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1ELECTRONICA y servicio

2 ELECTRONICA y servicio


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por cualquier medio, sea mecánico o electrónico.

No.13, Abril de 1999

Ciencia y novedades tecnológicas................. 5

Perfil tecnológicoLas celdas solares comoalternativa energética.....................................10Leopoldo Parra y Oscar Montoya

Leyes, dispositivos y circuitosAmplificadores operacionales(primera de dos partes)...............................21Oscar Montoya Figueroa y Alberto Franco S.

Qué es y cómo funcionaControladores lógicos programables(PLCs). Segunda y última parte..................30Alvaro Vázquez Almazán

Servicio técnicoEl sistema de sintonía digital. Principio deoperación y localización de fallas.............. 37Alvaro Vázquez Almazán

El motor de tambor en videograbadoras... 45José Luis Orozco Cuautle

El sistema de control en televisoresGeneral Electric y RCA................................53Jorge Pérez Hernández

Electrónica y computaciónReparación de monitores para PC(segunda y última parte)............................. 63Leopoldo Parra Reynada

Proyectos y laboratorioCircuito detector de humo........................73Oscar Montoya Figueroa y Alberto Franco S.

Boletín Técnico-ElectrónicoServicio al ensamble del recuperadoróptico de reproductores de CDs


CIENCIA Y NOVEDADES

TECNOLOGICAS

CIENCIA Y NOVEDADES

TECNOLOGICAS

Llega a México la línea avanzadade osciloscopios Hameg

Hay varias marcas de osciloscopios que se co-mercializan en México y que gozan de un exce-lente prestigio por la variedad de prestaciones yla confiabilidad de sus mediciones. Tal es el casode Leader, Tektroniks o Lucky-Goldstar, por ci-tar las más conocidas. Sin embargo, reciente-mente una firma coreana ha ampliado el espec-tro de posibilidades en instrumentación (nosolamente osciloscopios) introduciendo al mer-

cado mexicano dos marcas de prestigio interna-cional: Protek y Hameg, y una marca oriental queno es desconocida en México: Hung Chang. Eneste apartado ofreceremos un breve reporte téc-nico de los osciloscopios Hameg modelos HM407y el HM1507 (figura 1), los cuales han tenido unaexcelente acogida en universidades y en diver-sas entidades del sector público por sus carac-terísticas.

Una de las ventajas de estos modelos, es quecombinan las prestaciones tradicionales delosciloscopio analógico con características avan-

Figura 1


zadas de los modernos aparatos digitales; sólocomo referencia, en la tabla 1 se muestran losparámetros operativos más importantes de es-tos instrumentos.

Como puede apreciar, estos aparatos reúnenlas características necesarias para realizar inclu-so mediciones complejas. Adicionalmente, ofre-cen la posibilidad de conectarse a través delpuerto RS232 (puerto serial) con una computa-dora PC y transferirle todas sus señalesdigitalizadas; mediante dicho recurso el usuariopuede hacer un estudio más pormenorizado delas señales obtenidas. Observe en la figura 2

cómo se presenta esta información en la panta-lla de la computadora; advierta que se reprodu-cen fielmente los controles del osciloscopio, loque permite ampliar una señal cuantas veces seanecesario para estudiar secciones específicas desu forma de onda.

¿Y los precios? Muy competitivos en relacióncon los equipos que se venden en el mercadomexicano. Si desea mayor información de la lí-nea Hameg (o de Protek o Hung Chang), diríjasea Centro Japonés de Información Electrónica,Norte 2 No. 4, Col. Hogares Mexicanos, Ecatepecde Morelos, Estado de México, 55040. Tels. 5787-1779, 5770-4884; fax 5770-0214; correo electró-nico [email protected].

Sega regresa al mundo de lasconsolas caseras

Durante muchos años, la competencia entre lasconsolas de juego caseras pareció tener única-mente dos contendientes mayores: los sistemasNintendo y el PlayStation de Sony. Y aunque lamarca Sega nunca estuvo completamente ale-jada del mundo de los videojuegos, se ubicabaen un tercer lugar muy alejado de los dos líderesde este segmento de aparatos de entretenimien-to. No dejaba de ser decepcionante su posición,sobre todo considerando que fue una de lasmarcas pioneras cuya plataforma impulsó a losjuegos de computadora, con su personaje Sonic,ahora memorable entre muchos adultos jóvenes.

Pero tenemos una buena noticia para los afi-cionados a los videojuegos, especialmente paraquienes vivieron excitantes experiencias lúdicascon los personajes de Sega: ya está comerciali-zándose en Japón la nueva consola de este fabri-cante; su nombre de batalla es “Sega DreamCast”(figura 3).

La principal característica del Sega Dream-Cast, es que utiliza un microprocesador de 128bits; es decir, resulta superior al que se incluyeen el popular Nintendo 64, la consola de juegosmás poderosa que actualmente se comerciali-za, y que cuando fue lanzada al mercado hacíagala del poder de los 64 bits. Gracias a este re-curso de procesamiento, el Sega DreamCast pue-

Figura 2

acitsíretcaraC 704MH 7051MH

maicneucerF áx ami zHM001 zHM052

icajiF ó salacseedn motuA át aci motuA á acit

edairomeMsalacse

sairomem9 sairomem9

icazilatigiD ó ednes ñ sela

stib8 stib8

edaicneucerFoertseum

SPSM001 SPSM002

odrateredaeníLsopmeitedesaB

adadrateredesabelboD

sopmeit

lortnoCrodasecorporciM

stib23edCSIRrodasecorporciM

stib23edCSIR

nesarutceLallatnap

edoidemroPserosruc

edoidemroPserosruc

Tabla 1


de generar gráficos en tercera dimensión, en altaresolución y con gran dinamismo; incluso, apro-vechando que esta plataforma incluye unsubsistema gráfico, algunas firmas ya han anun-ciado el lanzamiento de complejos y sofisticadosjuegos que prometen explotar “hasta la últimagota” la capacidad de procesamiento del SegaDreamCast.

La mala noticia es que la compañía Sega haanunciado que esta consola no estará disponi-ble en el resto del mundo (fuera de Japón), sinohasta la segunda mitad de 1999. Los aficiona-

dos a los videojuegos tendrán que esperar a queel Sega DreamCast pase la dura prueba del mer-cado japonés; si es aceptado y tiene éxito en eselejano país, habrá entonces un serio contendien-te para el Nintendo 64.

Intel presenta el Pentium III

Sumergida en la vertiginosa carrera por mante-ner el liderazgo en el mundo de las computado-ras, a principios de marzo de este año Intel, laportentosa compañía de Silicon Valley, hizo ellanzamiento del tan esperado y controvertidomicroprocesador Pentium III (figura 4).

Este microprocesador está basado en la ar-quitectura de su predecesor, el Pentium II, perose le han agregado algunas instrucciones espe-ciales que, según los científicos de esta compa-ñía, mejoran significativamente la forma en quelos juegos y las aplicaciones de Internet se eje-cutan en una computadora. De hecho, pruebasque se han realizado con programas especial-mente rediseñados para evaluar estas nuevasinstrucciones, indican que un Pentium III corrien-do a 550 MHz, es casi doblemente rápido que unP-II a 450 MHz; en otras palabras: si hay un in-cremento significativo en el desempeño generaldel chip, no es solamente por su mayor veloci-dad de reloj.

Otra característica interesante del Pentium III,es que utiliza el mismo slot-1 empleado en las

Figura 3

Figura 4


tarjetas madre para Pentium II y Celeron; de estamanera, las computadoras cuya motherboard seacapaz de soportar una velocidad de bus de 100MHz, podrán ser actualizadas con el nuevo dis-positivo (probablemente haya que actualizartambién el BIOS, pero esta es una tarea relativa-mente sencilla); de hecho, con este movimientoIntel está complaciendo a usuarios y fabricantesde computadoras, pues su costumbre de cam-biar de conector cada vez que lanzaba un nuevoprocesador (dificultando la actualización y laintercambiabilidad de tecnologías, al ir en con-tra de la estandarización) ya había creado ciertomalestar, muy benéfico –por cierto– para suscompetidores AMD y Cyrix.

Ya están comercializándose los primeros sis-temas con este microprocesador; pero –el “pero”de siempre– como ocurre cuando apenas se pre-senta un dispositivo, su precio inicial es muy ele-vado. Adquiéralo sólo si necesita del máximopoder de cómputo posible; si utiliza la computa-dora para proceso de textos, hoja de cálculo, basede datos, juegos no muy complejos o para nave-gar por la red, cualquier otro microprocesadorle puede funcionar adecuadamente (un PentiumII o Celeron de Intel, un K6-2 ó K6-3 de AMD, unM-II de Cyrix/IBM, un C4 de Centaur o el reciénllegado uP86 de Rise Tech).

Una nueva autopista: Internet2

Quienes hayan estudiado la historia de la “redde redes”, Internet, seguramente recordarán quesu antecedente original fue una red de comuni-cación entre universidades y grandes empresaspatrocinada por el Departamento de Defensa delos Estados Unidos, denominada ARPANET.Como se supone que el flujo de información en-tre las instituciones participantes sería elevadapero no excesiva, se decidió utilizar la mismainfraestructura telefónica existente para el trans-porte de datos, lo que además era una soluciónbarata y altamente flexible.

Dicha solución funcionó de maravilla duran-te los primeros años de la red, cuando sólo seutilizaba para el intercambio de informaciónacadémica o entre investigadores; mas en la ac-

tualidad ya resulta insuficiente, no sólo por losmillones de usuarios que navegan a diario, sinopor la amplia variedad de servicios que se hanadicionado (la Web, cuyo requerimiento de ca-pacidad informática es considerable al disponerde interfaz gráfica, es quizás el mejor ejemplo).

Ya se empiezan a advertir los síntomas desaturación de la infraestructura telefónica. Escomún que los usuarios que se conectan a la reden horas de oficina tengan problemas para es-tablecer la conexión, y cuando lo logran la velo-cidad de intercambio de datos es muy reducida:las páginas y archivos de correo electrónico ba-jan lentamente, se llega a truncar la comunica-ción, etc.

Ante ese panorama canceroso, los científicose investigadores de distintas partes del mundoestán buscando la solución a corto y medianoplazo, y justamente una de las propuestas másprometedoras (y que de hecho ya está funcio-nando) es Internet2.

Internet2 es un proyecto de la UCAID (siglasen inglés de Corporación Universitaria para elDesarrollo de Internet Avanzado) que retoma elespíritu original de ARPANET: crear una red demuy rápido acceso que conecte entre sí a diver-sas universidades, instituciones gubernamenta-les y empresas tecnológicas, para que puedanintercambiar de forma casi instantánea sus ex-periencias, desarrollos y en general cualquiertipo de datos.

Por ahora Internet2 está “haciendo sus pini-nos”, con conexiones a 64 universidades y otrasinstituciones a una velocidad de 2.4 GB por se-gundo (una velocidad extraordinariamente alta,comparada con los 56 KB por segundo de losmódems utilizados típicamente). Y aunque el di-seño original de esta red contempla un esque-ma cerrado (sólo los miembros de la UCAID ten-drán acceso a ella, como fue originalmenteARPANET), probablemente en un futuro cerca-no se abra a los usuarios particulares (o se dise-ñe alguna modalidad abierta).

Navegar entonces por Internet será más en-tretenido y menos frustrante; aunque quienescrecimos sin Internet no dejamos de asombrar-nos de sus maravillas, aun en el estado cance-roso del que ya se habla.


LAS CELDAS

SOLARES COMO

ALTERNATIVA

ENERGETICA

LAS CELDAS

SOLARES COMO

ALTERNATIVA

ENERGETICA

Leopoldo Parra y Oscar Montoya

La electricidad producida por el efectofotovoltaico es limpia, inagotable, seguray flexible. Quienes vivimos en las megasciudades y viajamos grandes distancias

en auto, sabemos de qué hablamoscuando nos referimos a la

contaminación originada por loshidrocarburos, y somos conscientes de la

necesidad de una fuente energética queaunque no desplace a las fuentes

tradicionales, por lo menos lascomplemente de manera importante. Eneste reportaje técnico hablaremos de la

energía del sol como una posiblealternativa.

La energía del sol

En el principio todo eran las tinieblas y el caos,entonces dijo Dios: “hágase la luz”, y se hizola luz, y la luz era buena.

En alguna forma, casi toda la energía que utili-zamos cotidianamente tiene que ver con el sol.Por ejemplo: la energía hidroeléctrica se puedegenerar gracias a que el sol evapora el agua delos océanos y forma nubes que se traducen enlluvia que llena las represas; la energía eólica seproduce cuando el sol calienta partes de la at-mósfera y genera desplazamientos de aire, me-jor conocidos como viento; los combustibles fó-siles se produjeron por la descomposición deplantas que hace millones de años almacena-


ron energía solar en forma de compuestos decarbono; e incluso la energía que consumimospara mover nuestros músculos proviene de lasfrutas y verduras que comemos (o de carne deanimales que a su vez comieron plantas), lascuales gracias a la energía solar pudieron con-vertir el bióxido de carbono y el agua en mate-riales nutritivos.

La energía que llega del sol es inmensa. Seestima que en un solo día la Tierra recibe unmonto superior a 12 mil veces la magnitud deenergía que consume toda su población, con-tando combustibles fósiles, energía hidroeléctri-ca, etc. No obstante, a pesar de que es extrema-damente abundante y gratuita, su recolección yconversión hacia formas apropiadas aún es difí-cil y costosa, incluso con la tecnología moder-na.

Desde hace muchos años, el potencial térmi-co del sol es aprovechado en los hogares de al-gunos países como Japón e Israel, para sustituirel consumo de electricidad o gas, disponiendopaneles de vidrio o plástico sobre las tuberíasde agua para entibiarla. Sin embargo, el aprove-chamiento del sol a través del calor que produ-cen los rayos solares no es la energía más im-portante que se derivan de estas emisiones:mucho más importante es la posibilidad de ge-nerar electricidad, por medio de pequeñas célu-las fotovoltaicas fabricadas con materialsemiconductor.

Actualmente, la tecnología fotovoltaica enescala industrial todavía se encuentra en unafase de experimentación; es decir, aún no estáen condiciones de sustituir a las fuentes conven-cionales de energía, como las plantas hidroeléc-tricas, termoeléctricas y nucleoeléctricas, perotiene un gran futuro. De hecho, en algunos paí-ses ya se le utiliza como un importante comple-mento energético; por ejemplo, para alimentaren zonas desérticas y montañosas radioteléfo-nos (en las autopistas mexicanas hay radiotelé-fonos que funcionan con celdas solares), bom-bas para el regadío, electrodomésticos, etc.(figura 1). Incluso, ya comienza a hablarse deautos, aviones y yates pequeños dotados conpaneles de celdas solares. En fin, se habla mu-cho del sol como generador de electricidad en

escala masiva, aunque en la escala del micro-consumo la tecnología fotovoltaica hace ya va-rios lustros que comenzó a sustituir a las pilasen aparatos pequeños como radios, relojes ycalculadoras (figura 2).

La energía solar no solamente puede resultarventajosa por el lado del costo y la abundancia;además tiene otras ventajas que no son nadadespreciables: es una tecnología limpia, seguray muy flexible, ya que ofrece las opciones de unaproducción centralizada o una producción indi-vidual, que el mismo usuario puede acondicio-nar a sus necesidades. En cambio, los métodostradicionales, por sus propias condiciones tec-nológicas, presentan inconvenientes que a la

Figura 1

Bote impulsado por celdas solares

Figura 2


larga redundan en perjuicios o imponen limita-ciones. Para empezar, requieren instalacionescentralizadas y en gran escala, a las que hay quededicar elevadas sumas de inversión y una graninfraestructura para el transporte de la energíahacia los centros de consumo; y para continuar,suelen ser riesgosas (recuérdese Chernobil); ypara finalizar, atentan contra la ecología.

Recordando la historia

La base de la civilización ha sido el aprovecha-miento de la energía y el desarrollo de sistemascapaces de convertirla en trabajo. De hecho, conel descubrimiento del fuego el hombre primitivodio un gran paso en el dominio de la naturalezay de su entorno.

La energía puede definirse justamente comola capacidad que poseen los cuerpos y sistemaspara producir un trabajo. Un trabajo efectuadosobre un cuerpo o sistema de cuerpos suponeun aumento de su energía. Por ejemplo, al cur-var un arco se almacena en él energía en formaelástica que se pone de manifiesto al lanzar laflecha (figura 3). En este proceso se produce sólocesión de energía entre los componentes del sis-tema (desde el hombre hacia el arco tensado, ydesde el arco hacia la flecha); de modo que elbalance global es nulo. Es decir, se produce úni-camente una transformación entre diversas for-mas de energía mecánica.

Este fenómeno, conocido como principio deconservación de la energía, se traduce en que laenergía no se crea ni se destruye, sino que sola-

mente se transforma de un estado a otro. Dehecho, este fue un axioma de la física que pre-valeció por siglos hasta la aparición de las teo-rías relativistas de Albert Einstein.

Conceptos de la física clásicaCon la física mecánica de Isaac Newton, el tér-mino energía fue aplicado como una medida dela capacidad de producir un trabajo; sin embar-go, el concepto de “energía” proviene al menosdesde Galileo en el siglo XVII, quien afirmó quecuando un peso es elevado por medio de unapolea, la fuerza que se aplica multiplicada por ladistancia recorrida se mantiene constante a pe-sar de los factores externos. A este producto sele denominó “trabajo”.

A finales del siglo XVII, Isaac Newton sentólas bases de un nuevo concepto de la física, eideó la noción de fuerza como una magnitud queprovoca los movimientos de los cuerpos. De he-cho, él fue el primero en reconocer que la ener-gía resulta del producto de la masa de un objetopor la aceleración aplicada; incluso la famosaecuación F = mA sigue conociéndose hasta lafecha como “primera ley de Newton” (figura 4).

Los científicos y filósofos posteriores aNewton, sustituyeron la noción de fuerza por lasenergías asociadas a ellas como causas origina-rias de los hechos físicos. Según sus principios,los intercambios de energía entre los distintossistemas son responsables de estos fenómenosy se manifiestan en diversas formas convertiblesentre sí. Así pues, se consideró a la energía des-de un punto de vista físico, como un fluido pre-

Cuando una persona tensaun arco, la energía de su brazose transfiere a la madera, quedandoalmacenada temporalmente.

Al soltar la cuerda, la maderalibera la energía almacenada, yla transfiere a la flecha, lograndoque ésta salga despedida.

Figura 3


sente de manera intrínseca en los distintos cuer-pos. Este fluido recibió el nombre de “calórico”,y se empleaba para explicar tanto los intercam-bios de temperatura entre diversos objetos comolas transferencias de energía (figura 5). Pero nofue sino hasta el siglo XIX que se demostró queno existía ningún fluido que se intercambiaraentre los cuerpos, sino que todos estos fenóme-nos podían ser explicados con base en la aplica-ción de energía a un sistema, o la extracción deenergía del mismo.

La revolución de la mecánica cuánticaEl siglo XX presenció el nacimiento de una nue-va teoría que obligó a modificar sustancialmenteel concepto de energía y sus relaciones de inter-

cambio entre los cuerpos. La relatividad físicadefendida por Einstein, considera que la energíay la masa son diferentes manifestaciones de unapropiedad única, con lo que altera el tradicionalprincipio de conservación de la energía. Así, laenergía puede pasar a otros estados e inclusoconvertirse en masa, y a la inversa.

En experimentos nucleares a altísimas tem-peraturas, los científicos han verificado un fe-nómeno de transformación de masa en energíapura, aunque ha sido imposible producir la con-versión en sentido contrario. Pero de cualquiermanera, cuando el análisis no incluye procesosnucleares puede aceptarse el principio de con-servación, que considera el calor como única víade energía de un sistema aislado. Dicho en otraspalabras, cuando no se involucran ni reaccio-nes nucleares ni velocidades cercanas a las dela luz, todas las fórmulas tradicionales de lamecánica clásica desarrolladas por Newton si-guen teniendo validez universal.

