly-back, sino también cuando repara equipo electrónico. Otra recomendación, es que no toque ninguna de las terminales libres del fly-back mientras realiza la prueba, ya que se expone a recibir una descarga muy desagradable, la cual puede ser muy riesgosa quienes padecen afecciones cardiacas. Fuera de estas recomendaciones básicas, el uso de este circuito es muy seguro y sencillo.

CONSTRUYA USTED MISMO SU PC Oscar Montoya Figueroa

Introducción En el mercado de computadoras PC existen dos grupos de computadoras: de marca y ensambladas o clones (figura 1). Las de marca, siempre cuentan con un amplio soporte técnico para los s. En cuanto a su presentación, casi siempre se distinguen por un diseño propio (curvado, de cierto color) y con características ergonómicas, tales como altavoces incluidos y gabinete en juego con el monitor.

Costo

Atención/serv. al cliente

Rendimiento

Clon ensamblado

Costo

Atención/serv. al cliente

Computadora de marca

Rendimiento

El presente artículo pretende ser una guía sencilla para el armado de una computadora PC o compatible, sin que necesariamente usted conozca a fondo sus aspectos técnicos. Esto es posible gracias a la tecnología modular de estas máquinas, es decir, a que los circuitos electrónicos y periféricos que conforman una computadora, se agrupan en tarjetas o módulos que se interconectan. Tan fácil es ensamblar una PC, que pareciera que estuviésemos armando una mesa de madera o un closet del tipo “hágalo usted mismo”.

Figura 1

ELECTRONICA radio-gráfica

1

Generalmente, dichas máquinas se venden con una configuración específica de hardware y software, para que el solamente la tenga que conectar antes de empezar a usarla. Sin embargo, una desventaja de dichos sistemas es que casi siempre son costosos. Por su parte, las computadoras ensambladas son una buena alternativa para quien desea adquirir un equipo a precio cómodo y con un rendimiento similar e incluso superior al de las máquinas de marca. De hecho, un buen número de compañías pequeñas que venden computadoras, ensamblan clones a los que les colocan su marca o logotipo. Pero además si usted ensambla su propia computadora, tendrá dos ventajas adicionales al ahorro monetario: la posibilidad de incrementar sus prestaciones gradualmente, según su presupuesto, y podrá sentar bases para conocer más

a fondo las tecnologías con que se integra una PC y, por consecuencia, para la reparación y mantenimiento de estos sistemas. Si usted desea profundizar en este tema, le recomendamos que consulte el libro Reparación y Actualización de la PC. Técnicas Básicas, producido por Centro Japonés de Información Electrónica. En esta obra, no sólo se hace una explicación muy completa de las tecnologías que convergen en una PC, sino que también se incluye un video donde se muestra de forma práctica cómo ensamblar una de estas máquinas.

Partes de una computadora básica A continuación especificamos las partes de una computadora básica. Las características de ellas pueden variar, dependiendo de la configuración que en particular usted desee y de las ofertas

Vista lateral del gabinete

A

B

Vista trasera del gabinete

Tapa de unidades de 5 1/4 pulgadas

Fuente de alimentación

Ventilador de la fuente Tapa de unidades de 3 1/2 pulgadas Display Tecla de reset

Conectores de la fuente

Conector de alimentación de 127V

Interruptor selector de voltaje

Conector auxiliar para monitor Entrada para teclado Tapas para salida de tarjetas

Tecla de turbo

Perforación para el teclado

Tapa frontal

Perforaciones para tornillos

Patillas de soporte

Conectores del

C

Otros elementos

Tapa del gabinete

D

Tapa superior del gabinete

Tornillos de sujeción de la tapa posterior

Postes para los tornillos de soporte

2

Verifique la operación de estos controles conectando un óhmetro en las terminales de conexión de los mismos

ELECTRONICA radio-gráfica

Perforaciones para los tornillos de sujeción de la tapa

Figura 2

Figura 3

+

(+)

Ventilador interno de la fuente

Rojo Negro Negro Amarillo

-

5V 12 V

(-) Negro (+)

Conector para alimentación de unidades de disco y ventilador de U

(-)

Rojo 127 V 220 V

Negro Amarillo

+

-

Forma del conector Selector de voltaje de línea

Cables negros de tierra al centro

En la fuente encontramos dos tipos de conectores: los de alimentación a las unidades de disco y los marcados con las siglas P8 y P9, los cuales son exclusivos para la alimentación de la tarjeta madre.

P8

Bancos de memoria (SIMM's)

que haya en el mercado de componentes al momento de hacer la compra: • Procesador Pentium, mínimo de 166 MHz de velocidad (o clon equivalente). • Tarjeta madre para norma Intel MMX con 512 KB de caché, buses PCI e ISA. • Tarjeta de video de 1 MB de RAM de video. • 16 MB de memoria RAM mínimo. • Unidad de disco duro (recomendado entre 1 y 2.1 GB). • Unidad de disco flexible de 3.5 pulgadas con capacidad de 1.44 MB. • Gabinete minitorre con fuente de poder de 200 watts. • Monitor de color Súper VGA. • Teclado tipo Windows 95 y mouse. Enseguida describiremos algunas de las partes y su respectiva función, aunque no precisamente en el orden estipulado en la lista anterior, y

P9

Conector de teclado

Al conectar la alimentación de la tarjeta madre, cuide que los cable negros de P8 y P9 se mantengan juntos; esto evitará que realice una conexión equivocada.

también explicaremos cómo deben ser interconectadas para ensamblar por completo la computadora.