¿A qué nos lleva esto? A concluir que en nues-tro ambiente cotidiano el principio de la conser-vación de la energía debe cumplirse cabalmen-te; y a su vez esto nos lleva a preguntarnos:¿cuánta energía luminosa que cae en un día so-leado sobre el tejado, el pavimento y la tierra, sepierde en forma de calor difuso? El problema dela humanidad, entonces, no es la ausencia defuentes de energía, pues con la del sol basta ysobra para todas las necesidades; la cuestión esdesarrollar una tecnología eficiente que permitatransformarla directamente en trabajo o en otrasformas de energía.

Justamente, una alternativa que se ha desa-rrollado gracias al progreso en los materialessemiconductores lo constituyen las celdas solares.

La celda solarCuando hablamos de celdas de energía solar, amenudo nos imaginamos una tecnología muymoderna, desarrollada apenas en los últimos 20ó 30 años, pero no es así: el primer experimentoregistrado respecto a la conversión de energíasolar en electricidad data de 1839, cuando elcientífico francés Antoine-César Becquerel (figu-ra 6) descubrió el efecto fotovoltaico al experi-mentar con un electrodo sólido en una solución

100Kg

Si deseamos que un objeto que pesa 100Kg. pasedel estado de reposo a desplazamiento a 1m/s en 1 segundonecesitaríamos aplicarle una fuerza igual a:

F= ma = 100Kg (1 m/s)1 seg

= 100 newtons de fuerza

Figura 4

Antiguamente se consideraba queexistía un fluido invisible y sin masa llamado “calórico“, el cual era el responsable de las transferencias detemperatura; por ejemplo la combustiónde una vela libera el “calórico“ de laparafina y por lo tanto la transfiere al agua, misma que al reunir suficiente“calórico“, cambia su estado de líquidoa gaseoso.Experimentos posteriores demostraronla inexistencia del calórico, y concluyeronque el calor y el trabajo eran distintas manifestaciones de un mismo fenomeno:el intercambio de energía.

Figura 5


electrolítica. Según sus observaciones, se gene-raba un voltaje cuando la luz caía sobre el elec-trodo, desapareciendo al dejarlo en la oscuridad.Y si bien la magnitud del efecto era despreciablepara efectos prácticos, sentó las bases de los fu-turos experimentos.

50 años después, un investigador llamadoCharles Fritts construyó lo que estrictamentehablando fue la primera celda solar (a finales delsiglo pasado).Para ello utilizó un elemento pococonocido llamado selenio, el cual recubrió conuna capa casi transparente de oro. Con este arre-glo se consiguió un dispositivo que producíaenergía eléctrica al ser incidido por la luz solar,y aunque la conversión era sumamenteineficiente (se calcula que convertía en electri-cidad menos del 1% de la luz solar recibida), deinmediato hizo ver a los científicos el potencialde una fuente de energía barata, segura y prác-ticamente inagotable. Incluso a finales del siglopasado (cuando aún los automóviles no pasa-ban de ser una curiosidad), muchos investiga-dores opinaron que con el desarrollo de la ener-gía fotovoltaica se podrían evitar las enormes

emisiones de humo que se producían en las gran-des máquinas de vapor que impulsaban a la in-dustria de aquellos tiempos.

El fenómeno comenzó a recibir más atenciónpor parte de la comunidad científica en 1905,gracias a un importante trabajo de Albert Einstein(figura 7), quien por primera vez explicó de ma-nera apropiada su naturaleza (un detalle pococonocido es que Einstein recibió el premio Nobelde física, en 1921, por el descubrimiento del efec-to fotoeléctrico y no por la teoría de la relatividad,como piensan muchos).

Las investigaciones continuaron, y para la dé-cada de los años 30 ya se habían descubiertootros materiales que podían utilizarse en la ge-neración de energía eléctrica a partir de la luzsolar, siendo el más prometedor una combina-ción de cobre y un semiconductor con base enóxidos de cobre; a pesar de ello, el selenio si-guió siendo el material por excelencia para lafabricación de celdas solares, e incluso empezóa llegar al público no especializado, sobre todoa los aficionados a la fotografía, mediantemedidores de luz para calcular el tiempo de ex-posición y la apertura de la lente (nos referimosa los “exposímetros”).

A pesar de ello, el mundo aún tuvo que espe-rar algún tiempo para obtener una celda solarmás eficiente, lo que se consiguió hasta princi-pios de los años 40. En 1941 Russel Ohl demos-tró la primera celda solar con base en el silicio,un material económico, abundante y relativa-mente fácil de obtener (el silicio es el principalcomponente de la Tierra, y se obtiene con facili-

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Aspecto típicode una celdasolar a basede siliciocrsitalino, lamásempleadas enla actualidad


dad de la arena, figura 8). Con este material porprimera vez se obtuvieron eficiencias de alrede-dor del 3 ó 4%, es decir, solamente se podía trans-formar en energía eléctrica este porcentaje deltotal de energía solar incidente sobre la celda;una magnitud muy baja, sin duda, pero ya sus-ceptible de aplicaciones prácticas.

El aumento del índice de eficiencia represen-tó un enorme avance en comparación con lastradicionales celdas de selenio. Tan ventajoso fueeste diseño que perduró durante 30 años, hastaque tres científicos norteamericanos de los La-boratorios Bell –G. L. Pearson, Daryl Chapin yCalvin Fuller (figura 9)– desarrollaron una celdade silicio que proporcionaba una eficiencia de¡6%! Fueron estas celdas solares las primeras quecomenzaron a utilizarse masivamente en diver-sas aplicaciones.

Con la aparición de nuevos materiales, comoel arseniuro de galio (un semiconductor idealpara aplicaciones optoelectrónicas), la eficien-cia de las celdas solares se ha incrementado con-siderablemente; los nuevos dispositivos puedenconvertir alrededor del 20-25% de la luz solar di-rectamente en energía eléctrica, y si en el dise-ño de la celda se incorporan elementos ópticosque concentren la luz en el elemento fotovoltai-co, esta eficiencia puede elevarse a cerca del40%. Gracias a ello, la energía fotovoltaica es unaalternativa real y viable para la sustitución dealgunas fuentes tradicionales; por ejemplo, es lafuente principal de suministro energético de lassondas espaciales o los satélites artificiales; ade-

más –como ya mencionamos– se utiliza masiva-mente desde hace tiempo en relojes de pulsera,calculadoras electrónicas, radios portátiles, al-gunos juguetes, etc.

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión deelectrones que experimentan determinadas sus-tancias –por ejemplo, los metales alcalinos– alincidir sobre ellas radiaciones del espectro visi-ble (figura 10). Desde el siglo pasado, los físicosconocían un fenómeno según el cual, cuando unhaz de luz violeta pura se lanza sobre una placade metal, ésta expele electrones; si una luz defrecuencia más baja, por ejemplo amarilla o roja,cae sobre dicha placa, ésta también expele elec-trones pero a menores velocidades, y si la fuen-te de luz es removida a una distancia considera-ble, reduciéndola a un pequeño resplandor, elnúmero de electrones es menor pero su veloci-dad sigue siendo la misma. Resumiendo: la fuer-za con que los electrones son expelidos de laplaca depende únicamente del color de la luz (esdecir, de la frecuencia) y no de su intensidad (fi-gura 11).

Como ya mencionamos, fue Einstein quien en1905 explicó satisfactoriamente dicho fenóme-no. El supuso que estos efectos peculiares, sola-mente podrían explicarse si se parte del postu-

Figura 9

El efecto fotoélectrico fue interpretado por Einstein en 1905.Cuando la luz cae sobre la placa de metal, ésta expele una lluvia de electrones. Einstein dedujo que la luz no es una corriente continua de energía, sino que está compuesta departículas individuales o haces de energía, que llamó fotones.Cuando un fotón golpea un electrón la acción resultante es análoga a la del choque de bolas de billar, como se muestraen la concepción simplificada de esta figura.

Electrones

Placa de metal

Figura 10


lado de que la luz está compuesta por partículasindividuales o gránulos de energía a los que lla-mó “fotones”, y que cuando una de estas partí-culas golpea a un electrón la acción es parecidaal choque de dos bolas de billar.

Einstein también pensó que los fotones deradiación violeta, ultravioleta y otras radiacio-nes de alta frecuencia, llevan más energía quelos fotones de luz roja e infrarroja, de menor fre-cuencia, y que la velocidad con que los electro-nes se desprenden de la placa de metal es pro-porcional a la magnitud de la energía contenidaen cada fotón. Esto explicaría porqué al cambiarla frecuencia de la luz, cambia la velocidad conque los electrones se arrancan de la placa.

Cómo funciona una celda solar

Por las explicaciones anteriores, queda claro queuna celda o célula solar es un dispositivo que

capta la luz solar y la transforma en energía eléc-trica a través de un efecto fotoeléctrico interno,llamado fotovoltaico (a la categoría de disposi-tivos fotovoltaicos pertenecen también los foto-diodos y los fototransistores).

Las celdas solares típicas, están constituidaspor una delgada placa de silicio tipo P, sobre cuyasuperficie se crea por difusión una delgada capade silicio tipo N. En la parte inferior, se disponeun revestimiento metálico y en la parte superioruna serie de contactos metálicos (figura 12).

La delgada capa de silicio semiconductor, seobtiene a partir de barras cilíndricas de materialde alta pureza, los cuales se cortan en discosdenominados waffers, y son la base para prácti-camente todos los circuitos integrados moder-nos (figura 13). Sin embargo, el silicio puro tie-ne un comportamiento aislante, esto es, nopermite el paso de corrientes apreciables a tra-vés de él. Para convertirlo en una celda fotovol-

Rayos Gamma

Rayos X

Luz visible

Ultravioleta Infrarrojo Ondas de Radio Ondas de Radio

Tipo deradiación

Radio de onda corta

RadioAMRadioFMTV

Microondas

radar

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1 10 10 10 10 10 10 10 10-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 2 3 4 5 6 7 81

Longitud de ondaen metros

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Celda solar vista de frente Celda solar vista por la parte superior Contactos metálicos en la

parte frontal

Placade silicio

Revestimiento metálicoen la parte posterior

+

-Símbolo

Vista en corte

Figura 11

Figura 12


taica, el material debe atravesar primero por unproceso de dopado con impurezas de diversosmateriales, los cuales le confieren el grado deconducción necesario para convertirlo ensemiconductor. Las impurezas más empleadasson el boro –que tiene como característica prin-cipal la propiedad de aceptar un electrón en suórbita de valencia– y el fósforo –que puede ce-der un electrón, figura 14.

Una vez obtenido el waffer de silicio, es ata-cado con impurezas tipo P de un lado y de tipo Ndel otro, formándose en su centro una unión(juntura) entre ambos materiales (figura 15).Como consecuencia, aparece en el material uncampo eléctrico de aproximadamente 0.6 vol-tios (para el caso del silicio), dado que los elec-trones sobrantes que proceden del silicio tipo Ncruzan al silicio tipo P y llenan los huecos so-brantes que existen ahí, quedando átomosionizados a uno y otro lado de la unión, peroque son inmóviles puesto quedan fijados en susposiciones dentro de la malla cristalina (figura16).

Al incidir luz directa sobre la superficie delmaterial, los fotones excitan de tal forma a losmateriales semiconductores que comienzan adesprenderse electrones del material P, provo-cando la creación de pares electrón-hueco; estoes, que los electrones alcancen la zona N y loshuecos la región P, dentro de la zona dominadapor el campo eléctrico. Si las terminales de lacelda están conectadas o el circuito externo aso-ciado se cierra, circulará la corriente desde el

polo positivo (parte inferior de la célula) al ne-gativo (la cara que recibe directamente la luz),generándose un voltaje de 0.6 voltios (figura 17).

Las celdas se interconectan de modo que for-men módulos capaces de proporcionar energíaeléctrica a sistemas de almacenamiento (bate-rías), y a las cargas o equipos a los que se co-nectan para hacerlos funcionar.

Actualmente las celdas solares se fabrican deacuerdo con los siguientes parámetros:

• Espesor total de la celda: 0.02 a 0.03 cm.• Espesor del emisor: 0.00002 a 0.00005 cm.• Espesor de capa antirreflejante: 0.0000075 a

0.000008 cm.

Figura 13

Si Si Si

SiSiSi

Si Si Si

Electrón libre (material tipo N) Hueco libre (material tipo P)

A B C

Si Si Si

SiFSi

SiSi Si

Si Si Si

SiBSi

SiSi Si

Obleas de silicio cortadas de una barra y listas para sudopado.

Figura 14


• Area total cubierta por el enrejado, menor que10 %.

La razón por la que se requiere que el espesorde la celda sea de 0.02 a 0.03 cm (es decir, entredos y tres décimas de milímetro), es que el totalde la radiación visible que proviene del sol pue-de ser absorbida sólo con espesores de silicio deeste orden. Esto representa una desventaja en

comparación con el nuevo tipo de celdas que sefabrican en película delgada, para las cuales sonsuficientes los espesores del orden de 0.0001 a0.0003 cm (con el consiguiente ahorro de mate-rial).

Sin embargo, estas celdas todavía no ofrecenla eficiencia que caracteriza a las de silicio cris-talino; de ahí que aún estén en desarrollo, perocon un gran potencial para bajar los costos de laenergía fotovoltaica (figura 18). Por su parte,

+

-

Zona de agotamiento

Siliciotipo n

Siliciotipo p

Pilaimaginaria

Atomos ionizados fijosen la estructura cristalina

Formación de la zona de agotamiento en la unión p-n

Figura 15

Siliciotipo n

Siliciotipo p Flujo de

huecos

Contacto metálico

Alambremetálico

Corrienteconvencional

Zona deagotamiento

Flujo electrónico

Pareselectrón-huecocreados

Electronesque llenan huecos

Revestimientometálico

ElectronesHuecos

Acción de la luz en la zona de agotamiento (los ionesse han omitido por claridad)

+_

Figura 16

Luz solar

Carga

Circuito

Interconectores redundantes

Contacto de trayectoria bifulcadaSalientes de contacto

Contacto de rejilla

Capa de silicio tipo P

Juntara P-N

Juntura P-N

Capa de silicio tipo N

Foton

Capa P ++

++

Capa N - ---

Contacto de base

+ _

Figura 17


debido a su índice de refracción, el silicio pulidorefleja casi el 30 % del espectro solar; en talescircunstancias, se necesita una capa no absor-bente intermedia que permita el acoplamientoentre el silicio y el aire y que reduzca la reflexiónde la luz incidente. No obstante, hay quienes si-guen pensando que el alto precio del silicio ensu forma cristalina es un obstáculo para lograrrelaciones eficiencia/costo (E/C) adecuadas; siacaso, se aspira a mejorar las actuales.

De tal modo, y a pesar de las varias alternati-vas con que hoy se cuenta para tratar de mejo-rar las relaciones E/C, subsiste la necesidad deseguir investigando hasta que se encuentre lamanera de hacer competitivo el costo de la ob-tención de energía solar fotovoltaica; incluso, enalgunos laboratorios se está trabajando en eldesarrollo de celdas solares de tipo molecular.

Arreglos de celdas

Otro aspecto importante a tomar en cuenta, esque la energía generada por medio de sistemasfotovoltaicos corresponde a «corriente directa»;ésta, a diferencia de la que recibimos a través dela línea doméstica, y dependiendo de la aplica-ción, tiene que ser convertida en corriente alter-na; al convertidor que se encarga de esto, se lellama «inversor». En otras palabras, un pequeñosistema fotovoltaico que opere en forma autó-noma, en general estará constituido por los com-ponentes que se muestran en la figura 19.

El arreglo o panel de módulos (que es res-ponsable de proporcionar la energía eléctrica apartir de la radiación solar recibida en el lugar

en cuestión) consiste en un cierto numero demódulos que deben interconectarse en serie y/o en paralelo. Se conectarán en serie, si se re-quiere de altos voltajes (ya que, por ejemplo, al-gunos inversores demandan que el voltaje deentrada sea de 48 voltios, mientras que otrosaceptan sólo 12 voltios de CD); la conexión sehará en paralelo, cuando se necesiten grandescorrientes (de manera que la suma de las co-rrientes individuales pueda proporcionar el vol-taje demandado). En general, un panel constade varios subarreglos de módulos en paralelo quese interconectan en serie, o viceversa.

El arreglo fotovoltaico no necesariamentedebe proporcionar la potencia demandada porla carga, sino más bien asegurar que la energíatotal generada sea igual a la consumida. Porejemplo, un motor de 1500 watts que trabajadurante dos horas diarias consume tres Kw/hpor día; esta carga puede ser proporcionada porun arreglo de apenas 900 watts (pico) que esexpuesto a cinco horas de radiación solar pico,en promedio, cada día (esto sin considerar lasperdidas de energía en el sistema).

Y para almacenar la energía a fin de ser con-sumida por la noche, existe una variedad de ba-terías recargables, entre las que podemos men-cionar las de plomo-ácido, níquel-cadmio,plata-zinc, plata-cadmio. Las más comunes ac-tualmente son las de plomo-ácido y las de ní-quel-cadmio

Ventajas de las celdas solares

Entre las ventajas que como fuente de energíaeléctrica ofrece un sistema fotovoltaico, pode-mos mencionar:

Capa antirreflejante

Contacto métalico

Enrejado

n+

P+

P

Emisor

Base

Estructura de una celda solar de silício

Sistema fotovoltaico simple

Regulador

Baterías Carga

Celdas solares

Figura 18

Figura 19


1. La conversión de energía solar en eléctrica,se hace de forma directa e instantánea; esdecir, no se requiere de procesos intermedios.Diríamos que se trata de una forma de ener-gía limpia, pues no hay generación de gaseso de desechos.

2. La energía fotovoltaica es modular, lo quepermite escalas variables de aplicación y ge-neración; por ello se puede usar para alimen-tar un reloj, un auto, un satélite, una casa ouna central de gran potencia; y además esposible generar energía en el lugar donde senecesite y por la cantidad requerida, lo quees muy útil en áreas muy aisladas donde haypoca población.

3. La instalación de sistemas generadores deenergía con base en fotoceldas es sencilla;además requiere de un mantenimiento míni-mo, pues no hay partes móviles que se des-gasten. Normalmente, basta con poner aguaa las baterías y –con cierta frecuencia– lim-piar el polvo que se vaya acumulando en losmódulos.

4. Los paulatinos avances en el desarrollo demódulos fotovoltaicos, han permitido que és-tos alcancen hasta 20 ó 25 años de vida. Estees un factor muy importante, en comparacióncon el período de aprovechamiento de lasfuentes de energía tradicionales.

Desventajas de las celdas solares

1) Después de su costo, la desventaja más im-portante de los módulos fotovoltaicos es lapequeña densidad de energía obtenida porunidad de área. No obstante, se espera que amediano plazo, ya sea por mejoras tecnoló-gicas y/o por la baja de los costos de produc-ción de las celdas, se pueda recurrir másintensivamente a dicha opción energética.

2) La producción de energía solar depende delhorario, y no es posible por ahora almacenarlaen escala industrial para usos posteriores. Ade-más, en zonas boscosas o muy nubladas, don-de las radiaciones del sol se ven opacadas, estatecnología puede no ser muy útil. Incluso losdías nublados de cualquier región pueden plan-tear un problema de desabasto energético.

Conviene señalar que el factor de la cantidad deluz recibida y el tiempo en que la fotocelda estáiluminada, resulta de vital importancia al dise-ñar un sistema de alimentación de este tipo. Laluz que recibimos del sol tiene dos componen-tes: la radiación directa y la radiación difusa. Laradiación directa es la que recibimos en un díasin nubes cuando el sol se encuentra en el zenit(punto mas alto); pero en días nublados, la luzse dispersa a través de las nubes y entonces serefleja en las montañas y el terreno cercano; poreso tiene un espectro de colores diferente al dela radiación directa.

En general, es difícil predecir exactamente laintensidad luminosa que recibimos del sol, yaque esto depende del sitio en que vivimos; o sea,la contribución de cada componente (directa ydifusa) no es la misma en una zona desérticaque en una ciudad, por ejemplo.

Mas lo importante no es la potencia instantá-nea, sino la energía promedio a lo largo de undía determinado. Y dado que este promedio va-ría según la época o estación del año, se acos-tumbra medir la cantidad de energía total reci-bida diariamente para que con estos datos luegopuede calcularse un promedio por mes y por año.Este promedio tiene un significado estadísticomás preciso, y permite calcular el número deceldas solares que se requieren para producir unadeterminada cantidad de energía eléctrica, apartir de la radiación solar que se recibe en unsitio determinado.

Conclusión

Los sistemas de energía solar son una de lasmás importantes fuentes alternativas o comple-mentarias de energía, según las condiciones desu aplicación.

Los gobiernos, las universidades y las empre-sas tienen que propiciar las investigaciones paraaumentar la eficiencia de estos sistemas de ge-neración de energía, pues las tecnologías basa-das en hidrocarburos han generado ya proble-mas serios para la vida. Además, sería muyventajoso que pudiéramos producir en casa laenergía que necesitamos.


Primera de dos partePrimera de dos parte

AMPLIFICADORES

OPERACIONALES

AMPLIFICADORES

OPERACIONALES

Oscar Montoya y Alberto Franco

El presente artículo está dedicado adescribir las principales

características de operación de loscircuitos amplificadores

operacionales. Estos dispositivos, delos más populares en la electrónica,

son conocidos como opamp por lacontracción de su nombre en inglés;

son de bajo costo y, puesto que no esnecesario conocer la circuitería

interna, facilitan la realización deproyectos; además, cuando se

cometen errores en su cableado, nopueden ser dañados porque

disponen de circuitos internos deautoprotección.

El amplificador operacional

George Philbrick, uno de los inventores del am-plificador operacional, es también promotor desu aplicación. El primer amplificador operacio-nal, diseñado solamente con un tubo de vacío,apareció en el mercado en el año de 1948.

Las primeras versiones de amplificadoresoperacionales fueron utilizadas para la construc-ción de computadoras analógicas. El uso de lapalabra operacional se refería a operacionesmatemáticas, ya que con estos dispositivos sepueden efectuar diversos cálculos: suma, restae incluso derivadas e integrales (dichas opera-ciones se aplican en señales eléctricas, comoobservamos en la figura 1).


En el diseño electrónico se ha encontrado queexisten ciertas etapas o circuitos que se utilizanfrecuentemente; y las etapas amplificadoras noson la excepción. En vez de la tediosa y difíciltarea de realizar un amplificador con transisto-res, los diseñadores podían servirse del amplifi-cador operacional y algunos elementos externos(principalmente resistencias); en aplicacionesespeciales de derivación o integración, se em-plean capacitores.

El costo de los amplificadores operacionaleses generalmente bajo, excepto el de aquellos quese destinan a aplicaciones específicas; por ejem-plo, para altas frecuencias o proceso de señalesde audio. Pero siguen siendo muy accesibles, sise considera que con un circuito integrado comoéstos se reducen las posibilidades de falla en eldiseño final, además de que ocupan menos es-pacio y requieren menos potencia que los com-ponentes discretos.

Por lo que acabamos de señalar, se compren-de que estos dispositivos tengan tantas aplica-ciones que van desde servir para la compara-ción y la mezcla (suma) de dos señales, hastaser parte de equipos complejos de medición parala obtención de señales en equipos industriales;y, por supuesto, no podemos olvidar su uso encircuitos de generación de señales o detecciónde niveles de voltaje.

Desarrollo tecnológico delos amplificadores operacionales

Conforme el desarrollo de la tecnología, la fa-bricación de los amplificadores operacionales seha ejecutado con mayor precisión; básicamen-te, han mejorado considerablemente en dos as-pectos:

1. Algunos transistores de unión (juntura) bipolarse sustituyeron con transistores de efecto decampo (FETs). Con la incorporación del am-plificador operacional, los JFETs toman co-rrientes muy pequeñas y permiten que losvoltajes de entrada varíen entre los límites dela fuente de alimentación (característica muyimportante para la aplicación de estos dispo-sitivos). Por su parte, los transistores MOS em-pleados en circuitos de salida permiten quela salida se aproxime a milivolts de los lími-tes de la fuente de poder.

2. Gracias a la tecnología que se usa para la fa-bricación de circuitos integrados, pudo darsela segunda innovación: la invención de losencapsulados de doble y cuádruple amplifi-cador. En el mismo encapsulado de 14 termi-nales ocupado por un solo amplificador ope-racional, los diseñadores decidieron fabricarcuatro amplificadores individuales que com-

∑5v

VA

VA

VB

VB

t

+3v

-3v

Sumador

Salida

Salida

8v

5v

2v

3v

Operaciónes con señales y bloques funcionales

• Señal generada con la sumade ambas señales

Entradas

Figura 1


parten la misma fuente de poder; el LM324 esun ejemplo muy conocido del tipo de amplifi-cador cuádruple, y el LM358 del tipo de am-plificador doble (figura 2).

Entonces se desarrollaron los circuitos integra-dos de función especial que contienen más deun amplificador operacional, para llevar a cabofunciones complejas.

En los manuales proporcionados por cada fa-bricante aparece información sobre amplifica-dores operacionales cuyas características parti-culares sirven para aplicaciones muy específicas.Entre dichas propiedades, podemos citar las si-guientes:

• La capacidad de manejar alta corriente, altovoltaje o ambos.

• Sirven como amplificadores múltiples.• Sirven como amplificadores operacionales y

circuitos integrados lineales.• Sirven como amplificadores de ganancia pro-

gramable.• Se usan para instrumentación.• Sirven como amplificadores para comunicacio-

nes.• Sirven como amplificadores operacionales es-

peciales para el manejo de señales de audio yvideo.

El amplificador de propósito general 741

Al igual que cualquier otro dispositivo electróni-co, el amplificador operacional tiene un símbo-lo que lo identifica (figura 3).

Puesto que es sólo un símbolo genérico, pue-de variar ligeramente de acuerdo con cada va-riante de la que se trate. Ejemplo de ello, es elsímbolo con que se identifica a los circuitos ló-gicos y a los amplificadores operacionales; demodo que para evitar confusiones entre la re-presentación de un buffer y la de un amplifica-

Figura 2

Terminal positiva de alimentación(+V)

Terminal negativa de alimentación(-V)

Terminalde entrada noinversora (+)

Terminalde entradainversora (-)

Terminal de salidaVout

-

+741

+V

-V

Símbolo del amplificador operacional

(-Vin)

(+Vin)

Figura 3

LM324

14

13

12

11

10

19

8

1

2

3

4

5

6

7

Salida 1

Entrada invertida 1

Entrada noinvertida 1

Entrada noinvertida 2

Entradainvertida 2

V (+)

Salida 2

Entrada invertida 4

Entrada no invertida 4

Entrada no invertida 3

Entrada invertida 3

GND

Salida 3

Salida 4

LM358

8

7

6

5

1

2

3

4

Salida A

Entrada invertida A

Entrada noinvertida A

VEE (GND)

VCC

Entrada invertida B

Entrada no invertidal B

Salida B


dor operacional, el símbolo de este último semodifica (figuras 4A y 4B, respectivamente).

También es común, sobre todo en diagramasesquemáticos de aparatos electrónicos domés-ticos, que se haga referencia a estos circuitosintegrados de la misma forma en que se hacecon los que conforman propiamente al aparato(IC1, IC2, etc.); es decir, se indica más bien el número consecutivo de integrado dentro del apa-rato, que la matrícula específica.

Después, el número que identifica a cada pie-za se pone en la lista de partes del esquema delcircuito.

Todos los amplificadores operacionales po-seen por lo menos cinco terminales:

1. De fuente de poder positiva (VCC o +V).2. De fuente de alimentación negativa (VEE o -V).3. De salida.4. De entrada inversora (-).

5. De entrada no inversora (+).

Algunos amplificadores operacionales de propó-sito general cuentan con más terminales espe-cializadas (como la terminal de offset, parareferenciar cero).

Entradainversora

Anulación dela desviación

de voltaje

Entrada inversora

Q8

Q1 Q2

Q9

Q3 Q4

Q7

Q5

300Ω

Q6

R11 KΩ

R350 KΩ

R21 KΩ

Q10

R45KΩ

Q12

R540KΩ

Q13

C130pF

Q16

Q17

Q11 Q23

R950KΩ

R8100ΩQ24

Q22

R1150KΩ

50KΩ

R10Q21

Q20

Q19

Q18

Q15

Q14

R627Ω

Salida

R722Ω

v+

v-

Anulación dela desviaciónde voltaje

Circuito equivalente de un amplificador operacional 741.(Cortesía de Fairchild Semiconductor).

-

+

E1

E2

+VVcc

-V

Símbolo de buffer Símbolo alternativo parael amplificador operacional

Salida

Algunas modificaciones al símbolo de acuerdocon el contexto

A B

Figura 4

Figura 5


El circuito equivalente del amplificador ope-racional 741 se muestra en la figura 5. Es un cir-cuito complejo, compuesto por 1 capacitor, 11resistencias y 27 transistores.

Descripción del encapsulado

El amplificador operacional se fabrica en unsustrato de silicio, y se coloca en diferentesencapsulados que pueden ser de metal, plásticoo cerámica. La pastilla de silicio (que contienetodos los componentes del amplificador opera-cional) se conecta mediante alambres -general-mente de oro- con las terminales externas; a suvez, éstas son conectadas con los componentesexternos.

En la figura 6 podemos ver los tipos de encap-sulados más comunes que se pueden encontraren el mercado; el más popular es el DIP de 8pines.

Si revisamos desde arriba este tipo de encap-sulados, encontraremos una muesca o un puntoque identifica a la pata 1. Las terminales estánnumeradas en sentido contrario al de las mane-cillas del reloj.

A continuación explicaremos cómo puededeterminarse la compra de un amplificador ope-racional específico, y daremos algunas recomen-daciones acerca de las técnicas básicas para suconexión.

Identificación del tipo deamplificador operacional

La matrícula del chip nos indica no sólo el tipode componente de que se trata, sino tambiénotras de sus características particulares; porejemplo:

• Nombre del fabricante.• Rangos de temperatura.• Tipo de encapsulado (que si bien físicamente

puede resultar obvio, es un dato muy impor-tante para cuando se busca la matrícula en losmanuales).

Cabe mencionar que no todos los fabricantesutilizan el mismo código, pues la mayoría se sir-

ve de un código de identificación que consta decuatro partes escritas en el siguiente orden:

1. Prefijo de letras. Este código consiste por logeneral en dos letras que identifican al fabri-cante; por ejemplo AD = Analog Devices, CA= RCA, LM = National Semiconductor Corp.,TL = Texas Instruments.

2. Número del circuito. El número del circuitoestá formado por tres a siete números y le-tras que identifican el tipo de amplificadoroperacional y su intervalo de temperatura (fi-gura 7).

3. Sufijo de letras. El sufijo de una o dos letrassirve para identificar el tipo de encapsulado

Lengüeta

8

8

1

1

7

7

2

2

6

3

34

5

4

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7 8

1516

17 18

Tipos de encapsulados comunes en losamplificadores operacionales

Metálico

DIP-4 terminales

DIP-16 Terminales

Montaje superficial

Figura 6


que contiene al chip del amplificador opera-cional.Para obtener las conexiones correctas de laspatas de la hoja de especificaciones, es preci-so conocer el tipo de encapsulado específico.En la tabla 1 presentamos los tres códigos desufijos más comunes para encapsulados.

4. Código de especificación militar. Se empleaexclusivamente para piezas destinadas a apli-caciones que requieren gran contabilidad.

En la figura 8 ejemplificamos la descripción com-pleta de una matrícula que viene impresa en unamplificador operacional.

En la práctica, el uso de los amplificadoresoperacionales exige seguir ciertas reglas para elmejor desarrollo experimental:

1. Realice todo el cableado, una vez que hayaapagado la fuente.

2. Procure que el alambrado y los conductoresde los componentes queden lo más corto po-sible.

3. Conecte primero las alineaciones + V y -V delamplificador operacional.

4. Trate de conectar todos los conductores detierra a un punto de unión, el común de lafuente de poder. Este tipo de conexión recibeel nombre de “tierra en estrella“. No use uncable de tierra, porque podría provocar unlazo de tierra y generar entonces un voltajede ruido indeseable.

5. Verifique nuevamente el alambrado, antes deaplicar corriente al amplificador operacional.

6. Conecte voltajes de señal al circuito, siemprey cuando el amplificador operacional tengacorriente.

7. Haga todas las mediciones de tierra. Si, porejemplo, una resistencia está conectada en-tre dos terminales de un circuito integrado,no debe conectarse un medidor ni unosciloscopio (de rayos catódicos) a las termi-nales de la resistencia; lo que tiene que haceres medir el voltaje en un lado de la resisten-cia y después en el otro, así como calcular lacaída del mismo.

8. En lo posible, no utilice amperímetros. Midael voltaje según como se indica en el pasoanterior, y calcule la corriente.

9. Desconecte la señal de entrada antes de qui-tar la corriente directa; si no lo hace, puedeprovocar la destrucción del circuito integrado.

10. Usted ya sabe que estos circuitos integradosson muy resistentes al mal uso. Así que nun-ca:a) Invierta la polaridad de las fuentes de po-

der.

Código de identificación para el amplificador operacional

062 CEntrada del amplificadoroperacionaltipo J-FET

Límite detemperaturacomercial

C: Comercial (0 a 70 ˚C)I: Industrial (-25 ˚C a 85 ˚C)M: Militar (-55 a 125 ˚C)

Asignación de rangos de temperatura

Figura 7

Descripción de una matrícula completa para un amplificador operacional

Prefijo Número Sufijo

µA 741 C P

Fairchild Opamp. de propósitogeneral con intervalo detemperatura comercial

Encapsuladode plástico

Figura 8

sodaluspacneedalbaT

Có edogidodaluspacne

icpircseD ón

DlneelboD í lpedaen á arapocits

laicifrepusejatnom

J lneelboD í acimárecedaen

.P.NiccresniarapaenílneelboD ó nenoserpmiotiucricedallilbatal

Tabla 1


b) Conecte las terminales de entrada del am-plificador operacional por arriba o por abajode los potenciales en la terminal +V ni enla terminal -V.

c) Deje conectada la señal de entrada sin co-rriente en el circuito integrado.

11. Si se presentan oscilaciones indeseables enla salida a pesar de que las conexiones delcircuito parecen correctas:

a) Conecte un capacitor 0.1uF entre la termi-nal +V del amplificador operacional y tie-rra, y otro capacitor de 0.1 pfd entre la ter-minal -V del amplificador operacional ytierra.

b) Acorte los alambres o conductores. c) Verifique los alambres de tierra del instru-

mento de prueba, del generador de señal,de la carga y de la fuente de poder; debe-rán juntarse en algún punto.

12. Los principios anteriores se aplican a todoslos demás circuitos integrados lineales.

Características básicas delos amplificadores operacionales

Descripción funcional de las terminalesdel amplificador operacionalLas terminales etiquetadas como +V y –V, sirvenpara identificar las terminales del amplificador

operacional que deben conectarse a la fuente depoder bipolar (figura 9).

Terminales de salidaLa terminal de salida del amplificador operacio-nal está conectada a un extremo de la resisten-cia de carga RL; el otro extremo de RL está co-nectado a tierra (con respecto a ésta se mide elvoltaje de salida Vo).

Y a la única terminal de salida con que cuen-ta un amplificador operacional, se le llama “sa-lida de extremo único“. Pero existe un límite parala corriente que puede tomarse de esta terminal(por lo común, de 5 a 10 mA) y para los nivelesde voltaje en ella (los cuales se determinan bá-sicamente mediante voltajes de alimentación).

Terminales de entradaEn la figura 9 apreciamos dos terminales de en-trada, etiquetadas como (-) y (+). Se denominan“terminales de entrada diferencial“, porque elvoltaje de salida Vo depende de la diferencia devoltaje entre ellas (Vd voltaje diferencial) y de laganancia del amplificador (AOL).

La terminal de salida es positiva con respectoa tierra, cuando a su vez la entrada (+) es positi-va respecto a, o mayor a, la entrada (-). CuandoEd se encuentra invertida, la entrada (+) es ne-gativa respecto a, o menor a, la entrada (-) y Vose vuelve negativo respecto a tierra.

Es importante mencionar que la polaridad Vodepende únicamente de la diferencia en voltajeentre las entradas inversora y no inversora.

Corrientes de entrada y desviaciónde voltaje (offset)Para activar los transistores internos, las termi-nales de entrada de los amplificadores opera-cionales toman corrientes diminutas de polari-zación y de señal.

Además, dichas terminales presentan un pe-queño desequilibrio (denominado “voltaje dedesviación de entrada“, Vi).

Ganancia de voltajeLa salida de voltaje (Vo) está determinada porEd y por la ganancia de voltaje a circuito abierto(A0L).

Entradas

++

Vo

-

+

-

+

-

-V

v

v

+V

Polarización del amplificador operacional

Figura 9


A0L se denomina “ganancia de voltaje en lazoabierto“, porque precisamente se han dejadoabiertas las posibles conexiones de retroalimen-tación desde la terminal de salida a las termina-les de entrada.

El valor de AOL es excesivamente grande (confrecuencia, 200,000 ó más. Por su parte, Vo nun-ca puede exceder los voltajes de saturación po-sitivo o negativo + Vsat y -Vsat.

Para una fuente de + 15 V, los voltajes de sa-turación estarán alrededor de +13 V. En conse-cuencia, para que el amplificador operacionalactúe como un amplificador, Ed debe limitarse aun voltaje máximo de + 65 uV

Vo puede estar ya sea en uno de los límites +Vsat o -Vsat, u oscilando entre éstos. Tal com-portamiento es típico en un amplificador de alta

ganancia. Para mantener a Vo dentro de dichoslímites, hay que recurrir a un circuito de retroa-limentación que lo obligue a depender de ele-mentos estables como las resistencias y loscapacitores.

Aplicaciones

Entre las muchas aplicaciones que se dan a losamplificadores operacionales, podemos mencio-nar las siguientes:

• Circuitos comparadores.• Circuitos de muestreo y retención.• Convertidores analógico/digital y digital/

analógico.• Aplicaciones industriales.• Circuitos de audio, radio y TV.

De entre ellas, destaca el uso que se da al ampli-ficador operacional como comparador. Esto lodescribimos enseguida.

Comparadores de voltajeSon circuitos que comparan el valor de dos

voltajes analógicos de entrada, y que producenuna salida igual al 1 ó 0 lógico cuando los voltajesson iguales, mayores o menores entre sí o conrespecto a un voltaje de referencia.

Dado que el opamp se emplea con bastantefrecuencia como comparador de voltaje, el sím-bolo que se emplea para identificarlo con estaaplicación es el mismo que el de su versión tra-dicional (figura 10).

Conclusión tipEn la segunda y última parte de este artículo pre-sentaremos algunas de las aplicaciones más co-munes de los amplificadores operacionales, peropor lo que se refiere a las diferentes etapas delos aparatos de audio o video -que son con losque el lector seguramente está más familiariza-do.