Gabinete y fuente de poder El gabinete corresponde a la parte estructural de la computadora, y es donde precisamente se alojan las tarjetas de la máquina y las unidades de almacenamiento para formar lo que se conoce como “unidad de sistema”. Hay diferentes modelos de gabinetes, pero nosotros trabajaremos con uno tipo minitorre (figura 2). Una vez que ha reconocido las partes que conforman el gabinete, pruebe la buena operación de la fuente; para ello, conéctela a la alimentación y cerciórese de que el interruptor selector de voltaje esté en la posición que corresponda al voltaje nominal de alimentación comercial de 127 ó 220 volts. Oprima el interruptor de la parte frontal del gabinete para encender el equipo y

ELECTRONICA radio-gráfica

3

Memoria caché incorporada en la tarjeta

Zócalo para SIMM de caché

ZIF socket para procesador tipo Pentium

Figura 4A

Chipset ROM-BIOS

Reguladores de voltaje

Zócalos para SIMMs de memoria RAM (72 pines)

Slots ISA de 16 bits

Conectores para discos flexibles, discos duros IDE y puertos

Slot PCI de 32 bits

Batería de litio

Conector de teclado

verifique que el ventilador de la fuente gire. Si dispone de un multímetro, se le recomienda verificar el voltaje de salida en uno de los conectores de la fuente (figura 3).

Tarjeta madre La tarjeta madre o tarjeta principal (también llamada motherboard), es una tableta de circuito impreso donde se alojan los circuitos de proceso

4

ELECTRONICA radio-gráfica

de datos de una computadora y donde se conectan las tarjetas de expansión o de interface, las cuales actúan como intermediarias entre el microprocesador y los periféricos (figura 4). Un sistema básico puede trabajar solamente con una tarjeta de interface: la de video, donde se conecta el monitor; aunque conviene recordar que hasta los sistemas 486, casi siempre era necesario conectar también una tarjeta de puertos I/O, donde se conectaba el mouse, la impresora y las unida-

Chipset

Microprocesador

TARJETA MADRE

Figura 4B

Tarjeta de video

Bus de datos

M e m o r i a

Tarjeta de fax-módem

Tarjeta de audio y CD-ROM Slots o ranuras de expansión

El microprocesador se aloja en una tarjeta madre, junto con otros circuitos que apoyan su funcionamiento, entre los que destacan los chips de la memoria de trabajo (RAM). Los conectores permiten a los periféricos acceder a las señales del microprocesador, vía las tarjetas de interface.

des de disco. Sin embargo, en la actualidad, las tarjetas madre incorporan los circuitos necesarios para esas funciones, por lo que ya no se requiere la tarjeta de puertos. Antes de colocar la tarjeta madre en el gabinete, es necesario prepararla conectándole el microprocesador (U), un disipador de calor a éste y la memoria RAM y caché, para lo cual debe seguir esta recomendación: antes de que usted toque alguna de las tarjetas de la computadora, es necesario eliminar la carga electrostática de su cuerpo; para ello, toque con ambas manos una tubería de agua y, para mayor seguridad, toque también las partes metálicas del gabinete en las que no haya pintura.

posible elegir la mejor configuración, de acuerdo con su presupuesto y necesidades específicas. Para insertar o liberar un microprocesador de la tarjeta principal, basta con levantar el brazo móvil que se localiza precisamente a un lado del zócalo de la U. Cuando el brazo está arriba, las terminales internas se separan y entonces puede hacerse el cambio; cuando el brazo se encuentra abajo, las terminales internas se cierran para asegurar así la conexión eléctrica tarjeta madre-U, y éste queda mecánicamente fijado en la tablilla (con lo que se previenen falsos os). Al introducir la U en la motherboard, asegúrese de que la muesca coincida con el punto de inserción indicado en el zócalo (figura 5).