Finaliza en el próximo número

-

+

Salida

Salida

Vr : Voltaje de referencia

El amplificador operacional como comparador

-

+

R1

R2

R3

A1

A2

R4

L1

R5

L2

Figura 10


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Número Chasis Número Chasis4 CTC170A 30 CTC177AM2 Nueva6 CTC170C 25 CTC177BB Nueva2 CTC170K 26 CTC177BD Nueva2 CTC170L 3 CTC177BE4 CTC175A 3 CTC177BG4 CTC175A2 15 CTC177BH6 CTC175C 9 CTC177BH26 CTC175C2 9 CTC177BH32 CTC175K 9 CTC177BM22 CTC175K2 35 CTC177BP2 Nueva2 CTC175L 22 CTC177CC2 CTC175L2 1 CTC185A20 CTC176C 1 CTC185AA14 CTC176E 1 CTC185AB16 CTC176F 1 CTC185B21 CTC176F2 1 CTC185M18 CTC176G2 23 CTC186A13 CTC176K2 23 CTC186D12 CTC176L2 29 CTC187AA Nueva8 CTC176N2 11 CTC187AB5 CTC176P 29 CTC187AC Nueva10 CTC176P2 11 CTC187AD19 CTC177AA 38 CTC187AF Nueva32 CTC177AA2 Nueva 33 CTC187BC Nueva36 CTC177AA3 Nueva 33 CTC187BD Nueva17 CTC177AC 33 CTC187BD2 Nueva7 CTC177AD 33 CTC187BF Nueva28 CTC177AE Nueva 33 CTC187BF2 Nueva27 CTC177AF Nueva 34 CTC187BH Nueva30 CTC177AF2 Nueva 34 CTC187BJ Nueva37 CTC177AF3 Nueva 31 CTC187CJ Nueva7 CTC177AG 31 CTC187CL Nueva9 CTC177AH2 31 CTC187CL2 Nueva19 CTC177AK 31 CTC187CL3 Nueva32 CTC177AK2 Nueva 31 CTC187CM Nueva

Número Marca Televisor ModeloBK1 Broksonic CTVG4563TTGS1 Gold Star CN21B60GS2 Gold Star CN14B30HJV1 JVC AV27820PA1 Panasonic CT-G2160NS1 Sony KV32XBR35SH1 Sharp 19GM60SH2 Sharp 20G-S60SH3 Sharp 25VT-J100SM1 Samsung K1SM1 Samsung KCT-52SM1 Samsung KCT-53

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CONTROLADORES

LOGICOS

PROGRAMABLES

(PLCs)

CONTROLADORES

LOGICOS

PROGRAMABLES

(PLCs)

Segunda y última parteSegunda y última parte

Alvaro Vázquez Almazán

Como recordará, en el númeroanterior de esta revista hicimos unaintroducción al mundo de los PLCs.

En esta ocasión hablaremos delsoftware de programación (APS)

empleado en estos controladoresprogramables, específicamente de la

familia SLC-500 de la marca AllenBradley. Queremos así, de la manera

más sencilla posible, explicarle laprogramación básica de estos

equipos.

El software de programación

Organización de la memoriaLa memoria del procesador incluye archivos deprograma y archivos de datos. Veámoslos porseparado.

Archivos de programaArchivo 0: Contiene funciones del sistema.Archivo 1: Reservado para utilizarse en fechasposteriores.Archivo 2: Contiene el programa de usuario.Archivo 3 al 255: Permiten conservar la memo-ria y reducir el tiempo de búsqueda.


Archivos de datosLos archivos numerados del 0 al 7 son los dedefault. Si se requiere almacenar más informa-ción, pueden crearse archivos adicionales; paraello sólo hay que especificar la letra y el númerocorrespondiente del 10 al 255 (figura 1).

Estructura de las direcciones

Las direcciones están compuestas por carácteresalfanuméricos separados por delimitadores. Es-tos últimos pueden ser dos puntos, diagonal opunto solo (figura 2).

Ejecución del APS

a) Teclee CD/PROGRAMS/SLC-500/ATTACH/SLC500 — Enter

b) Teclee APS y oprima Enter. Aparecerá en pan-talla el menú principal del APS (figura 3).

Menú principal del APS (APS Main Menu)F1 (ON LINE): Permite estar en línea con el PLC.F2 (ON LINE CONFIGURATION): Permite cambiar

la configuración de comunicación en línea(puerto, terminal, procesador y velocidad detransmisión de la información).

F3 (OFF LINE PROGRAM/DOCUMENT): Permiteentrar a las funciones de programaciónoffline.

F4 (OFF LINE CONFIGURATION): Permite crear ocambiar un archivo de procesador.

F5 (WHO): Permite entrar a la red de comunica-ción y cambiar la configuración online tan-to de ésta como del programador.

F6 (SYSTEM CONFIGURATION): Permite cambiarla configuración del sistema.

F7 (FILE OPTIONS): Permite copiar archivos endisco duro o desde éste.

F8 (PRINT REPORTS): Imprime reportes de ar-chivos.

F9 (SYSTEM UTILITIES): Convierte archivos encarácteres hexadecimales. También hacetransferencias entre dos terminales APS,entre un APS y un HHT (Hand Held Termi-nal) y entre un APS y un HHT.

F10 (EXIT SYSTEM): Permite regresar al DOS.

Instrucciones básicas del PLC

XIC (EXAMINE IF CLOSED): Se utiliza para re-presentar contactos abiertos en el diagrama deescalera, o contactos de entrada (I), salidas (O),temporizadores (T), contadores (C), etc. (figura4A).

ovihcraedopiT icacifitnedI ónNú edorem

ovihcra

tuptuO O 0

tupnI I 1

sutatS S 2

tiB B 3

remiT T 4

retnuoC C 5

lortnoC R 6

regetnI N 7

oirausuleropsodinifedsovihcrA

ovihcraedopiT icacifitnedI ónNú edorem

ovihcra

tiB B

552-01

remiT T

retnuoC C

lortnoC R

regetnI N

Figura 1

Tipo de archivo

No. de archivo No.de

elemento

Elemento delimitador

T 4:15

Figura 2


XIO (EXAMINE IF OPEN): Sirve para represen-tar contactos cerrados, e incluso los mismos ele-mentos que X1C (figura 4B).

OTE (OUTPUT ENERGIZE): Permite crear unasalida, cuya condición (falsa o verdadera) estádeterminada por el renglón (rung); éste pone aaquélla en “l“ lógico si es verdadera, y en “0“ ló-gico si es falsa (figura 4C).

OTL (OUTPUT LATCH): Se utiliza junto con lainstrucción OTU.

OTU (OUTPUT UNLATCH): Sólo puede poneren “0“ lógico; OTL sólo en “1“ lógico (figura 4D).

TON (TIMER ON DELAY): Indica que se haconectado un temporizador que tiene retardo enla conexión (figura 5A).

TOF (TIMER OFF DELAY): Permite que en eldiagrama de escalera pueda conectarse untemporizador con retardo a la conexión.

CTU (COUNTER UP), CTD (COUNTER DOWN):Permiten la integración de contadores cuyoconteo puede ser hacia arriba o hacia abajo.Mientras que CTU incrementa en una unidad elconteo cuando se presenta un flanco positivo enel renglón, CTD lo hace bajar una unidad (figu-ras 6A y 6B).

SLC-500 ADVANCED PROGRAMMING SOFTWARE RELEASE 4.00

Allen - Bradley Company, Copyright 1989 - 1993

1747 - PA2E

All rights Reserved

This Software is licensed to : Your Name Your company name

00000000

Fri Jul 24, 1992

TERM Address : 0

Current Offline File : DEFAULT 11 : 03 : 09 am

Current Device : 1747 - pic (DH-485) Proc Address : 1

Display Area :

Message :Prompt : Press a function key Data/Cmd Entry :Status :

Main Functions :

ONLINE

F1

ONLINECONFIG

F2

OFFLINECONFIG

F4

WHO

F5

FILES OPTIONS

F7

PRINT REPORTS

F8

SYSTEMUTILS

F9

EXITSYSTEM

F10

SYSTEMCONFIGR

F6

OFFLINEPRG DOC

F3

Figura 3

XIC XI0OTE OTL OTU

UL

A B C D

Figura 4


Edición de un programa

Ahora explicaremos el procedimiento que debeseguirse para añadir, insertar, modificar, borrary no borrar un diagrama de escalera.

1. Ya que se encuentre en el menú principal,oprima F3 (OFF LINE PROG/DOC) y ensegui-da F8 (MONITOR FILE). Vea la figura 7, don-de:

F2 (CONFIGURE DISPLAY): Permite configurar lapantalla para los archivos de escalera.

F5 (DOCUMENT): Permite documentar archivosde escalera.

F6 (SEARCH): Permite buscar y reemplazar di-recciones o instrucciones.

F7 (GENERAL UTILITY): Permite visualizar o edi-tar el archivo de status.

F8 (DATA MONITOR): Permite visualizar la in-formación del archivo de datos.

F9 (FORCE): Permite forzar entradas y salidas.F10 (EDIT): Permite editar programas de escale-

ra.(En la parte superior de la pantalla aparece elfinal del escalón, puesto que no existe ningúnarchivo).

2. Para insertar un renglón oprima F10 (EDIT);aparecerá en pantalla el menú de funciones

TON

TIMER ON DELAY

Timer T4:0

Time base 0.01

Preset 500

Accum 0

( EN )

( DN )

TOF

TIMER OFF DELAY

Timer T4:1

Time base 0.01

Preset 500

Accum 0

( EN )

( DN )

A

B

Figura 5

CTU

COUNT UP

Counter C5:0

Preset 100

Accum 0

( CU )

( DN )

CTD

COUNT DOWN

Counter C5:1

Preset 0

Accum 0

( CD )

( DN )

A

B

Figura 6

Figura 7

Message :Prompt :Data/Cmd Entry :Status :

Press a function key (file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : CONFIGDISPLAY

F2

DOCUMENT

F5

GENERALUTILITY

F7

DATAMONITOR

F8

FORCE

F9

EDIT

F10

SEARCH

F6

EXIT

F3

No forces

Display area

END


de renglón (figura 8). Ahora oprima F4 -APPEND RUNG-, y verá que aparece en pan-talla un escalón vacío (figura 9). Las líneaspunteadas que aparecen a los lados del ren-glón indican que éste no ha sido aceptadotodavía; por lo tanto podemos hacer los cam-bios que sean necesarios.

3. Para poner un contacto en el renglón, bastacon teclear la instrucción correspondiente(XIO, XIC); enseguida oprima Enter. El con-tacto aparecerá en el escalón.Si se desea colocar otro contacto, tendrá quellevar el cursor al final del escalón y teclear lainstrución correspondiente (XIO, XIC) del nue-vo contacto; por último, oprima Enter.

4. Cuando haya terminado de editar el renglón,oprima F10 (ACCEPT RUNG); así aceptará us-ted el renglón.

5. Para colocar un contacto en paralelo, lleve elcursor hasta el elemento del que desee hacerla derivación. Oprima F1 (BRANCH) para queaparezca el menú de BRANCH (figura 10), endonde:

F1 (EXTENDED UP): Agrega una rama en para-lelo arriba de dicho elemento.

F2 (EXTENDED DOWN): Agrega una rama enparalelo abajo del elemento.

F3 (APPEND BRANCH): Indica con letras el pun-to en que se desea empiece la derivación; ésta


Press a function key for desired editing function(file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : SAVE/GOONLINE

F1

MODIFYRUNG

F5

UNDELRUNG

F7

ADVANCDEDITING

F8

TESTEDITS

F9

DELETERUNG

F6

ONLINECONFIG

F2

INSERTRUNG

F4

APPENDRUNG

F3

No forces

Figura 8


Type a mnemonic or press a key for desired editing function(file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : BRANCH

F1

INSERTINSTR

F4

DELETEINSTR

F6

UNDELINSTR

F7

ACCEPTRUNG

F10

MODIFYINSTR

F5

APPENDINSTR

F3

No forces

Display area

END

RUNG INSERT

Figura 9


llegará hasta donde se encuentre el cursor, ysiempre hacia la derecha.

F4 (INSERT BRANCH): Tiene la misma funciónque F3, con la única diferencia de que la deri-vación se hará siempre hacia la izquierda.

F6 (DELETE BRANCH): Borra una rama del ren-glón.

F7 (UNDELETE BRANCH): Inhabilita la funciónF6.

6. Una vez que haya terminado de editar sudiagrama de escalera, almacénelo. Para ello,


Press a function key for desired branch editing function(file 2, rung 0)offline File 04TESTRUNG MODIFY

Main Functions : EXTENDUP

F1

INSERTBRANCH

F4

UNDELBRANCH

F7

DELETEBRANCH

F6

EXTENDDOWN

F2

APPENDBRANCH

F3

No forces

Figura 10

oprima la tecla ESC hasta llegar a la pantallaMONITOR FILE; oprima entonces F3 (EXIT), yenseguida F2 (SAVE).

Pues bien, así finalizamos nuestro recorrido porel programa APS de los PLCs SLC-500 de la mar-ca Allen Bradley.

Aunque este es tan sólo un ejemplo de la for-ma en que trabajan los PLCs, le recordamos quetodos lo hacen bajo el mismo principio de fun-cionamiento; es decir, lo único que varía es elsoftware de programación que emplea cada uno.


EL SISTEMA DE

SINTONIA DIGITAL

Principio de operación ylocalización de fallas

EL SISTEMA DE

SINTONIA DIGITAL

Principio de operación ylocalización de fallas

Alvaro Vázquez Almazán

En este artículo vamos a hablar delprincipio de operación de la sintonía

digital, así como de los aspectosprácticos relacionados con el análisisde un circuito representativo y con la

detección de fallas en la respectivasección. Para ello, tomaremos comoreferencia el módulo de sintonía Z-

120, incluido en el sistema decomponentes SA-AK15 de la marca

Panasonic.

Introducción

Es de todos conocido que un sintonizador deradio está constituido por un amplificador deradiofrecuencia, un circuito oscilador local, unmezclador y una etapa de frecuencia intermedia(figura 1). Asimismo, sabemos cuál es la funciónde cada una de estas secciones: la etapa de am-plificador de radiofrecuencia sirve para dar ga-nancia a la señal proveniente de antena; la eta-pa del oscilador local genera una señal cuyafrecuencia fija es similar a la que genera eloscilador de la estación transmisora, con el finde seleccionar la estación que se va a sintoni-zar; y, finalmente, el circuito mezclador tiene lafunción de mezclar la señal de RF –provenientedel amplificador de radiofrecuencia– con la se-ñal del oscilador local, para entregar una fre-cuencia intermedia (10.7 MHz para FM y 455 KHzpara AM).


Enseguida explicaremos los fundamentos deeste proceso, para luego adentrarnos en el estu-dio de un sistema representativo de la modernasintonía digital en equipos de audio. Con estoqueremos contribuir a que usted asimile mejorlas características de esta nueva tecnología, quepaulatinamente se va haciendo común en apa-ratos de reciente fabricación.

La frecuencia intermedia

Con objeto de entender qué es y para qué sirvela etapa de frecuencia intermedia, suponga quesólo existe una estación transmisora. Bastaríaentonces con que el oscilador local generara unasola señal a una frecuencia ya determinada, paracaptar la estación que estuviera transmitiendo.Pero qué sucedería si en vez de una fueran doslas estaciones transmisoras; en este caso eloscilador local tendría que generar dos señales,cada una con frecuencia similar a la de su res-pectiva estación transmisora para poder sinto-nizarla. Esto sin embargo tiene una solución mássencilla; la opción es utilizar un par de circuitos

osciladores que trabajen con frecuencias dife-rentes ajustadas a la frecuencia del oscilador dela estación transmisora; para pasar de una esta-ción a otra, sólo hay que colocar un conmuta-dor con el que se seleccione uno u otro oscilador(figura 2).

Ahora bien, la situación parece más comple-ja si tomamos en cuenta que son muchas lastransmisoras en operación. Poner un osciladorcon su correspondiente conmutador para cadaestación, resulta una solución poco práctica eincosteable; en tales circunstancias, tendrían quecolocarse tantos osciladores como estacionestransmisoras existen; además, con la apariciónde cada nueva estación transmisora quedaríanen desuso los receptores que no contengan unoscilador ajustado a la frecuencia en turno.

Por eso se prefirió utilizar un solo osciladorlocal, pero capaz de modificar a voluntad su fre-cuencia con el fin de tener acceso a todas lastransmisoras. Por supuesto que el rango de tra-bajo de este oscilador debe ser amplio, con ob-jeto de “absorber“ la señal de cada nueva esta-ción que surja.

Figura 1

Figura 2

AudioAmplificador

de R.F.Mezclador

Osciladorlocal

FrecuenciaIntermedia Detector

Audio

Conmutador

Amplificadorde R.F.

Mezclador

Oscilador1

Oscilador2

DetectorFrecuenciaintermedia


Por otra parte –y aquí entramos propiamentede lleno al punto central de este subtema–, cabesuponer la necesidad de que la frecuencia deloscilador local sea convertida en una frecuen-cia fija para todas las estaciones. A esta frecuen-cia estándar se le dio el nombre de “frecuenciaintermedia“, cuyo valor es –como ya dijimos– de10.7 MHz para FM (frecuencia modulada) y de455 KHz para AM (amplitud modulada); esto sig-nifica que la estación que transmite a una fre-cuencia de 97.7 MHz (lo cual indica que eloscilador tiene una frecuencia de 97.7 MHz),posee la misma frecuencia intermedia que laestación que transmite a 107.3 MHz (lo cual in-dica que el oscilador tiene una frecuencia de107.3 MHz); por lo tanto, una vez que la señaldel oscilador local se mezcla con la señal del am-plificador de radiofrecuencia, ambas tienen exac-tamente la misma frecuencia intermedia que laestación que transmite a 95.7 MHz, por ejem-plo.

Estas estaciones y todas las demás que nohayamos mencionado –pero que existen–, tienenuna frecuencia intermedia de 10.7 MHz para FMy 455 KHz para AM.

Cómo se obtiene la frecuencia intermediaSuponga que el oscilador de la estación trans-misora genera 97.7 MHz; entonces, el osciladorlocal del receptor debe generar una frecuenciatal que sea la frecuencia de la estación transmi-sora más la frecuencia intermedia (figura 3). Estoquiere decir que si el oscilador de la estacióntransmisora genera una frecuencia de 1 MHz, eloscilador local del receptor debe trabajar a 11.7

MHz (1 MHz + 10.7 MHz = 11.7 MHz) para quecuando se haga la mezcla se tome únicamentela señal diferencia.

Recuerde que cuando se mezclan dos seña-les de frecuencias diferentes, aparecen dos es-pectros de frecuencia: la señal suma y la señaldiferencia; esto significa que si tomamos la se-ñal diferencia (11.7 MHz – 1 MHz), obtendremosuna señal con una frecuencia de 10.7 MHz. Y sitenemos 107.3 MHz como frecuencia de oscila-ción de la estación transmisora, el oscilador lo-cal del receptor está obligado a generar a unafrecuencia de 118 MHz; al tomar la señal dife-rencia (118 MHz – 107.3 MHz), obtendremos 10.7MHz; o sea que la señal diferencia tanto de unaestación como de otra es exactamente de 10.7MHz (que es la señal de frecuencia intermedia).

De acuerdo con el método que acabamos dedescribir, cualquier transmisora cuya frecuenciade oscilación es baja (digamos, 88.1 MHz) pue-de sintonizarse en el mismo receptor al que lle-ga la señal de una estación que trabaja con os-cilación alta (por ejemplo, 107.3 MHz).

Etapa de frecuencia intermediaDespués de la sintonía y mezcla de señales, si-gue precisamente la etapa de frecuencia inter-media; ésta trabaja como un circuito sintoniza-do. Como usted recuerda, los circuitossintonizados dejan pasar una sola frecuencia: lafrecuencia de sintonía; es ésta precisamente ala que cada uno se encuentra sintonizado.

Para FM, nuestro circuito sintonizado de FI(frecuencia intermedia) está ajustado a una fre-cuencia de 10.7 MHz; para AM, está ajustado auna frecuencia de 455 KHz.

Circuito detector de señalesPasando la etapa de frecuencia intermedia, lle-gamos a un circuito de detección de señales. Estese encarga de detectar si la información prove-niente de frecuencia intermedia contiene o nola información de audio (o sea, el mensaje mu-sical o hablado); también tiene la función de eli-minar la señal portadora (es decir, de eliminarla señal generada por el oscilador local, el cualsirvió únicamente como medio de transmisiónde señal).

Fos = F trans + F.I.

Donde:

Fos = Frecuencia de oscilación

F trans = Frecuencia de transmisora

F.I. = Frecuencia intermedia

10.7 Mhz para F.M.455 Khz para A.M.

Figura 3


Descripción generalEn otras palabras, el proceso empieza cuandoen la antena se reciben las señales provenientesde las estaciones transmisoras; luego de pasarpor un proceso de amplificación, son mezcladasy finalmente se entrega en la salida una sola se-ñal de audio (la que previamente se haya selec-cionado mediante la mezcla del oscilador localy la señal de radio frecuencia).

En consecuencia, una vez obtenida la frecuen-cia intermedia, ya no se requiere la señal deloscilador local; así que será necesario eliminar-la para que no interfiera con el proceso siguien-te. Esto lo lleva a cabo el circuito detector, elcual –como ya dijimos– tiene la función de eli-minar la portadora y dejar pasar únicamente laseñal de audio –o lo que es lo mismo, el mensa-je musical o hablado.

Con lo anterior, damos por concluido nues-tro repaso sobre las bases de lo que es un sinto-nizador convencional. Recordemos ahora losaspectos más importantes acerca de unsintonizador basado en un sistema de PLL (PhaseLocked Loop).

La sintonía PLL

Para hacer más entendibles las siguientes expli-caciones, consulte el diagrama adjunto (figura6A).

El sistema de PLL (que significa “bucle engan-chado por fase“) basa su operación en la com-paración de señales; propiamente, en la compa-ración de la señal proveniente del oscilador localcontra la señal proveniente de un oscilador dereferencia. Cuando éstas son iguales, el sistemade sintonía digital PLL entrega un voltaje sufi-ciente para que no se modifique la frecuenciadel oscilador local; pero si el oscilador local notiene la misma frecuencia que el oscilador de re-ferencia, el sistema de sintonía PLL procede aenviar un voltaje de control (VC o VT) al osciladorlocal para que éste modifique su frecuencia deoperación; así disminuye o aumenta su frecuen-cia, dependiendo del nivel de voltaje que reciba.

Para que un sistema de sintonía mediante PLLfuncione adecuadamente, tiene que estar comu-nicado con un microcontrolador; éste se encar-

ga de enviar tres líneas de comunicación (busde datos), que llevan por nombre DATA (que sig-nifica “entrada de datos en serie“), CE (llamada“chip enable“ o “habilitación del integrado“) y CL(llamada “reloj“).

Naturalmente, el sistema de sintonía PLL debeespecificar al sistema de control o microcon-trolador la estación en que se encuentra sinto-nizado. Esta “notificación“ se ejecuta a través dela línea DATA OUT (salida de datos en serie), conel fin de que el sistema de control envíe los da-tos correspondientes hacia el controlador delexhibidor; así, finalmente, se despliega en el dis-play la información sobre la estación sintoniza-da (figura 4).

Cuando el sistema de control “sabe“ qué es-tación ha captado el sistema de sintonía PLL, através de una terminal llamada VT (o voltaje desintonía) envía el nivel de voltaje analógico ne-cesario para modificar el valor de frecuencia deloscilador local; éste es un oscilador del tipo VCO,llamado también “oscilador controlado por vol-taje“ (figura 5).

Caso particular

Por lo que se refiere al sintonizador que anali-zaremos, destaca primero la entrada de señal deantena de FM (la cual llega a la terminal 1 delmódulo de sintonía Z-120, donde las terminales3 y 4 son terminales de retorno a tierra; la termi-nal 5 es la terminal del voltaje de sintonía pro-veniente del sistema de PLL; la terminal 6 es ali-mentación; la terminal 7 es la terminal defrecuencia intermedia –o sea la salida– y la ter-minal 8 es la terminal de retroalimentación deloscilador hacia el sistema de sintonía PLL).

Data

CLK

CE

PLL VCO

VT

Figura 4


Internamente, en el módulo de sintonía Z-120se realiza la amplificación de radiofrecuencia,la oscilación y la mezcla, para posteriormenteentregar una frecuencia intermedia por la ter-minal número 7; de aquí pasamos hacia el filtrocerámico CF-201, cuyo valor de fábrica es de 10.7MHz; luego llegamos al transistor amplificadorde frecuencia intermedia para FM Q-101, que tie-ne la función de dar ganancia a esta señal; en-seguida viene otro filtro cerámico, CF-202, tam-bién con valor de 10.7 MHz; encontramosdespués la terminal 1 de IC-101 (por dentro deeste circuito se hace la detección de FM; tam-bién la decodificación, si es que la señal vienemonoaural o en estéreo; tiene sus salidas porlas terminales 13 y 14 -figura 6B-). Así terminael recorrido de la señal de FM, desde que entrapor la antena y hasta que sale como señal deaudio analógico (llámese ésta mensaje musicalo hablado), para posteriormente ser enviada ala etapa de amplificación de audio.

Párrafos antes, mencionamos que la termi-nal 5 del módulo Z-120 es la terminal de entra-da del voltaje de sintonía, y que su terminal 8 esla señal de retroalimentación del oscilador local(es decir, del VCO). Esta última señal va directa-mente hacia el sistema de sintonía PLL, a travésde la terminal 14.

Las terminales 2, 3, 4 y 5 son las terminalesdel bus de datos que provienen del sistema decontrol. Estas señales sirven para indicar al sis-tema de sintonía PLL la estación que se deseasintonizar; para ello, es necesario comparar in-

ternamente la señal de referencia que se encuen-tra entre las terminales 1 y 20 (las cuales sonentregadas por un cristal de cuarzo) con la se-ñal que llega a la terminal 14 proveniente deloscilador local. Una vez comparadas ambas se-ñales, y luego de verificar que se encuentren ensu valor correcto (es decir, que no estén fuerade fase –de ahí el nombre de “bucle enganchadopor fase“), entregarán una señal de voltajeanalógico por la terminal 18 de dicho oscilador;esta señal irá directamente a la terminal 5 delmódulo Z-120, que es un voltaje analógico parala sintonía.

El proceso de sintonía de AM es muy pareci-do al de FM, porque por la terminal 3 del módu-lo Z-151 tenemos la entrada de señal de antena;la salida de esta misma se localiza en la termi-nal 1 de ese módulo. Dicha señal llega hasta elamplificador Q-152, que es el amplificador deradiofrecuencia, para luego ser enviada al pin 21del IC-101, que es la terminal de entrada de RF.

La terminal 6 de Z-151 es la terminal de en-trada de voltaje de sintonía; ya dijimos que estaseñal sirve para modificar la frecuencia de osci-lación del oscilador local. La terminal 5 es la sa-lida del oscilador local, y se acopla hacia la ter-minal 9 del mismo módulo; teniendo su salidapor la terminal 10, esta señal pasa hacia el tran-sistor amplificador Q-151 para posteriormentellegar al pin 23 de IC-101 –donde tendremos aloscilador local. Después esta señal sale amplifi-cada por la terminal 24 de dicho circuito inte-grado, en donde se toma una muestra para en-viar por la terminal 13 la señal deretroalimentación o señal de comparación ha-cia el sistema de sintonía PLL.

Esta señal –ahora de AM– se compara con lasmismas señales de referencia 1 y 20, donde setiene ubicado al cristal X-103, dependiendo delos datos que envíe el microcontrolador por lasterminales 2, 3, 4 y 5; nuevamente tenemos lasalida por la terminal 18; esta señal es el voltajede sintonía, el cual llega a la terminal 6 de Z-151.

La salida de señal de AM se produce por laterminal 2 del IC-101; a su vez, esta señal entraen el módulo Z-102, que es el filtro de FI y estáajustado entonces a una frecuencia de 455 KHz.

VT

B+ B+

OUT

Figura 5


7

6

8

1 5

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

10987654321

TUNER PACK CIRCUIT MAIN CIRCUITQ125K544RF AMP

5.8PQ1

2.2P

Q32SC1675L1L2Local osc

Q22SC2786MFM MDCER

Q20.47µ

100K 100K

100K

2.7K

2.2P

390

390

180P

1.2µ

820K

3.3P

10P 390

0.001

220K

47P580K

Q3

Q42SC1675L1L2BUFFER AMP

2.2P

680K

0.001

Q4

10P

1

2

34

5

7

6

8

Z120 RAL0029

1 3

2

CF201

R105470

C104K1000P

R103270

C101N0.01

+ C10215V10

Q105KRA102MTAPOWER SUPPLYCONTROL(FM-ON) Q10614.5V

((14.5V))<0.1V>

0V((0V))<14.3V>

14.5V((14.7V))<14.4v>

JK101

FM EXT ANTUNBALANCED

ANTGND

L1010.68µH

AM

AM EXT ANT

L1020.58µH

1

2

AM ANTCOIL

AM OSCCOIL

3 Z101 RLA2Z005M-C

9 8 7

8

4

5

6

C136K1000P

A

B

H

C

D

E

F

GR1101K

C107Z0.047

R112100K

C108K8.2P

R1145.5KC110

N0.01

C1306.3V100+C132K1000P

D101MTZ15R1BATA

C133J15P

2.7V

(2.7

V)<2

.7V>

5.2V

(5.2

V)<5

.2V>

0V (0V)

<0V>

0V (0V)

<0V> 0V (0V)

<0V>

0V (0V)

<0V>

14.5

V(1

V)<2

.6V>

0V (1V)

<1V> 0V (1V)

<1V>

0V (0V)

<0V>

0V (0V)

<0V>0V (0V)

<0V>

C134J18P

R1383.3K

R13010K R137

1KR136

1KR135

1KR134470K

A B C D

IC102

XIN

CE

DI

CL

DO

AM LW SDC

STR

Q

FM

XOU

T

VSS

AOU

T

AIN PD

VDD

FMIN

AMIN

MO

NO

IFIN

IC102LC72131MDTRMPLL FREQUENCYSYNTHESIZER

R1331K

14.7(14.5V)<0.1V>

2.6V(2.7V)<2.7V>

C112N0.01

C12516V22

R11747K

R12882

R11310K C112

25V4.7

R1161K

R115580

R13210K

4.1V

(0.2

V)<4

7.0V

>

4.1V

(5.2

V)<4

.7V>

4.5V

(0V)

<0V>

+

5.2V

(5.2

V)<5

.2V>

0V (0V)

<2.6

V>

L103

0.47µH

C11

3K1

000P

2.6V

(2.6

V)<0

V>

R12

927

K

C12

4K1

00P

H B

ANT00P

R11390

X103

Figura 6A


Una vez recorrido el proceso de FI, pasa porla terminal 4 de IC-101, donde internamente sehace la detección de señal para eliminar la se-ñal de portadora y tener por las terminales 13 y14 la señal de audio. Como ya habíamos comen-tado, la señal es finalmente enviada a la etapade amplificación de audio.

Por su parte, IC-101 recibe por la terminal 11la señal que le indica si debe alimentar a los cir-cuitos de amplificación y detección de FM o alos circuitos de amplificación o detección de AM.Esta señal es la llamada “señal de conmutaciónde banda“. Por su terminal 9, este mismo inte-

+

+

+

+

+

+

+ +

+

R12122K

R1024.7K

R12335

R1411K

R1421K

R145100K

R13168

R1222.7K

R127470

R124270

R1281.5K

R125470

R1184.7K

R1195.8K

R12047K

C109X1000P

C106N0.01

C12

6Z

0.04

7

C148N0.01

C147K1000P

C149Z0.1

C11

6X

0.03

3

C13

7K

4700

P

C117X0.018

C144K4700P

C13918V4700P

C14150V1

C127 18V22

C12150V.047

C1296.3V100

C12350V1

C12250V1

C11450V3.3

C14250V1

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13

9 10 11 125 6 7 81 2 3 4

4.2v(4.7v)<3.2v>

5.6v(6.2v)<4.7v>

5.6v(6.2v)<5.4v>

2.6v(2.1v)<2.5v>

2.6v(2.1v)<2.5v>

2.1v(2.1v)<2v>

2.1v(2.1v)<2.1v>

2.1v(2.1v)<2.1v>

2.1v(2.1v)<2.1v>

2.1v(2.1v)<2.1v>

2.1v(2.1v)<2.1v>

1.7v(0v)<0v>

1.8v(1.8v)<1.7v>

0.3v(0.8v)<0.4v>

0v(1.3v)<0v>

2.5v(0.7v)<2.5v>

0v(0v)<0v>

3.7v(0v)<0v>

4.2v(1.2v)<3.3v>

3.3v(4.3v)<2.7v>

5v(5v)<5v>

5.2v(5.2v)<5.1v>

3.5v(4.6v)<2.5v>

5.6v(6.2v)<4.7v>

Z102 RLI2Z006M-T

2

1

3

3

4

5

6

FM

IF IN

AM

MIX

OU

T

RE

G

AM

IF IN

GN

D

SD

ST

FM

DE

T

VC

C

ST

RQ

FM

/AM

MO

NO

OS

C O

UT

OS

C

AF

C

AM

RF

IN

AG

C

AM

OU

T

DE

T O

UT

PIL

OT

IN

MP

X IN

PIL

O O

UT

RC

H

LCH

H

I

J

A

B

C

D

I

J

G

F

E

IC101

IC101LA1833MN-TLMFM/AM IF AMP.DET/AM OSC.MIX/FM MPX

X102

Figura 6B


grado recibe su alimentación; por su terminal 5tiene retorno a tierra.

Localización de fallas

Verifique que el sistema de sintonía de FM Z-120 reciba su voltaje de alimentación (aproxi-madamente 14.5 volts) por la terminal número6. De no recibir su alimentación, este circuito nopodrá trabajar correctamente; y usted puede te-ner problemas, si no hay audio proveniente delsintonizador de FM.

Tras verificar dicha señal, es importante ase-gurarse de que el retorno a tierra y el blindaje deeste mismo sintonizador estén correctamentesoldados; si no lo están, pueden ocurrir fallas enla sintonía. También verifique el estado del vol-taje de la terminal 5; debe ir cambiando, confor-me usted empiece a modificar la sintonía direc-tamente en el panel frontal o a través del controlremoto; si no se va modificando, significa quehay un problema en el circuito integrado desintonía PLL o internamente en el módulo Z-120.

Para determinar cuál de los dos elementos esel que está dañado, se requiere revisar primerola alimentación del sistema de sintonía PLL IC-10, la cual se encuentra en la terminal 15; estenivel de voltaje debe ser de 5 Volts; si es así, ve-rifique también que el sistema de control envíesus señales de control a las terminales 2, 3, 4 y 5(estas señales tienen que verificarse de prefe-rencia con osciloscopio, en el momento en queusted empiece a sintonizar).

Si encuentra todo correcto, proceda a verifi-car ahora en las terminales 1 y 20; esta es la se-ñal de cristal de referencia, y debe estar en suvalor de frecuencia exacta. Si todo parece estarcorrecto, entonces compruebe que el voltaje desintonía aparezca en la terminal 18; si no apare-ce, quiere decir que ha ocurrido una falla en di-cho circuito integrado (aunque el problema tam-bién puede estar en el sintonizador Z-120).

Para determinar que el circuito integrado desintonía PLL y el módulo Z-120 no están fallan-do, haga la siguiente prueba:

1. Desconecte la terminal 5 del sintonizador Z-120 y, con una fuente regulable, aplique un

voltaje variable (es decir, una carga que vayade 1 a 12 volts).

2. Si aparece audio en las bocinas conforme us-ted empieza a modificar este voltaje, signifi-ca que el sistema de sintonía PLL está daña-do. Si no aparece, sabremos que se trata deun problema clásico de sintonizador.

3. Una situación similar se presenta en el casodel sintonizador de AM. Cuando éste no pue-de sintonizar estaciones de AM, hay que ve-rificar primero que reciba la alimentación quenecesita (la cual tiene que ver directamentecon los transistores Q-151 y Q-152). Si estostransistores no están alimentados, no puedentrabajar; por lo tanto, la señal no podrá serenviada a IC-101.

4. Tampoco deje de revisar el voltaje de sintonía;ya señalamos que éste entra en la terminal 6de Z-151.

5. Repita entonces la prueba que hizo con FM.

Pero si el asunto consiste en que no se escuchaAM ni FM, puede deberse a daños en IC-101 (yaque es en éste donde se localiza el detector deuno y de otro). Si usted encuentra en buenascondiciones este circuito integrado, proceda arevisar los transistores Q-206, Q-308 y Q-406;recuerde que éstos actúan como circuitos desilenciamiento, y que si están en corto o se hanactivado no permitirán que la señal de audio dela etapa del sintonizador pase a la etapaamplificadora de audio (y que por lo tanto lle-gue hasta las bocinas).

Comentarios finales

Esperamos que este artículo sirva para facilitarsu labor diaria de reparación, sin importar el tipode sintonizador con que esté trabajando.

Y no olvide que los principios de operaciónde la sintonía digital son los mismos que em-plean los sintonizadores de AM, FM, televisoreso videograbadoras. La clave está en que ustedencuentre las terminales de voltajes de lasintonía llamada VT en algunos casos (y en otrosVC –voltaje de control), así como el sistema desintonía PLL, el cual recibe señales provenien-tes del microprocesador.


EL MOTOR DE

TAMBOR EN

VIDEOGRABADORAS

EL MOTOR DE

TAMBOR EN

VIDEOGRABADORAS

José Luis Orozco Cuautle

El motor de tambor –también conocidocomo motor drum o de cilindro– es el

encargado de hacer girar a una velocidadconstante de 1800 r.p.m. el dispositivo

donde van montadas las cabezas devideo, para dar lectura a los tracks de

información grabados en la cintamagnética. Dicha velocidad es controlada

por un servomecanismo. Cuando lavelocidad de rotación del tambor no es laadecuada, cuando el cilindro se mueve de

manera irregular (hacia un lado y otro,sin arrancar) o simplemente cuando no

hay movimiento, podemos sospechar queexiste una falla atribuible al motor del

cilindro. De ello hablaremos en elpresente artículo.

Ejemplos representativos

En la figura 1 se muestra el chasis de la video-grabadora Panasonic modelo NV-HD610, la cualrepresenta un modelo convencional donde elmotor de cilindro se localiza en la parte inferior.

Existen, sin embargo, máquinas donde elmotor se ubica en la parte superior del cilindro(figura 2); es el caso del modelo NV-SD420, tam-bién de Panasonic. Pero esto no representa uncambio significativo en el diseño; de hecho, laestructura interna de ambos tipos de motores esmuy parecida.

Estructura interna del motor de tambor

En la figura 3 se presenta el diagrama de la sec-ción donde se encuentra el motor. Las partesprincipales que se pueden apreciar son:


1. El circuito integrado drive (excitador del cilin-dro).

2. Las bobinas (tres).3. El circuito integrado generador Hall.

El circuito integrado drive o de conmutaciónEste circuito integrado tiene la matrículaAN3814K (figura 4), y su función es aplicar unacorriente eléctrica a cada una de las bobinas con

Figura 1

Figura 2


que cuenta el motor. Aunque las bobinas sontres, en realidad cuenta con nueve secciones(tres por cada bobina) que se encuentran colo-cadas en serie.

Al fluir una corriente eléctrica por cada bobi-na, se crea el campo magnético de repulsión quemueve al imán del rotor, iniciando así el movi-miento del motor.

En la figura 5A podemos apreciar la maneraen que se retira el estator en este tipo de moto-res, habiendo retirado previamente los tornillos.Se muestra también el imán del rotor junto consus polaridades (figura 5B).

La corriente eléctrica que fluye por las bobi-nas –las cuales deben estar conectadas a un vol-taje de 14V positivo– es producida por tres tran-sistores que van dentro del circuito integrado

drive (figura 6). Al contar el imán del rotor conpolos magnéticos, es necesario que las bobinastrabajen de manera secuencial; es decir, que seactiven una después de otra para crear la repul-sión necesaria en el rotor y se genere así el mo-vimiento. De esta forma, el circuito integrado de-berá recibir la información de la posición delrotor para poder activar, en forma ordenada,cada juego de bobinas según los requerimientosfuncionales. La información de la posición delimán rotor es proporcionada por el circuito inte-grado Hall.

El circuito integrado HallEn la figura 7 se muestra la tarjeta donde vanmontadas las bobinas y el circuito generadorHall, el cual es un dispositivo semiconductor quetiene la posibilidad de producir un voltaje comolo hace cualquier generador. Cuenta con cuatroterminales: una va conectada a tierra y la otra aun voltaje positivo de 5V, en tanto que las otrasdos son de salida.

Este generador trabaja siempre que se le apli-que polarización de CD en dos de sus extremos,al tiempo que se le aplica un campo magnético,que en este caso es producido por el rotor.