Microprocesador Disipador de calor Para la U se destina un zócalo especial, que es una base con terminales internas desplazables que permiten la inserción de dicho circuito. La mayoría de las tarjetas madre actuales, son adaptables a una amplia gama de microprocesadores, entre los que podemos mencionar a la serie K5 y K6 de AMD, los 6X86 de Cyrix, así como todos los Pentium de Intel, en sus versiones normal y MMX, con frecuencias que van de 75 a 233 MHz. Por lo tanto, la flexibilidad de estas tarjetas hace

A partir de los microprocesadores 486, la temperatura de operación de las U se ha incrementado. Para reducir el calentamiento, es necesario colocar sobre la cara superior de estas unidades un disipador de calor, el cual consiste en una placa metálica y un ventilador (figura 5). Con el propósito de asegurar el o térmico entre el disipador y la U, sobre la cara superior de ésta aplique una pequeña capa de pasta térmica de silicón (que puede adquirir en

ELECTRONICA radio-gráfica

5

Figura 5

Conector de alimentación

Ventilador

Placa metálica

Gancho de sujeción a microprocesador



U Pasta de silicón

Muesca de posición

Punto de muesca en tarjeta

Brazo móvil

Patilla para sujeción del disipador

cualquier tienda de electrónica) y enseguida coloque el disipador. Cada disipador viene provisto con un par de ganchos laterales, los cuales le permiten afianzarse sobre la U. Antes de colocar el disipador, verifique su buena operación; para ello conecte una de las terminales de conexión de alimentación disponibles de la fuente con el conector del ventilador, encienda la fuente y confirme que éste gire.

Frecuencia y voltajes de operación Una vez instalados el ventilador y el microprocesador, se requiere configurar la frecuencia y voltajes de operación de este último. Esto se debe a que para cada modelo de microprocesador existe un valor de voltaje y una frecuencia de operación específicos, que son datos que habrá que consultar en el momento de hacer la compra de este dispositivo. Para determinar dichos valores, hay que manipular la posición de un grupo de jumpers o puentes. Normalmente, sobre la propia tablilla de la tarjeta madre vienen grabadas las especificaciones sobre los valores de voltaje y frecuencia. Estas combinaciones de jumpers se particulari-

6

ELECTRONICA radio-gráfica

Tabla 1 Microprocesador

Frecuencia de operació n del microproc.

Frecuencia del reloj en la tarjeta madre

Factor multiplicador

Pentium-60

60

60

1X

Pentium-66

66

66

1X

Pentium-75

75

50

1.5X

Pentium-90

90

60

1.5X

Pentium-100

100

66

1.5X

Pentium-120

120

60

2X

Pentium-133

133

66

2X

Pentium-150

150

60

2.5X

Pentium-166

166

66

2.5X

Pentium-200

200

66

3X 2.5X

Pentium MMX-166

166

66

Pentium MMX-200

200

66

3X

Pentium MMX-233

233

66

3.5X

K5-75

75

50

1.5X

K5-90

90

60

1.5X

K5-100

100

66

1.5X

K5-120

90

60

1.5X

K5-133

100

66

1.5X

K5-150

150

60

2.5X

K5-166

166

66

2.5X

K5-200

200

66

3X

K6-166

166

66

2.5X

K6-200

200

66

3X

K6-233

233

66

3.5X

6X86-120

100

66

1.5X

6X86-133

110

55

2X

6X86-150

120

60

2X

6X86-166

133

66

2X

zan según el modelo de tarjeta madre; no obstante, en la tabla 1 ofrecemos algunos datos que pueden ayudarle cuando vaya a efectuar la configuración. Por ejemplo, para los microprocesadores Pentium de Intel, se utiliza un voltaje de alimentación de 2.8 volts. (Tenga especial cuidado de que el valor de voltaje con que cuenta sea el adecuado para el microprocesador elegido, ya que en caso contrario éste puede sufrir daños irreparables.) Dicha tabla le será de mucha ayuda, puesto que le permitirá elegir la combinación correcta

Figura 6

En este ejemplo instalamos dos SIMM's de 8 MB cada uno; recuerde que para evitar conflictos en el sistema, debe instalar siempre memoria de la misma marca y características (paridad tiempo de y modelo). Preferentemente, consulte la tabla de mapa de memoria que acompaña a la tarjeta madre, a fin de elegir la combinación de SIMM's de memoria óptima para el sistema que está ensamblando.

Esta muesca en el SIMM evita insertarlo incorrectamente en el zócalo.

M4 SIM M3 SIM M2 SIM M1 SIM Zócalos para SIMM's

Base para DIMM

Inserte los módulos de memoria en los zócalos de manera inclinada; una vez colocados, levántelos para que adquieran una posición vertical y queden fijados con los seguros de los extremos. Verifique que las terminales de cada módulo se encuentren bien insertadas, ya que esto puede causar que el equipo no inicie una vez ensamblado.

Banco 1 Banco 0 Guías de soporte y seguros

U

CACHE

RAM Diagrama a bloques de la sección RAM del microprocesador

CHIPSET

frecuencia de reloj-factor de multiplicación. Solamente restará determinar la combinación de puentes que corresponde en la tarjeta principal. Los jumpers P54 y P55, controlan la función de regulador de voltaje simple y doble regulador, respectivamente. Para aquellos microprocesadores que requieren dos voltajes de operación internos, se utiliza el doble regulador; esta información se encuentra normalmente grabada sobre la superficie del mismo, observe esta información cuando instale su U.

Memoria RAM y caché El paso siguiente, es instalar la memoria RAM del sistema. Como sabemos, la RAM es la parte de la computadora en la que se almacenan los programas y datos mientras ésta se encuentra encendida (de ahí su nombre de volátil). Vea la figura 6. Por lo que se refiere a la memoria caché, algunos modelos de tarjeta madre traen ya incorporada una cierta cantidad. Pero otros modelos sólo cuentan con 256 KB, posibles de ampliar hasta 512 KB; para el efecto, sobre la tarjeta se incluye un slot (ranura) de expansión de memoria tipo

SRAM. Recordemos que la memoria caché es un paso intermedio entre la memoria RAM y el microprocesador, para reducir el tiempo de a los datos en la RAM (con lo cual la velocidad del sistema aumenta de manera considerable durante la ejecución de programas). Para esto, el caché lee en la RAM los datos almacenados antes de que los requiera el microprocesador. El caché se construye con una memoria más rápida que la RAM y, por lo tanto, su costo es maMódulo de memoria SRAM para caché externo

Muesca de posición Slot de expansión de memoria caché

Espacios para memoria caché no utilizados por el fabricante, lo que permite ofrecer al mercado una tarjeta madre más barata.

Circuitos de memoria caché montados sobre la tablilla en montaje superficial (SMT).

Figura 7

ELECTRONICA radio-gráfica

7

yor; pero por la misma naturaleza de dicho recurso, se necesita muy poca memoria de este tipo, en comparación con la RAM. Vea la figura 7.

Ensamblado de la unidad de sistema Como primer paso ya para ensamblar la unidad de sistema, hay que conectar la tarjeta madre. Para ello siga estos pasos (figura 8): 1) Retire los tornillos de sujeción y la tapa posterior del gabinete; coloque enseguida la motherboard sobre la placa de soporte. 2) En los espacios correspondientes de la tarjeta madre, introduzca las bases o soportes de plástico. 3) Coloque uno o dos postes metálicos (según lo permita el gabinete), sobre la tapa posterior. 4) Cuidando que coincidan las perforaciones de la tarjeta madre con las de la tapa posterior, coloque a aquélla sobre esta última. Luego, mediante uno o dos tornillos fíjela en los postes metálicos. 5) Finalmente, para reinstalar en su sitio original a la tapa posterior del gabinete, fíjela con sus tornillos de sujeción. Cuando usted adquiere una tarjeta madre nueva, en el paquete se incluye un conjunto de

cables y conectores necesarios para los puertos de comunicaciones y unidades de discos (figura 9). Como se muestra en la figura 10, instale los conectores para los puertos; y antes de conectar el cable de datos en las unidades de disco, se deben colocar éstas en el gabinete y conectar su alimentación (figura 11). No olvide conectar también los cables de datos de las unidades de disco, en los conectores correspondientes en la tarjeta madre. Ahora hay que conectar la tarjeta de video, para lo cual le sugerimos que seleccione una tipo PCI con por lo menos 1 MB de memoria RAM de video (VRAM). La tarjeta madre también debe incluir ranuras de expansión del estándar PCI.

Conector tipo peine para unidad de 5 1/4 pulgadas.

Drive A

Conector para pines para unidad de 3 1/2 pulgadas (hembra). Conector tipo peine para unidad de 5 1/4 pulgadas.

40 hilos conductores

Drive B Conector para pines para unidad de 3 1/2 pulgadas (hembra). Cable de datos para unidades del disco flexible.

Conector para pines hembra. Insertar en el conector FDC (conector para unidad de discos o floppy disk controler) de la tarjeta madre.

Conector para pines hembra (al conector de la unidad).

Tornillos de sujeción y tierra 50 hilos conductores

Tarjeta madre

Conector para pines (al conector de la unidad) tipo hembra. Conector para pines hembra. Insertar en el conector IDE 1 de la tarjeta madre.

Conector de teclado

Soportes de plástico

Cable de datos para unidades de disco duro o CD-ROM.

Conectores para puertos de comunicaciones Puertos seriales

Tapa posterior Partes metálicas, para sujeción y tierra

Placa metálica posterior del gabinete

Base de plástico

8

Poste metálico de soporte

ELECTRONICA radio-gráfica

Figura 8

Conector DB9 macho Conector DB25 hembra para puerto paralelo

Conector DB25 macho

Figura 9

Figura 10

Tornillo Cable plano Esta placa de soporte permite fijar los conectores al gabinete

Conector macho DB25 para puerto COM

Conector DB25 hembra para la impresora (LPT)

Conductor de color de referencia Cerciórese de que al insertar el conector de la tarjeta madre coincidan el número 1 grabado en la tarjeta con el conector de color

Conector DB9 macho para puerto COM 1 1

Conector

COM 1 COM 2

1

Terminales

Tornillo

LPTI

Tarjeta madre

Tornillos fijadores Gabinete

Tapa de la salida de las tarjetas de expansión

Las tapas para las tarjetas de expansión se desprenden cuando se insertan una nueva tarjeta