Como el rotor cuenta con varios polos, almoverse aplica al circuito integrado Hall un cam-po magnético variable, produciéndose en la sa-lida de este circuito –en sus otras dos termina-les– un voltaje de corriente alterna con un valorde tan sólo 1.5 Vpp. Este voltaje de corriente al-terna se aplica en las terminales 8 y 9 del circui-

115

11

2

17

8

9

Excitadorde motor

Amplificadordiferencial

Schmit

PG/FG

Control detorque

7

HallIC

+5V

M1

M2

M3

HE-

HE+

Al servomecanismo

Del servo-mecanismo

Bobina principal (1)



+14v

IC2502 AN3814K Circuito integrado excitador de cilindroMotor de cilindro DD

+5V

Figura 3

Figura 4


N

N

NN

N

NS

S

S

S

S

S

Polos del imán

Figura 5A

Figura 5B

to excitador, y con esta información el drive pue-de determinar de cuál juego de bobinas va a en-viar corriente, generando así el movimiento.

La bobinasLa posición y conexiones del juego de bobinasse puede apreciar en la figura 8. Observe quecada una de ellas tiene su núcleo para concen-trar el campo magnético; y aunque en algunosmodelos de videograbadoras estos motores no

cuentan con dicho núcleo, el sistema de opera-ción es el mismo.Localización de fallas

Como mencionamos al principio, las fallas prin-cipales que se llegan a presentar en estos moto-res son:

1. Rota con una velocidad variable (debe serconstante).


N

N

N

N

N

N

S

S

S

S

S

S

M1M3

M2

M1

M3

M2M1

M3

M2

Alimentación del cilindro

+14V

Circuito integrado excitador

IC2901

+ 5V

Proceso de señal de posición


Control detorque

PG/FG

R2901

7

15

8 9

4 18 17 1 2

HALLIC

Al servome-canismo

Se aplica unvoltaje de CDque provienede laterminal “drive“del servome-canismo

Figura 6

Figura 7Figura 8

2. Se producen vibraciones laterales, pero sinarrancar.

3. No hay movimiento alguno.

Verificación de voltajesEs importante indicar que, como primer pasoante cualquiera de estas fallas, debe verificar quesean correctas las polarizaciones de los moto-res en la posición de paro (STOP). En la figura 9

presentamos el diagrama con los voltajes res-pectivos en dicha posición.

Si los voltajes verificados son correctos, debeentonces desconectar la terminal 7 del circuitointegrado drive y hacer la pruebas correspondien-tes para detectar si el motor se encuentra en buenestado o la falla está en otro sitio. Antes de reti-rar la soldadura en la terminal 7 del circuito ex-


citador debe desconectar la videograbadora dela línea de CA.

Una vez desconectada la terminal, alimentela videograbadora y ponga el modo STOP. Conuna fuente de alimentación de CD variable apli-que un voltaje positivo (negativo a tierra) a laterminal 7, que ya está libre; el valor de voltajedebe ser de entre 4 y 2 voltios de manera des-cendente; conforme vaya bajando el voltaje po-drá observar cómo la velocidad del motor se vaincrementando.

Si al hacer esta prueba el motor no se mueve,significa que tiene algún problema; tendrá en-tonces que localizar el componente defectuoso.

Revisión del circuito HallComo primera alternativa, podemos pensar queel circuito integrado Hall es el causante del pro-blema. Para verificar si se encuentra en buenascondiciones, lo único que tiene que hacer escolocar el voltímetro (en CD) en su salida, mis-ma que va a dar a las terminales 8 y 9 del circui-to drive.

El valor del voltaje que se registra debe ircambiando conforme se vaya moviendo con lamano ligeramente el cilindro.

Dicho voltaje que se presenta en las termina-les, debe ser de aproximadamente 0.8V para lapolaridad positiva y de 0.7V para la negativa. Sidetecta tales cambios de voltaje, significa que elcircuito Hall efectivamente está enviando la in-

formación correcta al circuito integrado excita-dor; y si no hay voltaje verifique que no existaun falso contacto entre el camino Hall y las ter-minales 8 y 9 del drive; inclusive, puede verificartambién el conector que se encuentra entre lasterminales del cilindro y la tarjeta principal.

Si con estas pruebas no localiza la fuente dela anomalía, lo más seguro es que el Hall estédañado, por lo que tendrá que sustituirlo parasolucionar el problema. Pero aquí nos enfrenta-remos a una dificultad adicional: este compo-nente no se vende de manera individual, sinoque sólo se consigue junto con el cilindro (el cualpor lo general es costoso).

Ante esta situación, es preferible que recurraa una videograbadora de desecho, conocida enel medio como “de deshueso”. Extraiga de lamáquina el Hall en buenas condiciones y utilí-celo para solucionar el problema.

Una vez realizado lo anterior, verifique nue-vamente los voltajes en el motor y en el Hallcomo se explicó anteriormente; si se producenen la forma correcta proceda a aplicar el voltajeen la terminal 7. ¿Pero qué hacer si el motor aúnno funciona? De ello hablaremos enseguida.

Verificando el circuito excitadorEn este caso, lo más probable es que el circuitodrive se encuentre dañado, de manera que ten-drá que sustituirlo por uno nuevo.

1 15

11

2

17

8

9

Excitadorde motor


Schmit

PG/FG

Control detorque 7

HallIC

+5V

M1

M2

M3

HE-

HE+

Al servo-mecanismo

Del servo-mecanismo




+14v

IC2502 AN3814K Circuito integrado excitador de cilindro

+5V

Motor de cilindro DD

Figura 9


Conviene mencionar que es muy difícil que elproblema se deba a que las bobinas se encuen-tran abiertas, pero si lo desea puede verificar lacontinuidad en las terminales 1, 2 y 17 del cir-cuito drive con respecto a la terminal de voltajepositivo de 14 voltios.

Si la velocidad de rotación del motor varía,pero al alimentar en la terminal 7 un voltaje fijola velocidad se estabiliza, significa que hay unproblema en el servomecanismo.

Indicaciones finales

Cuando instale las bobinas del motor y coloquelos dos tornillos que fue necesario retirar al prin-cipio (vea nuevamente la figura 5A), deberá ajus-tar la posición del estator para que no se genereun desajuste en la señal de P.G. y provoque quela conmutación de las cabezas de video se reali-

FG

PG

5V2.5V

1/25 sec.

1/150 sec

P.B/REC 150Hz

IC2901-15

Figura 10

Figura 11

ce a destiempo; esto puede llegar a parecer comoun problema causado por el desajuste de lasguías de cinta (se presenta en la parte baja de laimagen una interferencia). Si –motivado por estaconfusión– mueve las guías de cinta, podrá com-probar que de ninguna se soluciona la falla.

Cabe mencionar que la señal que produce elcircuito integrado Hall también sirve para crearuna señal de onda cuadrada que sale por la ter-minal 15. Esta señal contiene información de FGy PG, para el funcionamiento del servomecanis-mo y la creación de la señal de RFSWP que sirvepara la conmutación de las cabezas de video (fi-gura 10).

Motores de tambor en videograbadoras Toshiba

Algunas máquinas de videograbadoras de lamarca Toshiba, tienen como característica que


incluyen el motor drum en la parte inferior. Cuan-do se retira la sección mecánica de la placa prin-cipal, se puede apreciar cómo las bobinas quepertenecen al motor del cilindro se quedan endicha placa (figuras 11 y 12). Y también es posi-ble distinguir el generador Hall y el circuito inte-grado drive.

Nos interesa que usted tome en cuenta estadiferencia para que tenga un panorama másamplio sobre las variantes que existen en el

Figura 12

montaje de motores. Sin embargo, tanto el prin-cipio de operación como el servicio requeridoes idéntico al que ya explicamos.

Para finalizar el presente artículo, sólo me res-ta mencionarle que en una siguiente edición (No.15) de la revista Electrónica y Servicio, explicare-mos los procedimientos de reparación de los mo-tores Capstan utilizados en videograbadoras Sony,Sharp, Broksonic y Samsung. Esté pendiente.


EL SISTEMA DE

CONTROL EN

TELEVISORES

GENERAL

ELECTRIC Y RCA

EL SISTEMA DE

CONTROL EN

TELEVISORES

GENERAL

ELECTRIC Y RCA

Jorge Pérez Hernández

Continuando con la serie de artículossobre televisores General Electric (oRCA), en esta ocasión estudiaremos

el sistema de control, tomando comoreferencia -al igual que en el número

anterior- el modelo CTC-176 ysimilares. No solamente haremos

una descripción de los circuitosaludidos, sino que también nos

referiremos a los aspectos delservicio.

Referencias

Recuerde que el microprocesador representa elpunto central de operaciones o cerebro de cual-quier equipo electrónico. Mediante dicho circui-to se coordina cada una de las funciones quedesarrolla el equipo; esto gracias a una rutinade funciones (programa de propósito especifi-co) grabado en su circuitería digital. Es así comopodemos encender el televisor, cambiar de ca-nal, controlar el volumen, observar las funcio-nes en pantalla, emplear efectos especiales comopicture in picture, etc., simplemente con oprimiruna tecla del panel frontal o del control remoto(figura 1).


Para entender cómo trabaja este complejo einteresante sistema, es importante tomar encuenta las características técnicas de los dife-rentes circuitos asociados al microprocesador(figura 2).

Circuito integrado U3101Constituye el punto central de operaciones o sis-tema de control del televisor, porque en él recaeno sólo la supervisión de todas y cada una delas funciones del televisor, sino también la apli-cación de todos los ajustes del sistema, vía pro-ceso digital.

U3201Es la memoria de sólo lectura programable yborrable eléctricamente (EEPROM). En ella sealojan los ajustes del sintonizador, del chasis yde servicio; por eso es que ya no existe ningúnpreset o bobina de alineamiento en el interiordel televisor.

Chip TEs un semiconductor de alta integración, en elque se agrupan principalmente la etapa de FI,los circuitos de video, croma y luminancia, laparte de audio, sincronía y osciladores de barri-do vertical y horizontal; de esta manera se evitala necesidad de contar con una gran cantidadde elementos periféricos externos.

U7401 o tuner PLL (lazo de enganche de fasedel sintonizador)Este circuito, que representa una de las partesdel sintonizador de canales, recibe del sistema

de control la información sobre la banda y la fre-cuencia a sintonizar.

U2901 circuito D-PIP (imagen en la imagen)Permite superponer una imagen pequeña sobrela imagen principal de la pantalla.

IR3401Sensor y amplificador de señales infrarrojas. Gra-cias a él, de manera externa y usando como con-ducto el control remoto, se envían al televisorlas órdenes dadas por el usuario.

Sistema de controlMantiene una comunicación estrecha y constan-te con los circuitos arriba mencionados, con baseen dos factores:

1. Con el simple hecho de conectar la clavija a lalínea de CA, se generan voltajes no switchea-dos o de modo de espera (stand-by) de 12, 7.6y 5 volts, provenientes de la fuente de poder.Estas tensiones polarizan a los circuitos inte-grados que ya se mencionaron, desde antesde encender el televisor.

2. El sistema de control (syscon) se comunicacon cada uno de los circuitos referidos, pormedio de un bus de datos serial (conocidocomo “protocolo de bus”).

Analicemos ahora ambos factores, con objeto depoder diagnosticar fácilmente cualquier anoma-lía relacionada con esta sección.

Proceso de encendido

Tal como ya dijimos, el televisor genera voltajesde stand-by cuando es conectado a la línea; así,el syscon “estará al pendiente” de recibir la or-den de encendido. Pero mientras ésta llega, du-rante algunas fracciones de segundo se produceel pulso de reset para el microprocesador por suterminal número1; la finalidad es que toda la pro-gramación de este último quede en estado ini-cial. Dicha orden es de nivel bajo y sólo dura 55milisegundos aproximadamente (figura 3).

Cuando el equipo se conecta a la línea de ali-mentación, el circuito queda polarizado como

Power Tuner

Volumen + -Canal + -

Circuitos de barrido

Audio

Video

Control remoto

SISTEMA DE

CONTROL

Figura 1


1,2,34,7

8

5 6 20 21 22

54

39

3,515,16,40,41

53

5224

22

56

13

54

10

21

4241

3

1

2

3

20

1

14

12

16

6

7

8

5

15

Alimentac.

Aum.vol.

Dism. vol.

Can asc.

Can desc.

Menú

5v

5v 7.6vSTBY

5v

5v5v

5v

IR3401 Y3101

HORZOUT

OSCIN GDN

GDN

GDNGDN

DATA

DATA

DATADATA

CLOCK

CLOCK

CLOCKCLOCK

BUSGDN

VDD

VDD

VDDVDD

RESET

T-CHIPENABLE

ENABLE

ENABLE

PIP ENABLEKS3

KS2

KS1 T-CHIP DATATUNER CLOCK

T-CHIP CLOCKTUNER DATA

KD1

VDD

U7401TUNER PLL

U1001CHIP T

U2901D-PIP

U3201EEPROM

U3101µP

Figura 2


se indica en la figura 3; entonces el emisor deQ3102 recibe 5.6 voltios de referencia, así como6 voltios en su base, producto de la división devoltaje creada por R3132 y R3133 sobre los 12voltios; en tanto, por medio de Q3101, su colec-tor queda conectado a la tensión de 5 voltios y ala terminal 1 de U3101.

En tales condiciones, los dos transistores semantienen en corte. Mas cuando el nivel es me-nor de 12 voltios (lo suficiente para que la basede Q3102 descienda a 5 voltios), ambos condu-cen; con esto, mandan a tierra tanto a la termi-nal 1 de U3101 como al circuito oscilador (pines41 y 42); a su vez el microprocesador es“reseteado”, quedando colocado en modo debaja potencia.

El equipo enciende cuando las terminales 5 y6 del microcontrolador se unen por medio de latecla POWER. El sistema de control procesa einterpreta (pin 14) dicho comando, luego de lo

cual envía un bus de datos a U1001 (pin 52); esteúltimo recibe así la orden de activar al excitadorhorizontal (pin 24), causando con ello la apari-ción de los demás voltajes de la fuente y, por lotanto, el encendido total del receptor.

Al oprimir de nuevo la tecla de POWER, sesuspenderá la excitación del barrido horizontal,desaparecerá la mayoría de las tensiones de lafuente, y el equipo regresará al modo de espera.

Bus de comunicacionesPara que el sistema de control mantenga una co-municación plena con los circuitos ya mencio-nados, necesita emplear de la siguiente maneracuatro de sus terminales (bus de datos serial):

• Bus IM. Las terminales 15, 16 y 12 de U3101forman un bus trifilar, en donde por las dos pri-meras líneas viajan los pulsos de data y clockrespectivamente para su comunicación con el

41 42 1

OSCOUT

OSCIN

RESET

R 3120

R 3119

R 3139

Q 3101

R 3133

R 3130R 3131

Y3101

R 3145

C 3124

CR3102

5V STBY 5.6V REF 12V STBY5V STBY

CR3101

Q3102R 3129

C 3122

U3101µP

Figura 3


Fig

ura

4

12

34

56

78

9

12

34

56

78

12

34

56

78

12

34

56

78

9

12

34

56

78

12

34

56

78

12

34

56

78

12

34

56

78

Dire

cció

nAC

KAC

KD

atos

de

"Esc

ritur

a" o

"Lec

tura

"

Inic

io Inic

io

Bus I2 C

Rel

oj(S

CL)

Dat

os(S

DA

)

Bus IM

Rel

oj

Act

ivac

ión

Dat

os

Dat

os

Bus

THO

MS

ON

Rel

oj

Act

ivac

ión

(Byt

es d

e da

tos

opci

onal

es)

Dire

cció

nD

atos

de

"Esc

ritur

a" o

"Lec

tura

"

(Byt

es d

e da

tos

opci

onal

es)

Dire

cció

nD

atos

de

"Esc

ritur

a"D

atos

de

"Lec

tura

"(2

Byt

es)

Para

da

Para

da

Para

daop

cina

l


chip D-PIP (pines 20, 21 y 22 respectivamente);el pin 12 es la vía de habilitación para el chipD-PIP.

• Bus I2C. Los mismos pines 15 y 16 actúan comobus bifilar, de tal forma que ahora operan comoclock y data respectivamente, para su comuni-cación con el sintonizador (pines 5 y 4) y conla memoria EEPROM (pines 6 y 5).

• Bus T. De nuevo los pines 14, 15 y 16 de U3101forman un bus trifilar, conectándose en las ter-minales 52, 53 y 54 de U1001 respectivamente;la primera línea es la habilitación, y las dos res-tantes clock y data.

Los buses de comunicaciones no presentan con-flicto en su tráfico, porque mientras algunos chipsemplean para su activación una línea de habili-tación (enable), otros simplemente no lo requie-ren; además la secuencia de impulsos lógicos esdiferente, según se muestra en la figura 4.

Menú de servicio

Cuando se va a remplazar U1001, U3101, U2901,U7401, y en especial la memoria EEPROM U3201,es preciso retocar digitalmente los ajustes delsintonizador, del chasis y de servicio, con el pro-pósito de que el televisor trabaje con losparámetros de operación originales; para ello,

Parámetrocontroladopor el selectorde canal

P 00 V 00

Valor controladopor el control devolumen +/-

Figura 5

ed.oNrap á ortem

raplederbmoN á ortem rolavledamaG oiratnemoC

raibmacalanaC ratsujaanemuloV

0edetsujaarapesaped.oN

oicivres67aesratsujaebeD

etsujaeseuqatsahraznavaonedeuProlavle

raP á oicivresedetsujaedsortem

10 latnozirohaicneucerF 13-00 omsinorcnisleemirpuseS

20 latnozirohesaF 51-00

30 )aruhcna(WEedCC 51-00 sadaglup72 ú etnemacin

40 WEeddutilpmA 70-00 sadaglup72 ú etnemacin

50 lacitrevCC 51-00

60 amaT ñ lacitrevo 13-00

70 icaziraloP ó ojoredn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap

laicinietsujaedaeníl

80 icaziraloP ó edrevedn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


90 icaziraloP ó luzaedn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


01 icaticxE ó ojoredn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


11 icaticxE ó edrevedn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


21 icaticxE ó luzaedn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


31solarapdadirugesedesaped.oN

rap á sisahcledetsujaedsortam77aesratsujaebeD

raparaznavaonedeuP á msortem ásrolavleetsujaeseuqatsahsotla

Tabla 1


antes de realizar la sustitución del componentedañado, ponga a funcionar el televisor y oprimaal mismo tiempo las teclas de MENU y de POWER;luego, sin soltar la primera, teclee VOL +; apare-cerá en pantalla lo que se muestra en la figura 5.Usted puede emplear el modo de video, paraevitar que la trama haga poco visibles los dígitosde los parámetros.

Los dos grupos de ceros son simplemente unaopción predeterminada, cuyo objetivo es prote-ger los valores que en la fábrica se asignaron.

Ahora bien, como nuestro propósito es cono-cer el valor original de estos parámetros (sobretodo si no contamos con la información impre-sa correspondiente), tendremos que teclear VOL+hasta que en los dígitos de la derecha aparezcael número 76, el cual representa la contraseñapara acceder a los ajustes de servicio.

Enseguida pulse CH+, canal por canal, ano-tando en cada caso los valores que aparecen enel lado derecho de la pantalla; hágalo, hasta lle-gar al canal 13 (consulte la tabla 1).

Ahora oprima VOL+, hasta llegar al número77 en los dígitos de la derecha. Esta es la segun-da contraseña que nos permite ingresar a losajustes del chasis.

Nuevamente pulse CH+ canal por canal, ano-tando los valores correspondientes que apare-

raP á sisahcledetsujaedsortem

41 LLPledainotníS 36-00

51 zHM5.4edapmarT 70-00

61 oedivedleviN 70-00

71 MFedleviN 51-00

81 +BedonifetsujA 51-00 571CTC ú etnemacin

91 6lanacledFRedCGA 13-00 6lanacledlaunamaínotniS

02 FRedCGAed1adnaB 13-00 71lanac0adnabedlaunamaínotniS



32 PIP-DedamorC

42 PIP-DeddadilanoT

52 PIP-DedollirB

62 PIP-DedetsartnoC

72 feddadilanoT á acirb 36-00

82arapdadirugesedesaped.oN

rodazinotnisledetsuja87aesratsujaebeD

raparaznavaonedeuP á msortem ás.rolavleetsujaeseuqatsahsotla

Tabla 2

cen a la derecha; hágalo, hasta llegar al canal 31(consulte la tabla 2).