Salida para teclado Conector de teclado Fuente

Bus de expansión

Para insertar la tarjeta en cualquiera de los slots de expansión del estándar PCI, empújela hacia abajo de manera uniforme, colocando dos dedos en sus extremos. Si a pesar de la presión ejercida la tarjeta no entra fácilmente, proceda a verificar que el peine de la misma coincida con la ranura de entrada del slot del bus correspondiente. Por último, fije la tarjeta con un tornillo. Vea la figura 12. En la parte frontal del gabinete, encontrará un grupo de pequeños cables en cuyos extremos hay una serie de conectores. Sobre éstos, existe un grabado que especifica su respectiva función;

Conector de datos Conector de alimentación Conector de la fuente para unidad de 3 1/2 Conector de la fuente para unidad de 5 1/4 pulgadas (usado para alimentar al disco duro)

Cable de datos FDC

Tapa frontal

Conector de alimentación

ahora sólo hay que conectar cada uno en la terminal que le corresponde en la tarjeta madre, en la posición que en esta misma se indica. Dichos cables son: • Reset: corresponde al botón de reinicializar en el frontal del gabinete. • Turbo: corresponde al botón que desde el frontal permite conmutar entre dos frecuencias de operación del microprocesador: una baja y una alta (no incluido en gabinetes modernos). • Turbo LED: se enciende al activarse la operación en alta velocidad de la computadora.

Espacios para dos unidades de 5 1/4 pulgadas

Monte las unidades de disco en el gabinete, de forma que queden Tornillos de sujeción espaciados y fijos con los tornillos de sujeción; no Espacios para dos unidades olvide retirar la tapa frontal de de 3 1/2 pulgadas la unidad de 3 1/2 pulgadas Unidad de 3 1/2 pulgadas y acomodarla al nivel del Disco duro frontal.

Conector de datos Conector de alimentación Cable de datos IDE

Figura 11

ELECTRONICA radio-gráfica

9

Figura 12 Inserte la tarjeta de video en la ranura de expansión PCI Placa de soporte Tarjeta de video

Tornillo Fuente de alimentación

nos ocupamos, se trata de una unidad de 3 1/2 pulgadas a 1.44 MB. Salga de esta opción presionando la tecla ESC; al regresar al menú principal elija la opción Save and exit CMOS Setup para grabar en memoria los cambios realizados y comenzar con la instalación del sistema operativo y los programas de aplicaciones con los que vaya a trabajar. Al respecto, siga las instrucciones de los fabricantes del software.

Otras prestaciones Tarjeta madre Slots de expansión PCI

Alimentación a la tarjeta madre

• Power LED: se mantiene encendido siempre que la computadora lo esté. • HDD LED: se enciende en el momento en que se realiza un a la unidad de disco fijo. Por último, coloque la tapa de la máquina y fíjela con los tornillos correspondientes. Enciéndala y entre al programa Setup para dar de alta sus características de configuración (figura 13). Debido a la extensión del presente articulo, sólo mencionaremos los pasos principales para configurar la computadora desde el Setup. Para accesar al Setup encienda la computadora; observará que primero aparece una serie de mensajes referentes a los datos del fabricante; después la computadora realiza una prueba de memoria y, al finalizar, aparece una leyenda que dice Press DEL key to enter Setup program...., indicando que deberá oprimir la tecla DEL (SUPR) para entrar a la configuración. Aparecerá entonces un menú con varias opciones; elija Load BIOS defaults para cargar los valores por omisión de la computadora prefijados por el fabricante. Enseguida escoja la opción IDE autodetect, para que automáticamente la computadora cargue los parámetros del disco duro que tiene instalado. Finalmente, seleccione la opción Standard CMOS Setup, dentro de la cual aparecerá una serie de campos; únicamente modifique los de fecha, hora y tipo de unidad de disco flexible (floppy disk); para el caso del ejemplo del que

10

ELECTRONICA radio-gráfica

Ya sabemos que la PC es un sistema cuyas prestaciones pueden crecer gracias a los buses de expansión. En la actualidad, la mayoría de computadoras cuentan además con recursos multimedia y de comunicaciones. Y aunque de estos temas nos ocuparemos posteriormente, no

Figura 13

Figura 14 Tornillos

Conector IDE CD-ROM

Conector de alimentación de la fuente

Conector de audio

Disco duro CD-IN Audio out (line out) Line in

Cable de la interface IDE

Mic Conector

Cable de alilmentación de las bocinas para toma comercial. Algunos modelos incluyen un eliminador externo.

Tarjeta madre Slots PCI

Slots ISA Bocinas

queremos dejar de mencionar algunos aspectos básicos que pueden ayudarle a tomar decisiones. Para añadir prestaciones multimedia, es necesario adquirir un CD-ROM y una tarjeta de sonido, elementos que se venden como kit. Las características que recomendamos son las siguientes: unidad lectora de CD-ROM de velocidad 24X o los últimos modelos Smart 100X de alto rendimiento; tarjeta de sonido estéreo o una con sonido 3D y bocinas. Su instalación es muy sencilla. Coloque la unidad lectora de CD-ROM en uno de los espacios correspondientes a unidades de 5 1/4 pulgadas en el gabinete; fíjela con los tornillos que se incluyen en el kit y conecte la alimentación de la unidad mediante uno de los conectores de la fuente de alimentación (en el conector de datos del disco duro, generalmente se incluye uno que puede usarse para dar servicio a la unidad lectora del CD-ROM). Finalmente, inserte la tarjeta de sonido en una de las ranuras ISA disponibles en la motherboard y fíjela con un tornillo en el gabinete. Conecte en las terminales marcadas como CD-IN de dicha tarjeta, el cable de audio que se incluye; y el otro extremo conéctelo en la salida del conector de la unidad de CD-ROM marcada como CD-Audio.