A fin de acceder a los ajustes del sintonizador,pulse VOL+ hasta que aparezca el número 78.Esta es la tercera contraseña.

Teclee CH+, desde el canal 100 hasta el canal156. No olvide ir anotando cada valor.

Finalmente, pulse POWER para salir del menúde servicio. Verá que el equipo permanece en-cendido (consulte la tabla 3).

Siempre es indispensable anotar cada uno delos valores a los que hicimos referencia, puestoque varían de un televisor a otro sin importarque sean de un mismo modelo. Una vez regis-trados los valores de los ajustes, proceda a sus-tituir el componente averiado y repita todo el pro-cedimiento. Si alguno de los datos de la derechano coincide con su respectivo valor original, opri-ma la tecla VOL- o la tecla VOL+ -según sea elcaso- para que vuelva a tomarlo.

Caso de servicio: TV inoperante

En determinado momento, una falla en los cir-cuitos U3101, U3201, U1001, U2901 y U7401 pue-de originar que el televisor quede “muerto”. Sieste es el caso, debe tomar en cuenta los siguien-tes aspectos para aislar la falla:


ed.oNrap á ortem

raplederbmoN á ortem rolavledamaG oiratnemoC

raibmacalanaC ratsujaanemuloV

0 oicivresedetsujaarapesaped.oN 67aesratsujaebeDleetsujaeseuqatsahraznavaonedeuP

rolav

raP á oicivresedetsujaedsortem

10 latnozirohaicneucerF 13-00 omsinorcnisleemirpuseS

20 latnozirohesaF 51-00

30 )aruhcna(WEedCC 51-00 sadaglup72 ú etnemacin

40 WEeddutilpmA 70-00 sadaglup72 ú etnemacin

50 lacitrevCC 51-00

60 amaT ñ lacitrevo 13-00

70 icaziraloP ó ojoredn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


80 icaziraloP ó edrevedn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


90 icaziraloP ó luzaedn 721-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


01 icaticxE ó ojoredn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


11 icaticxE ó edrevedn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


21 icaticxE ó luzaedn 36-00tobleesluP ó neMn ú alrenetboarap


31solarapdadirugesedesaped.oN

rap á sisahcledetsujaedsortam77aesratsujaebeD

raparaznavaonedeuP á msortem ásrolavleetsujaeseuqatsahsotla

raP á sisahcledetsujaedsortem

41 LLPledainotníS 36-00

51 zHM5.4edapmarT 70-00

61 oedivedleviN 70-00

71 MFedleviN 51-00

81 +BedonifetsujA 51-00 571CTC ú etnemacin

91 6lanacledFRedCGA 13-00 6lanacledlaunamaínotniS




32 PIP-DedamorC

42 PIP-DeddadilanoT

52 PIP-DedollirB

62 PIP-DedetsartnoC

72 feddadilanoT á acirb 36-00

82arapdadirugesedesaped.oN

rodazinotnisledetsuja87aesratsujaebeD

raparaznavaonedeuP á msortem ás.rolavleetsujaeseuqatsahsotla

Tabla 3


1. Es importante que estén presentes los voltajesde stand-by de 5, 7.6 y 12 voltios en los chipsya especificados. De no existir en alguno deellos, desconecte la terminal correspondien-te y verifique que en la pista de cobre se res-tablezca el voltaje; si esto último ocurre, esmuy probable que el semiconductor esté ave-riado.

2. Oprima POWER para verificar la presencia delos pulsos de excitación horizontal en el pin24 de U1001. Estos pulsos sirven para activarla salida horizontal y la mayor parte de losvoltajes de la fuente de poder.Si lo anterior está correcto, significa queU3101 y U1001 operan satisfactoriamente; en-tonces, la anomalía se localiza en la secciónde barrido horizontal.

3. Compruebe la oscilación en las terminales 41y 42 de U3001, cuyo tamaño debe ser de 5Vpp a 4 MHz. Si es menor la amplitud, reviseY3101 y elementos asociados; si todos éstosno existen, sospeche de U3101 y Y3101.

4. En las terminales 14, 15 y 16 de U3101 no hayactividad en modo de espera; al pulsarPOWER, debe existir un tren de datos (busserie) también con amplitud de 5 Vpp.Si dichos pulsos no aparecen en alguno delos chips asociados a estas líneas, proceda adesconectar las terminales correspondientesdel chip sospechoso. Si con esto se restable-ce la presencia de los pulsos en las pistas decobre, es probable que el semiconductor aprueba esté defectuoso. El bus de datos segenera aun con los pines 14, 15 y 16 desco-nectados, en modo de espera; si no es así,quiere decir que el syscon está dañado.

5. La ausencia de los 5 voltios en el pin 1 (reset) deU3101 no influye en el encendido del equipo.

Formas de onda

En la figura 6 se muestran las formas de ondaque se obtienen en los pines 14, 15 y 16 de U3101y del pin 24 de U1001.

Figura 6Oscilograma PIN 16 de U3101 Oscilograma PIN 24 de U1001

Oscilograma PIN 14 de U3101 Oscilograma PIN 15 de U3101


REPARACION

DE MONITORES

DE PC

REPARACION

DE MONITORES

DE PC

Segunda y última parte

En el artículo anterior estudiamos laestructura y operación básica de unmonitor VGA típico; para concluir el

tema, en esta ocasión veremos losaspectos directamente relacionados con

el servicio a estos aparatos, enfocandomás nuestra atención en las seccionesdonde se presenta el mayor índice de

fallas. Durante nuestra exposición,mostraremos las mediciones de voltaje

más comunes a efectuar durante eldiagnóstico, indicando de qué sospechar

cuando alguna de estas señales no estépresente o sea defectuosa; y también

mostramos las formas de onda típicas deestos aparatos

Leopoldo Parra Reynada

Segunda y última parte

Rastreo de señales en la fuente de poder

Como explicamos en la primera parte de este ar-tículo, el primer punto que debemos revisarcuando procedamos a diagnosticar un monitorde computadora es la fuente de poder. Como esde su conocimiento, una fuente de alimentaciónes la sección encargada de recibir el voltaje dela línea de alimentación y de convertirlo en lastensiones adecuadas para el funcionamiento delos circuitos de un aparato electrónico.

En el caso de los monitores, la fuente de ali-mentación es de tipo conmutado, lo que puedeconfundir a algunos técnicos, quienes habitual-mente están acostumbrados a enfrentarse afuentes del tipo regulado simple; sin embargo,una vez que se comprende el principio de fun-


Fig

ura

1

TR

60214

2

1

M602

C602

2200P250V(Y

)

C603

2200P250V(Y

)

L60318U

H

12

SW

601

C601

0.22U275V(X

)

42

31

R601

430K1/2W(5%

)

F601

T3. 15A

H250V

3

2

1

CN

6013P

L601C

OR

E

TR

6018D

-13

180 uH

C604

0.1U400V(M

EF

)

ZD

60124V1WL605(B

EA

D)

R613

36K(5%

)

C615

2200P50V(P

E)

R61247

(5%)

D602

20D6

D603

20D6

D604

20D6

D605

20D6C

621(O

PE

N)

C622

(OP

EN

)D

6011N

414B

Q601

A733

R605

39K(5%

)

C60522U50V(EL)

+

R614

100K(5%

)

D611

1N414B

D612

1N414B

+C

61747U50V(E

L)

C616

0.01U100V

M603

M604

(PE

)

ZD

60351V

Q603

A733

R610

100K(5%

)

+C

612220U400V(E

L)

R6180.51W

(5%)

R603

33K2W

(5%)

R602

33K2W

(5%)

D607 1N

4001

C626

(OP

EN

)

++

+

D606

1N414B

C607

100U25V(E

L)

C608

47U25V(E

L)

D608

RG

P10D

R604

15K5W

(5%)

C614

(OP

EN

)

D610

UF

4007

C613

0.01U1K

V(D

)L606(B

EA

D)

4 1

!

*

*

*

**

*

*

R606

(SH

OR

T)

6

Q602

SSS6N60AC

624560P1K

V(D

)R619

4702W

(5%)

D614

UF

4007

R607

0.222W

(5%)

L607(B

EA

D)

R608

20K(5%

)

D609

(OP

EN

)

R609

22(5%

)

C606

0.1U25V(D

)C

625(O

PE

N)

87

6

352

1C

619

0.01U50V(D

)

R615

100K(5%

)

C618

0.01U50V(D

)

AD

60218V

C609

+0.47u50V(E

L) VR

FV

CC

OU

T

ISS

EN

GN

DF

BC

OM

PR

/C

C620

B20P

50V(D

)

R6111K

(5%)

VR

6012K

R617

91K(1%

)

R616

57.6K(1%

)

D613

1N414B

+C

62310U50V(E

L)

IC602

CN

Y17-2

51

46

2

C714

10U100V(E

L)105C

R721

51K1/2W(5%

)

+

C610

0.01U250V(Y

)

MU

TE C

6110.01U250V(Y

)

D701

UF

4007

R701

(OP

EN

)

C 701

(OP

EN

)

R728

(OP

EN

)C

704(O

PE

N)

C702

220U100V(E

L)105

R703

30K1/4W(5%

)

JP707

JUM

PE

R

JP706

JUM

PE

R

JP708

JUMPER

JP701

(OP

EN

)

JP702 JUMPER

JP703

(OP

EN

)L703

JUM

PE

R

+90V

D702

FE

S8JT

11

12

10 813

14

D704

EG

P30D

R71110

1/2W(5%

)

C703

+220U100V(E

L)105C

C706

1000U25V(E

L)105C

C713

1000U15V(E

L)105C

C710

1000U25V(E

L)

1000P1K

V(D

)

+

R706

0.221/2W(5%

)

R704

10K1/2W(5%

)

12V

+45V+

12V

Q701

B857

R708

10K(5%

)

R7072K

1/2W(5%

)

+

D705

RG

P20B

R717

0.221/2W(5%

)F

S

R716

(OP

EN

)

R7271.52W

(5%)

R713

4.7K1W

(5%)

R712

6.8K2W

(5%)

R714

7.5K(5%

)

ZD

7015.6V

Q703

C3788

C722

47U 100V

C711

220U16V(E

L)105

+

+

R729

(OP

EN

)

R709

5101/2W(5%

)

Q702

H945O

FF

GLE

D

R719

(OP

EN

)

D709

(OP

EN

)

D706

RG

P10D

C712

10P 50V

(D)

D707

1N4148

ZD

702(O

PE

N)

R722

10K (5%

)

R723

10K (5%

)

C715(OPEN)

R733

33K(5%

)

Y701

32 768KH

Z

C716

2.2U50V(E

L)105C

C717

1000P50V(D

)

+

R724

10K(5%

)

C718

3300P50V(D

)

V-S

YN

C

H-S

YN

C

123451078

16151413

121169

OS

CI

OS

CO

RC

MU

TE

HV

SIM

PLE

VS

GN

D

VC

C

OF

F J

GLE

D

SU

SP

ND

J

OV

RD

J

OLE

D

STA

NB

Y J

SE

V

R730

(OP

EN

)R

7252.2K(5%

)

R720

3.3K(5%

)

C7091U50V(E

L)

+

Q707

H945

D721

1N4148

ZD

7032.4V

R726

10K(5%

)

C720

0.1U50V(D

)

EP

S1

R718

150(5%

)

LED

701

+6.3V

D713

(OP

EN

)

IC701

AP

3130

4

L604

L60218M

H

IC601

VC

3842

T601

+6.3V


cionamiento de estos circuitos, su reparaciónsuele ser muy sencilla (de hecho, en un gran nú-mero de casos, el principal problema no es eldiagnóstico en sí, sino encontrar la refacciónapropiada).

Un circuito típicoAnalicemos la operación de una fuente de mo-nitor típica, para lo cual nos basaremos en el cir-cuito que se incluye en el monitor Acer 7154e(figura 1). Note que en la esquina inferior izquier-da se tiene la entrada de la línea de alimenta-ción (CN601, terminales 1 y 3; la terminal 2 co-rresponde a la terminal de “tierra” de la clavija);este voltaje de AC pasa por un fusible principal(F601), un transformador de RF (L602) y llega alinterruptor principal (SW601); posteriormente,después de atravesar algunos elementos adicio-nales (un par de bobinas y un varistor), llega aun puente de diodos, en cuya salida encontra-mos el filtro de línea (C612), el cual es de 220uFa 400V, lo que implica que este monitor puedeconectarse indistintamente a una línea de ACtanto de 115Vac como de 220Vac.

Note también que en el extremo negativo deeste condensador aparece un símbolo en formade triángulo, que representa la “tierra” del ex-tremo “vivo” de la fuente. Este es un punto deextrema importancia en el diagnóstico de fuen-tes conmutadas, ya que todas las mediciones devoltaje o la extracción de señales en el extremoprimario de la fuente, deben tomar como refe-rencia precisamente este nivel de tierra.

Cuando el monitor está conectado a la líneade alimentación de 115Vac que rige en nuestropaís (México), en el extremo positivo del con-densador encontraremos un voltaje de aproxi-madamente 170Vdc; esta tensión va directamen-te al extremo de un embobinado primario deltransformador principal, T601. En el otro extre-mo encontramos al conmutador principal, Q602;se trata de un transistor MOSFET de potencia,cuyas características operativas son muy críti-cas. Dicho transistor es alternadamente encen-dido y apagado por la terminal 6 de IC601(UC3842); a su vez, este integrado es el encar-gado directo de controlar el ciclo de trabajo deQ602, por lo que dependiendo del ciclo de en-

cendido-apagado de este elemento, será el gra-do de inducción de voltaje que tendremos en losembobinados secundarios.

En este caso, podemos ver que la principalreferencia que toma este integrado para calcu-lar el ciclo de trabajo del conmutador está preci-samente en su terminal 7 (Vcc), la cual al mismotiempo le sirve como alimentación. Veamoscómo trabaja este circuito.

Cuando el usuario activa el interruptor prin-cipal (SW601), en el extremo positivo de C612aparece un voltaje de alrededor de 170Vdc; sinembargo, el dispositivo conmutador se encuen-tra apagado, pues no recibe pulso alguno deIC601. Este integrado toma su alimentación delvoltaje que se almacena en C607, el cual se car-ga a través de R602 y R603; por lo tanto, cuandoen este punto aparece el voltaje necesario parala operación del IC, éste comienza a generar untren de pulsos por su terminal 6, con lo que en-ciende y apaga al conmutador principal. Se con-sigue así un flujo de corriente variable en elembobinado primario y comienza la inducciónen los secundarios.

Observe que uno de estos secundarios sirvepara generar el voltaje que permitirá mantenerel voltaje de alimentación Vcc en la terminal 7de IC601. Advierta que la terminal 6 del trans-formador principal, envía el voltaje inducido aun par de diodos (D608 y 607) y a un par decondensadores (C608 y C607); este último con-densador es el mismo que se utilizó para el arran-que inicial de IC601; de hecho, el voltaje obteni-do a partir de este embobinado es lo que le indicaa IC601 el ciclo de trabajo en que debe funcio-nar el conmutador.

En los otros embobinados secundarios deltransformador, se producen los voltajes necesa-rios para la adecuada operación de los distintoscircuitos del aparato. Por ejemplo: de la termi-nal 8 del transformador se produce el voltaje B+de aproximadamente 90Vdc (aunque no se des-carta que algunos monitores empleen un volta-je cercano a los 110Vdc a que estamos acostum-brados en TV color), el cual –como sabemos– esindispensable para la operación de los circuitosde barrido horizontal y para el transformador dealto voltaje o fly-back; de la terminal 10 sale un


voltaje de aproximadamente 45Vdc, que se em-plea para excitar a la salida vertical; de la termi-nal 11 sale una tensión de 12Vdc, la cual se em-plea para alimentar a casi todos los circuitos demanejo de señal análoga; y de esta misma línea,por medio de un regulador de voltaje, se produ-ce la línea de 5Vdc que alimenta a todos los cir-cuitos digitales.

Finalmente, note la presencia de un optoa-coplador (IC602) en la parte inferior del diagra-ma. Este dispositivo sirve para desactivar la ope-ración de la fuente, en caso de que se detecteque no hay entrada de las señales de sincroníavertical y horizontal desde la tarjeta de video.Observe que estas señales de sincronía llegan alas terminales 5 y 7 de IC701, de cuya terminal13 sale una señal de “suspender”, misma que vahacia el LED del optoacoplador. Cuando este LEDse enciende, el transistor de IC602 entra en con-ducción y cortocircuita a tierra el voltaje gene-rado en el embobinado que alimenta a IC601,con lo que este dispositivo no puede trabajar.Este procedimiento también se utiliza cuando elusuario le indica al sistema que debe entrar al“modo suspendido”, con lo cual el monitor seapaga, pero queda listo para encenderse casi deinmediato en cuanto el usuario presione algunatecla.

Como ha podido apreciar, entender el funcio-namiento de una fuente conmutada no es tancomplicado, una vez que se nos explica paso porpaso cómo trabajan sus distintos bloques.

Procedimiento de diagnósticoEn primer lugar, verifique la existencia de la lí-nea de AC en la entrada del puente de diodos(figura 2); si no esta presente deberá checar elcable de alimentación, el fusible de entrada, labobina demagnetizadora y el varistor de protec-ción. Si el voltaje efectivamente aparece, midala tensión en los extremos del condensador prin-cipal (recuerde tomar como referencia la “tierra”del extremo primario, figura 3); y si hasta aquítodo es correcto, es momento de diagnosticar elconmutador.

Apague y vuelva a encender el monitor y, conapoyo de un multímetro, mida el voltaje en laterminal 7 de IC601; si alcanza un valor de

aproximadamente 12V, teóricamente tendríanque aparecer pulsos de encendido en la termi-nal 6 del mismo integrado (figura 4). Si esto nosucede, lo más seguro es que nos enfrentemos aun integrado defectuoso; pero si nunca apareceel voltaje mencionado, entonces el circuito dealimentación o el de realimentación desde el se-cundario están en mal estado. Ponga especialcuidado en que efectivamente lleguen los pul-sos de referencia de la sincronía horizontal y ver-tical, ya que si están ausentes la fuente no fun-cionará; pero esto es parte de la operación

Figura 2

Figura 3


normal de este bloque (si no hay sincronía, che-que las salidas de la tarjeta de video).

Supongamos que sí aparecen los pulsos en laterminal 6, y que aun así no hay inducción enlos secundarios; ello es síntoma casi inequívocode una falla en el conmutador principal (en cier-ta literatura en inglés se le denomina H.O.T., fi-gura 5). De hecho, hemos detectado que un buenporcentaje de las fallas que se presentan en

monitores tienen como causa un daño en estedispositivo. Si este es el caso, le recomendamosque trate de conseguir la refacción exacta, ya quetratar de emplear sustitutos resulta muy arriesga-do (puede afectar a otros elementos de la fuente).

Y cuando lleve a cabo el reemplazo de esteelemento, recuerde fijarlo convenientemente ensu disipador de calor, ya que este dispositivo tra-baja a una temperatura muy alta, y fácilmentepuede destruirse si no tiene algún método paraeliminar el calor remanente.

Pero si hasta aquí todo está trabajando co-rrectamente, es momento de comprobar las ten-siones de salida. Verifique que todas estas ten-siones se ubiquen dentro de las especificaciones,con una tolerancia máxima de ± 5%. Tambiénverifique la ausencia de rizo, ya que la presen-cia de este ruido implica que alguno de loscondensadores de filtrado ya está fallando.

Si todo lo anterior es correcto, podemos asu-mir que la fuente está en buenas condiciones yque, por lo tanto, hay que comprobar otras par-tes del monitor.

Control de sistema

En monitores modernos se ha añadido una sec-ción de control de sistema, la cual recibe las ór-denes del usuario desde el panel frontal y las tra-duce en instrucciones que reparte entre losdiversos circuitos del aparato.