Tenga presente que las bocinas traen su alimentación externa, ya que incluyen un amplificador propio; y éstas deben conectarse a través del cable de audio a la salida LINE-OUT de la tarjeta de sonido (figura 14). Todo kit multimedia incluye discos de instalación con manejadores para la tarjeta de sonido y para la unidad lectora de CD-ROM, así como programas de utilerías para Windows 3.11, Windows 95 o MS-DOS, los cuales será necesario utilizar en el momento en que instale todo el software en la computadora. Por último, si usted requiere contar con servicios de comunicaciones tales como el envíorecepción de faxes o Internet, entonces deberá instalar una tarjeta fax-módem, preferiblemente de 33,600 baudios. Para instalarla, solamente necesitará colocar dicha tarjeta en una de las ranuras ISA disponibles y fijarla con un tornillo al gabinete. En su parte externa la tarjeta incluye dos conectores llamados LINE y PHONE, en los cuales deberá conectar una línea externa de teléfono y un teléfono como extensión si lo desea. Junto con la tarjeta de fax-módem se incluye también un disco de configuración para dar de alta la nueva tarjeta con el tipo de software que esté utilizando.

ELECTRONICA radio-gráfica

11

INTERFACE PARA PC Oscar Montoya Figueroa

En este artículo haremos una introducción práctica al concepto de interfaces de computadora, a partir de un circuito de muy fácil construcción. Con un mínimo de conocimientos de electrónica y una PC a su alcance, usted podrá realizar esta aplicación de propósito general, cuyo uso depende de la aplicación específica que quiera darle. Por ejemplo, puede hacer que su computadora tome el control en su casa encendiendo las luces en un momento dado, abriendo las puertas, controlando el agua del tanque, etc.

Introducción Una manera muy interesante y conveniente de aprovechar al máximo el potencial de una computadora personal, es mediante el uso de interfaces. Una interface es un medio por el cual la computadora se comunica con el entorno exterior y viceversa; así por ejemplo, el teclado es una interface de entrada, ya que envía datos desde el exterior hacia la máquina; en cambio el monitor es una interface de salida, ya que a través de él se envían mensajes hacia el exterior. Entre las opciones que tienen a su alcance las personas adentradas en el campo de la electrónica, está la de construir interfaces para aplicaciones muy específicas, que pueden ser diseños sencillos hasta subsistemas de complejidad considerable. La cuestión es que una interface de computadora ofrece una gran flexibilidad para el diseño de circuitos electrónicos con cierto grado de inteligencia y con una reducida cantidad de circuitos externos (figura 1). La construcción de una interface puede hacerse de diversas maneras. Elegir la más adecuada, depende en gran medida de los requerimientos implícitos de cada aplicación.

ELECTRONICA radio-gráfica

1

Figura 1

Una Interface de computadora permite la comunicación con diferentes medios.

Sistema de control Industrial, numérico, etc.

Robótica Computadora personal

Interface

Monitoreo

En el presente artículo mostraremos una aplicación sencilla, con la cual podemos hacer la interconexión “computadora/medio externo” aprovechando las características del puerto paralelo y sin necesidad de gastar mucho; en realidad, podemos ejecutar programas de control incluso desde una computadora 8088 (XT).

Requerimientos de una interface Como principio, observemos que un sistema de interface requiere básicamente de un programa de control, un medio de comunicación y un circuito de ejecución externo. El programa de control puede ser escrito en cualquier lenguaje de alto nivel (por ejemplo, Turbo Pascal o Turbo Basic), o en lenguajes visuales como Delphi o Visual Basic; estos últimos son los que mayores requerimientos de hardware exigen. Para evitar complicaciones y ampliar el rango de computadoras que pueden funcionar con nuestra interface, generaremos el código de programa en BASIC, el cual puede correr en cualquier versión de QBASIC que se incluye en la mayoría de los sistemas operativos anteriores a Windows 95. El tamaño del código del lenguaje QBASIC, permite ejecutar el programa escrito en cualquier computadora compatible con PC. La interface que vamos a construir tendrá la capacidad de muestrear cuatro elementos diferentes, y de responder mediante una señal de salida cuando se presente la activación de uno de ellos.

2

ELECTRONICA radio-gráfica

El circuito básico puede ser ampliado y modificado para controlar una cantidad muy grande de elementos; todo depende de nuestra capacidad de diseño.

Comunicación por puerto paralelo y por puerto serie Existen dos modos de realizar la comunicación entre la computadora y el exterior, disponibles para el común: mediante el puerto paralelo (figura 2) y mediante el puerto serie (figura 3). El primero se utiliza para el control de la impresora y el segundo para leer el mouse. En aplicaciones sencillas lo mejor es emplear el puerto paralelo como medio, ya que utilizar el puerto serial implica tener circuitos UART externos para realizar la comunicación (tarea que es más compleja). La computadora soporta de manera normal hasta dos puertos paralelos, cuya referencia desde DOS es LPT1 y LPT2 (abreviatura de Line Printer). El conector del puerto paralelo (LPT1) tipo DB25 hembra de la computadora, es en realidad la unión de tres puertos; las características de cada uno se describen en la tabla 1.

El circuito En la aplicación que vamos a desarrollar, se requiere entonces un puerto para leer los dispositivos que se van a controlar y otro para enviar las señales de salida de control; recurriremos a

Figura 2

ELECTRONICA radio-gráfica

3

RESET

PDGATEAT

WE

Pogatec

XACK

BA3 BA2 GRPDCD

ATO-AT7

CC0-CC7

BD0 BD7

1G

1C

IOR

1Y2

1Y0 1Y1

B A

BA1

BA0

2Y0 2Y2

2C

LS155

BD0 BD7

2G

BD0 BD7

IOW

CLK 0C

1G 2G LS374 D Q

50

BD4 BD3

BD4 BD7

BD0 BD7

CLR CLK LS244 A

Y

Y

LS240

G

1

G 1

1G 2G

Y

DATA0 DATA7

SLOTIN

STROBE

1

IROEN IROEN

Pines a tierra

13 (SLCT) 12 (PE) 10 (ACK) 11 (BUSY)

DIR (889)d

DIR (888)d

15 (ERROR)

18 19 20 21 22 23 24 25

17

16

AUTOFDXT 14

Y

10

OE

DIR (888)d

INIT

LS174

DATA0-DATA7

2 3 4 5 6 7 8 9

30

WPC

OE E

O

40

WPA

BD0 BD7

D

LS374

LS244

CE

DIR

LS245

Conector DB25 HEMBRA Números de pines ene el conector de la PC

20

A BD0 BD7

Q

BD0 BD7

BD0 BD7

D0-D7

Circuito interno del puerto paralelo

CLK 0C

D

LS374

1G 2G

Y

LS244

IOR MEMR DATA A GATE

4 Circuito interno del puerto serie ELECTRONICA radio-gráfica

8250

Restablecimiento HR

Tranceptor

OUT1 OUT2 IRO4-B24

D0-D7

D0-D7 AD2-AD9

INPUT N.C. N.C.

CG OUT DDIS DTR

D0-D7

+ 5v EIA DTR

G

AOS DISTR

Dir

20

+ 5v

DOSTR

+ 5v

EIA RTS

4

+ 5v 7

DISTR S OUT

IOW A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8

-RI

22

A1 + 5v

-DCT

5 + 5v

DOSTR A0

AEN

-DSR

6

RTS IOR

-RLSO

8

+ 5v

A2

N.C.

2

3 RX DATA

CS0 CS1 CS2 + 10

N.C.

XTAL1 XTAL2

+ 5v

RLSD DSR CTS

Oscilador de 18.433 Mhz

Numeros de pines del conector de la PC (Conector DB25 macho)

RI SIN RCLK

BAUDOT Recepción de datos

Aislamiento óptico

Figura 3

Puerto 1, con direcció n ló gica (888)

Figura 4

Circuito interno del 74LS241 74LS241

Nombre

Número de pin

Modo

Estado ló gico

Dato 0

2

Ent/Sal

Normal

Dato 1

3

Ent/Sal

Normal

Dato 2

4

Ent/Sal

Normal

Dato 3

5

Ent/Sal

Normal

Dato 4

6

Ent/Sal

Normal

Dato 5

7

Ent/Sal

Normal

Dato 6

8

Ent/Sal

Normal

Dato 7

9

Ent/Sal

Normal

Vcc

2G

1Y1

2A4

20

19

18

17

2 3 1A1 2Y4

4 1A2

1 1G

1Y2 2A3 1Y3 16

15

5 6 2Y3 1A3

14

2A2

1Y4

2A1

13

12

11

7 8 2Y2 1A4

9 10 2Y1 GND

Puerto 2, con direcció n ló gica (889) Nombre

Número de pin

Modo

Estado ló gico

ACK

10

Entrada

Negado

Ocupado

11

Entrada

Normal

Sin papel

12

Entrada

Normal

Selecció n

13

Entrada

Normal

Error

15

Entrada

Normal

Puerto 3, con Direcció n ló gica (890) Nombre

Número de pin

Strobe

Modo

Estado ló gico

1

Ent/Sal Negado

AutoFeed

14

Ent/Sal

Negado

Inicializació n

16

Ent/Sal

Normal

Selecció n

17

Ent/Sal

Negado

Nota: Los pines 18 a 25 están conectados a tierra; como referencia de é sta, se sugiere utilizar la terminal 18.