Este control de sistema está basado en unmicrocontrolador digital (figura 6), muy seme-jante al que se emplea en televisores modernos.En realidad, el diagnóstico a esta etapa es muysencillo, ya que tan sólo hay que verificar queexistan sus señales mínimamente indispensables(alimentación, reset, reloj y señales de entrada);de ser así, deben producirse entonces sus seña-les de salida, es decir, las instrucciones digitalesque se distribuyen a través de un bus de datos.Pero si es el caso de que todos los elementos deentrada son correctos, y aun así el microcontro-lador no presenta una salida coherente, es sín-toma de que el dispositivo está fallando.

Un caso especial se presenta en los monitoresmás modernos, los cuales emplean memoriastipo EEPROM para “recordar” las preferencias del

Figura 4

Figura 5


usuario en los distintos modos de operación delaparato. Recordemos que los modos de opera-ción más comunes son: despliegue de texto, grá-ficos de baja resolución (320 x 240 pixeles), grá-ficos VGA (640 x 480), gráficos SVGA (800 x 600)y gráficos UVGA (1024 x 768); pues bien, en losaparatos más modernos, en cada modo de ope-ración el usuario puede introducir sus preferen-cias particulares respecto a la anchura y alturade la pantalla, a su centrado y a su compensa-ción de “pin-cushion” o su grado de “inclinación”,principalmente. Una vez que el usuario ha in-troducido todos estos datos, el sistema de con-trol los almacena en una memoria EEPROM, demodo que cada vez que haya una conmutaciónde modo de operación, el monitor se colocaautomáticamente en el despliegue escogido porel usuario.

Como comprenderá, esto implica una comu-nicación muy estrecha entre el microcontrola-dor y las etapas de barrido horizontal y vertical;

por lo que si es el caso en que la memoriaEEPROM llegue a fallar, el microcontrolador po-dría enviar datos completamente fuera de losparámetros operacionales de los circuitos, lo queconduciría a su bloqueo. Por lo tanto, cuandotrabaje con aparatos en los que la fuente pareceestar funcionando bien, pero aun así no hay sa-lida horizontal, uno de los primeros puntos quedebe verificar es precisamente la correcta ope-ración de la EEPROM.

Etapa de sincronía

El siguiente punto que debemos verificar, es lacorrecta producción de sus barridos horizonta-les y verticales; siendo de especial importanciason los primeros, ya que a la misma salida hori-zontal está conectado el transformador de altovoltaje que es indispensable para la correcta ope-ración del cinescopio.

Revise que los pulsos H-Sync y V-Sync efecti-vamente lleguen desde la tarjeta de video (figu-ra 7), rastree su recorrido a través del osciladorH, el circuito H-Killer (relacionado directamentecon el circuito ABL) y la salida horizontal (figura8A); siga el trayecto a través del excitador (8B),del transformador de acoplamiento y llegue a laentrada del transistor de salida horizontal (8C).Si hasta aquí todo funciona normalmente y decualquier forma no hay producción de alto vol-taje, seguramente se estará enfrentando a unasalida horizontal dañada (que, por cierto, es lasegunda causa más común de fallas enmonitores).

Figura 7

Figura 6


Aquí no resulta conveniente tratar de medircon osciloscopio la salida en el colector del tran-sistor de salida horizontal; así que puede com-probar si existe o no oscilación, simplementeacercando la punta de prueba al fly-back, con lo

que aparecerá en la pantalla del osciloscopio unaimagen como la que se muestra en la figura 9.

Al igual que el conmutador de la fuente depoder, este elemento debe reemplazarse por unapieza idéntica, procurando evitar los sustitutos.La experiencia nos dice que si coloca un sustitu-to, lo más común es que funcione adecuadamen-te por un cierto tiempo, pero que tarde o tem-prano falle; aunque hay casos en que el sustitutotrabaja perfectamente por tiempo indefinido,esto es algo incierto.

E igualmente, aquí podemos aplicar la mis-ma advertencia que en el caso del conmutador:cuando lleve a cabo la sustitución, asegure lanueva pieza convenientemente al disipador decalor, para evitar que falle por sobrecalenta-miento.

Por lo que se refiere a la etapa de salida verti-cal, su trayecto resulta mucho más sencillo: lospulsos V-Sync llegan directamente al integradode sincronía (figura 10A), el cual expide la sali-da V, misma que va al integrado amplificador yde ahí hasta los yugos de deflexión (10B). En-tonces, el rastreo con osciloscopio de todas es-tas etapas es casi directo, y no amerita mayoresexplicaciones.

Rastreo de las señales de color

Finalmente llegamos a las señales de color, lascuales, como ya mencionamos, son enviadas di-

Figura 8A

Figura 9

Figura 8B

Figura 8C


Figura 10

Figura 11Entrada de la tarjeta de video

Salida del IC de manejo de color

Salida de los amplificadores de color

R G B

K G B

R G B


rectamente desde la tarjeta de video. Estas se-ñales R-G-B en realidad requieren de muy pocastransformaciones en su trayecto hasta el cines-copio, así que a continuación mostramos lososcilogramas que se obtienen directamente a laentrada de la tarjeta de video, a la salida del in-tegrado de manejo de color y a la salida de losamplificadores de color (figura 11). Cabe hacerla aclaración que para obtener estos oscilogra-mas se empleó una señal de barras de color conuna resolución de 800 x 600 pixeles; por lo quesi usted emplea otro tipo de señal o de resolu-ción, seguramente obtendrá resultados distintos.

En caso de que la señal se distorsione en al-gún punto, verifique los elementos que rodeanel trayecto de la señal, en busca de un filtro secoo de una conexión defectuosa. Un síntoma quecon cierta frecuencia aparece en monitores, esque súbitamente la pantalla toma un tinte mo-rado, verdoso o amarillento; la causa más co-mún es una conexión incorrecta, ya sea del plugque entra en la tarjeta de video, de los cablesdentro de dicho plug o de la conexión del cabledentro del monitor, aunque no hay que descar-tar soldaduras frías en algún elemento en el tra-yecto de las señales o algo parecido.

Cinescopio

Las fallas en el cinescopio de un monitor pue-den ser muy variadas, siendo desde una panta-lla con manchas de colores hasta imágenesdesenfocadas o problemas en la convergenciade los haces electrónicos.

Este tipo de problemas pueden diagnosticar-se exactamente como se hace en televisores acolor comunes; también su método de correc-ción es idéntico: manipular el potenciómetrodentro del fly-back para el enfoque (figura 12),demagnetizar la máscara de sombras para unapantalla manchada, mover los anillos de purezay convergencia para corregir fallas en estosparámetros (figura 13), etc.

Debido a que estos son temas que nuestroslectores seguramente ya dominan desde hacetiempo, no se describirán en detalle. Pero si de-sea adenterarse en el tema, le recomendamosconsultar el Curso Práctico de Televisión a ColorModerna, editado por Centro Japonés de Infor-mación Electrónica.

Como ha podido advertir, el diagnóstico ycorrección de problemas en un monitor de com-putadora se parece considerablemente al que sesigue para dar servicio a un televisor moderno;de esta manera, si usted ya tiene experiencia su-ficiente en esta área, no le será difícil incursionaren estos aparatos directamente asociados a lossistemas informáticos.

Figura 12

Figura 13


CIRCUITO

DETECTOR

DE HUMO

CIRCUITO

DETECTOR

DE HUMO

Oscar Montoya y Alberto Franco

El circuito de esta ocasión es undetector de humo que puede

utilizarse como alarma contraincendios en casas o en

establecimientos fabriles,especialmente en sitios donde se

manejan sustancias flamables quedesprenden cierta cantidad de humo.

Dicho circuito funciona con base enla reflexión de la luz por laspartículas de humo,que son

detectadas por una fotocelda quehace sonar una alarma.

Diagrama a bloques

En la figura 1 se muestra el diagrama a bloquesde este circuito, en donde podemos observar loselementos (bloques) esenciales para su funcio-namiento. Puede apreciar que realmente es muysencillo.

Las tres etapas básicas de este circuito son:

1. Sensor, donde se detecta la presencia de humoy se genera una señal.

2. Circuito detector de impulso, donde se proce-sa la señal de la sección anterior; este bloquees el que se encarga de generar la señal dealarma al detectar la presencia de la señal dehumo.


3. Alarma, es la sección que finalmente respon-de a los impulsos, generando una serie desonidos estridentes que pondrán en alerta aquienes estén cerca de la zona donde se de-tectó el humo.

Operación del 555

Este detector de humo se basa en una fotorre-sistencia y una lámpara que varía el voltaje enel divisor de entrada que alimenta al circuito in-tegrado 555, justamente el componente másimportante de esta alarma.

Recuerde que este popular circuito (el 555),tiene una gran variedad de configuraciones, en-tre las que se encuentra la de multivibrador, quea su vez puede presentarse en cualquiera de lastres configuraciones posibles: astable, monoes-table y biestable. En el caso que nos ocupa, elcircuito se presenta en la configuración debiestable. Veamos cómo funciona.

En la figura 2 se presenta la configuraciónbásica del 555 como multivibrador biestable.

Eliminando el circuito de temporización ex-terno RC del chip 555 típico, del astable y man-teniendo el umbral BAJO, se logra que los esta-dos de salida dependan de las entradas dedisparo (trigger) y restablecimiento (reset). Estaspasan a nivel ALTO a través de R1 y R2, paradespués llevarse a un nivel BAJO con el interrup-tor o con un nivel TTL de cero para la entrada dereset (pin 4). Así, la salida se mantiene BAJAhasta que el restablecimiento la lleva a ALTO yel disparo la torna a BAJO. Esta situación es laque le da el nombre al multivibrador biestable(dos estados).

Internamente, el 555 tiene un par de compa-radores que responden a las entradas externasde disparo y de umbral (threshold), las cuales seconectan a la entrada inversora de uno y a la noinversora del otro comparador respectivamen-te. En la figura 3A observamos que las otras en-tradas de los comparadores se conectan a refe-rencias fijas que son creadas por un divisor devoltaje hecho con tres resistencias de 5 K. Sonprecisamente estos valores, y en especial lasentradas del comparador de disparo (figura 3B).

El hecho de tener la entrada de umbral co-nectada a tierra, asegura que a la entrada R delflip-flop se tenga un cero fijo. Esto limita la ope-ración del 555 a la comparación de los voltajesde entrada del comparador B, siendo el voltajefijo de la entrada no inversora igual a 1/3Vcc(por el divisor de voltaje).

Todo se resume en lo siguiente:

Detector de pulso

Circuito de alarma

Generador de pulso

Diagrama bloques del circuito detector de humo

Sensor

Figura 1

5.1K 5.1K

Set ResetReset

TGR(disparo)

4

2

8

3

61

Vcc

Salida

Circuito básico para la operación del 555 como multivibrador biestable

TABLA DE VERDAD

Disparo

Alto

Alto

Salida

Alto

Bajo

Restablecimiento

Alto

Alto

Figura 2


• Si el voltaje de disparo VTGR > 1/3Vcc, la salidadel comparador se torna cero.

• Si VTGR < 1/3Vcc, la salida de este comparadorse torna ALTA.

Dichos estados se reflejan directamente en la sa-lida. El 555 se utiliza de esta manera con el divi-sor de voltaje presentado en la figura 3B, que sedeberá ajustar de acuerdo con la sensibilidad re-querida.

Operación del circuito detectorde impulso

El divisor es propiamente el detector de humo;en la figura 4 se presenta la forma en que se uti-liza esta configuración de la resistencia y elpotenciómetro. La función de la etapa es la si-guiente: la lámpara se coloca frente a la fotorre-sistencia, a una distancia tal, que realmente ten-ga efecto sobre ésta, ya que si se coloca muyalejada no funcionará. La distancia es la quedetermina la sensibilidad que el circuito presen-ta a la presencia del humo.

Para ajustar dichos parámetros haremos losiguiente:

1. Primero se requiere determinar dónde serácolocado el circuito de alarma y, si es posible,observar cuáles son las cosas que se pudie-ran quemar y provocar humo, ello facilitarásaber a qué distancia se va a colocar el sensory ayudará a determinar qué tanto humo; des-piden los objetos al quemarse. Los artículossintéticos (plástico por ejemplo), generalmen-te despiden un humo muy denso y oscuro,mientras que algunos tipos de madera lim-pia, sin barnizar, generan un humo “limpio”,

Divisor interno del 555

Divisor externo (disparo)Vcc

Vcc8

R1

R2

R3

5kΩ

5kΩ

5kΩ

+

-

+

-

A

B

6

2Disparo

1

Fotoresistencia

VR1

4

Reset

R

QS

Divisores de voltaje utilizados en el circuito multivibrador biestable

A

B

Umbral

Figura 3

Lámpara9v

L1

FR

100kVR

10k

8 3

461

2 555

Salida

+9v

VTGR

Etapa de detección de humo

Figura 4


es decir, que casi no se nota. Sin embargo, sepuede conseguir que este circuito sea sensi-ble incluso a este tipo de humo; en tal casodebe colocarse un letrero grande y visible queprohiba fumar en esta área, pues de otra for-ma se activará la alarma.

2. Se puede conectar un led a la salida del 555para monitorear la salida, mientras se hacenlas pruebas de ajuste.

3. Sabemos que la fotorresistencia funciona demanera inversa respecto a la luz que incideen ella; es decir, entre mayor luz tenga, me-nor será la resistencia que presente (afectan-do directamente al valor de voltaje aplicadoa la entrada de disparo del 555).

4. Se fija la posición de la fotorresistencia y lalámpara, y se gira el potenciómetro de modoque cambie el estado del led (monitor) desalida. Ello nos indicará que el valor a la en-trada de disparo del 555 es cercano a 1/3 deVcc. La idea es que giremos el potenciómetrode tal forma que estando encendido se apa-gue el led. Este es otro ajuste que puede re-sultar crítico para el funcionamiento del cir-cuito, ya que si se gira demasiado elpotenciómetro después de apagarse el led,estaremos forzando a que el valor de la foto-rresistencia tenga que cambiar mucho antesde disparar al 555.

5. En el momento en que se presente el humoentre la lámpara y la fotorresistencia, la luzde la primera que incide sobre esta última yano será de la misma intensidad; esto provo-cará un cambio en el valor del voltaje de dis-paro, activando la alarma.

6. Nuestra alarma se apaga mediante el interrup-tor que está conectado con la resistencia de10K y la terminal 4 del 555, el cual determinala entrada asíncrona de reset para el flip-flopinterno del 555; entonces el circuito apaga laalarma.

Como se puede dar cuenta, hay varios factoresque se tendrán que cuidar al momento de ajus-tar este circuito.

El humo puede ser el de cigarro, tratando deque sea una cantidad similar a la mínima nece-saria para que el circuito se active.

La distancia entre la fotorresistencia y la lám-para, como ya comentamos, determina la sensi-bilidad, ya que si se aleja la lámpara y elpotenciómetro se ajusta de manera adecuada,cualquier variación de la intensidad de la luz queincide en la fotorresistencia se refleja en el vol-taje de disparo y, en consecuencia, en la alarma.

Operación de la alarma

Se puede colocar el sensor (la lámpara y la foto-rresistencia) dentro de tubos opacos (figura 5),de tal forma que el humo se acumule y se hagala detección de manera más rápida.

La parte final del circuito es la que nos daráaviso de que “algo” está ocurriendo en el lugaren que se colocó la alarma; es precisamente elcircuito de ésta con lo que se completa el circui-to detector de humo. Esta etapa se presenta enla figura 6.

En este circuito, el tiristor (SCR) se encuentraen un circuito oscilador que excita a la bocinaproduciendo una serie de “chasquidos” intensos,(mismos que, al detectarse la presencia de humo,sirven como alarma)Mediante el potenciómetrose ajusta la frecuencia de los chasquidos en labocina.

Componentes sustitutos y variantes

La esencia del circuito se basa en la operacióndel divisor de voltaje en conjunto con la fotorre-

Se pueden colocar los dispositivos ópticos (o incluso el circuito completo) dentro de una caja sin tapa inferior, de forma que el humo se puedaacumular dentro de ella y se active la alarma.

Lamparita de 9V

Fotoresistencia

Tuboopaco

Humo

Figura 5


sistencia, el potenciómetro y el 555 en su confi-guración como biestable. Bajo esta considera-ción podemos deducir que es posibleimplementar otro circuito con este mismo prin-cipio, pero construyendo el biestable con algúnotro tipo de componente; por ejemplo, un cir-cuito digital CMOS, ya que se puede manejar conalimentación de 9V.

100kΩ

1µfd

4-8Ω

500kΩ

Etapa de salida del circuito de alarma

Figura 6

Lado de soldaduras Lado de componentes

Sw1

CI

+ -LDI

CI1FR1

R1R2

TR1

VRI

Salida

• VR1 Potenciómetro 1kΩ

• FR1 Fotoresistencia

R1, R2 -S-1K

CI-220µfd

+/- voltaje de

alimentación

SWI-Push button

Figura 7

En realidad, sólo se requiere del principio defuncionamiento del circuito para poder encon-trar diversos sustitutos a las etapas aquí expues-tas. Aún más, entendiendo la forma en que fun-ciona este circuito, usted mismo le puedeencontrar otras aplicaciones; por ejemplo, si lecoloca una luz lo suficientemente intensa ydireccionable (puede ser un láser) puede funcio-nar como un timbre que avise que una personaentró a un local comercial. También se puedecambiar la etapa de alarma, incluso por circui-tos que generen algún tipo de entonación, comoen las tarjetas musicales etc. En fin, a este cir-cuito se le pueden dar tantas aplicaciones comosu imaginación y habilidades le permitan.

Normalmente, se coloca este dispositivo enlugares elevados como el techo de la casa, unalmacén, en la cocina etc. Pero recuerde que sedebe colocar tan cerca de la posible fuente dehumo como se requiera.

En algunas ocasiones el potenciómetro de100K no es suficiente para ajustar el voltaje dedisparo para el 555. Esto se debe a que el valorde la fotorresistencia es muy distinto al valor delpotenciómetro y no se alcanza a ajustar, o lavariación no es tan “fina” como el ajuste lo re-quiere, para que la salida del divisor de voltajetenga un valor aproximado a 1/3 de Vcc.


Si aún así no se ajusta a la sensibilidad ade-cuada, podemos considerar lo siguiente:

• Realice el primer ajuste en la forma que indi-camos antes; encendido el led, gire lentamen-te el cursor del potenciómetro hasta que el ledse apague.

• Retire el potenciómetro y mida la resistenciaque marca en ese punto determinado.

• Coloque en serie con el potenciómetro una re-sistencia lo más próxima al valor medido; co-loque un potenciómetro de menos valor paratener un ajuste más fino.

Lista de materiales

- Fotorresistencia- Potenciómetro de 100K- Potenciómetro de 500K- Circuito integrado NE555- Resistencia de 47K- Resistencia de 10K- Resistencia de 100K- Bocina de 4-8 ohms- Tiristor- Interruptor normalmente abierto- Fuente de alimentación de 9V

En la figura 7 se muestra la placa de circuitoimpreso, tanto del lado de componentes comodel lado de soldaduras; y en la figura 8,una foto-grafía de este proyecto ya ensamblado.

Figura 8


PROXIMO

NUMERO

PROXIMO

NUMERO

Abril 1999

Ciencia y novedades tecnológicas

Perfil tecnológico• Del telégrafo al correo electrónico

Leyes, dispositivos y circuitos• Amplificadores operacionales. Segunda y

última parte

Qué es y cómo funciona• Las cámaras de video modernas

Servicio técnico• Amplificador de salida de audio en

sistemas Panasonic• Primeros pasos en el servicio a

reproductores de CD.• Circuitos de croma y luminancia en los

televisores RCA y General Electric

Electrónica y computación• Principios de operación e instalación de

unidades grabadoras de CDs

Proyectos y laboratorio• Montaje de interruptor ultrasónico

Boletín Técnico-Electrónico• Sintonizador de canales, etapa de FI y

modulador de RF en videograbadorasSony. Teoría básica y localización de fallas

Colaboración del Profr. J.Luis OrozcoCuautle

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