Tabla 1

los puertos 888 y 889 para envío y lectura de datos, respectivamente. Para generar un aislamiento eléctrico que permita proteger contra daños externos al puerto de la computadora, utilizaremos circuitos buffers de tres estados. El 74LS241 es el modelo mas adecuado, pues contiene exactamente las ocho compuertas que se requieren. El diagrama de configuración de las terminales del integrado 74LS241 se muestra en la figura 4.

El circuito final de la interface externa se muestra en la figura 5. Como apreciamos, en las entradas del puerto 889 se colocaron cuatro buffers de entrada. A su vez, cada uno tiene en su entrada un circuito sensor diferente colocado a propósito para observar cómo ellos se conectan al mismo. Cuando todos los sensores se encuentran en estado no activado, el valor de regreso que entrega el puerto 889, puesto en cero, es de (135)10. Si a la terminal 10 en vez de conectarla a tierra se le conecta como fija a +V, el valor leído en el puerto es de (135)10. En la tabla 2 se indican los valores binarios que regresará cada una de las terminales, cuando una de ellas se active de manera individual. En el caso de nuestro diseño, la terminal 10 se mantiene fija a tierra; por eso el valor que se lee en el puerto cuando todas las terminales están a tierra, es de 135. Si, por ejemplo, la terminal 12 se activa a +V, el valor que se lee en el puerto será de 135 + 32 ó 167. Conociendo los valores que se leen en el puerto paralelo, sabremos cuál es la línea específica

Terminal

Valor

10

128

11

64

12

32

13

16

15

8

Tabla 2

ELECTRONICA radio-gráfica

5

Figura 5 +5V

DB25 Hembra

Lámpara

10

R2 R1

11

18

Detector luminoso

2

Q2 CI 1 1/4

Q1

+5V

LR1 12

16

4

14

Sección 1 del circuito para enviar datos al puerto

R3

CI 1 1/4 13

Detector magnético

+5V

6 R4

CI 1 1/4

Detector de rotura

L1 +5V

15

8 12

8

3

CI 1 1/4

2 C3

Número de terminal

R5 7 6

Detector al tacto C1

1

Placa metálica

3 2

17 R6

Línea 1 Salida lógica disponible

FI

Sección 2 del circuito Salida de líneas activas

3

15

5 R7 F2

4

13

7 R8

Línea 2 Salida lógica disponible

Línea 3 Salida lógica disponible

F3 5

11

9 R9

Línea 4 Salida lógica disponible

F4

Lista de materiales R1 - 680 A 1/2W, R2 - Preset 1K Q1 - BC547 Q2 - Fototransistor R3 - 220 A 1/2W LR1 - Reed Switch L1 - Cinta de papel aluminio

6

ELECTRONICA radio-gráfica

R4 - 220 A 1/2W C1 - 74LS241 C2 - Oscilador 555 R5 - 100K A 1/2W C1 - 4.7 fd Electrolíticos C2 - 0.1 fd C3 - 0.5 fd

R6, R7, R8, R9 F1, F2, F3, F4

220 A 1/2W LED Rojo

que se activa. Esta información es muy importante para el diseño del programa que controlará la interface externa.

64, mismo que, en binario, aparecerá en la salida de éste. El programa de control es muy sencillo y queda de la siguiente forma:

El programa de control Mediante la instrucción “inp”, se lee el dato que se encuentra en el puerto especificado. Por ejemplo, la expresión “a=inp(889)” significa que se lee el valor del puerto 889 y que el mismo es almacenado en la variable “a”. Para enviar un dato de salida por algún puerto, utilizamos la instrucción “out”; por ejemplo “out 888, 64” significa que a través del puerto 888 se envía el número

Diagrama de flujo del programa

Inicio

Pone a ceros el puerto 888

Lee el puerto 889

Sí

No

Fin del programa

cls out 888,0 inicio: puerto=inp(889) y$=inkey$ do case case puerto=143 beep out 888,1 locate 5,5 print “Se activó la línea 1” case puerto=151 beep out 888,2 locate 5,5 print “Se activó la línea 2” case puerto=167 beep out 888,4 locate 5,5 print “Se activó la línea 3”

El valor de Y$="Q" o Y$="q"

Si el valor leido fue 143

Imprime en la pantalla y manda un 1 al puerto 888

Si el valor leido fue 151

Imprime en la pantalla y manda un 2 al puerto 888

case puerto=199 beep out 888,8 locate 5,5 print “Se activó la línea 4” end case if y$=”s” or y$=”S” then end else inicio

Si el valor leido fue 167

Imprime en la pantalla y manda un 4 al puerto 888

Si el valor leido fue 199

Imprime en la pantalla y manda un 8 al puerto 888

Figura 6

El programa, que realiza un bucle (ciclo) indefinido en tanto el no oprima la tecla “Q”, lee el valor que se encuentra en el puerto 889, cuando alguna de las líneas se activa (es decir, que ha pasado de 0 a 1). La computadora manda entonces un sonido, e imprime en la pantalla la información sobre la línea que se ha activado. Para finalizar el presente artículo, en la figura 6 se muestra el diagrama de flujo del programa.

ELECTRONICA radio-gráfica

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