revista by La Llave La Llave

CONTENIDO Ciencia y novedades tecnológicas................. 7 www.centrojapones.com.mx

Fundador Profr. Francisco Orozco González Dirección editorial Lic. Felipe Orozco Cuautle (felorozc@infosel.net.mx) Dirección técnica Profr. J. Luis Orozco Cuautle (cjiesa@intmex.com) Administración Lic. Javier Orozco Cuautle (j4280@intmex.com) Relaciones internacionales Ing. Atsuo Kitaura Kato (akitaura@intmex.com) Gerente de distribución Ma. de los Angeles Orozco Cuautle (orodoy@df1.telmex.net.mx) Gerente de publicidad Rafael Morales Molina (orodoy@df1.telmex.net.mx) Gerente de división seminarios Profra. Patricia Rivero Rivero Staff de asesoría editorial Ing. Leopoldo Parra Reynada (leopar@infosel.net.mx) Profr. Francisco Orozco Cuautle (forozco@pue1uninet.net.mx) Profr. J. Luis Orozco Cuautle Editores asociados Lic. Eduardo Mondragón Muñoz Juana Vega Parra Colaboradores en este número Profr. Armando Mata Domínguez Ing. Leopoldo Parra Reynada Ing. Carlos García Quiroz Diseño gráfico y pre-prensa digital D.C.G. Norma C. Sandoval Rivero (blaky@df1.telmex.net.mx) D.G.Carolina Camacho Camacho D.G. Ana Gabriela Rodríguez Gabriel Rivero Montes de Oca Apoyo fotográfico Rafael Morales Orozco Publicidad y ventas Cristina Godefroy T. y Rafael Morales M. Suscripciones Isabel Orozco Cuautle (j4280@intmex.com) Electrónica y Servicio, Enero del 2000, Revista Mensual. Editor Responsable: Felipe Orozco Cuautle. Número Certificado de Reserva de Derechos al Uso Exclusivo de Derechos de Autor 04-1999041417392100-102. Número de Certificado de Licitud de Título: 10717. Número de Certificado de Licitud en Contenido: 8676. Domicilio de la Publicación: Norte 2 #4, Col. Hogares Mexicanos, 55040, Ecatepec, Estado de México. Impresión: Impresos Publicitarios Mogue/José Luis Guerra Solís, Vía Morelos 337, Col. Santa Clara, 55080, Ecatepec, Estado de México. Distribución: Distribuidora Intermex, S.A. de C.V. Lucio Blanco 435, Col. San Juan Ixhuaca, 02400, México, D.F. y Centro Japonés de Información Electrónica, S.A. de C.V. Norte 2 # 4, col. Hogares Mexicanos, 55040, Ecatepec, Estado de México. Suscripción anual $480.00 ($40.00 ejemplares atrasados) para toda la República Mexicana, por correo de segunda clase (80.00 Dlls. para el extranjero). Todas las marcas y nombres registrados que se citan en los artículos, son propiedad de sus respectivas compañías. Estrictamente prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio, sea mecánico o electrónico. El contenido técnico es responsabilidad de los autores.

No.22, Enero del 2000

Perfil tecnológico Los orígenes de la electrónica (segunda parte)............................................10 Leopoldo Parra Reynada

Leyes, dispositivos y circuitos Análisis y prueba de semiconductores..... 16 Leopoldo Parra Reynada, en colaboración con Felipe Orozco Cuautle

Qué es y cómo funciona Proyectores y retroproyectores de televisión (segunda y última parte)............23 Armando Mata Domínguez

Servicio técnico El visualizador de cristal líquido de las videocámaras....................................36 Armando Mata Domínguez

Sincronización del mecanismo de carrusel de reproductores de CD Aiwa.....................44 Armando Mata Domínguez

Ajustes de la banda reguladora de tensión de las videograbadoras................. 50 José Luis Orozco Cuautle

El servomecanismo de tambor en videograbadoras Sony................................ 55 Carlos García Quiroz

Electrónica y computación Uso de la tarjeta de diagnóstico Post en la reparación de PC’s............................. 63 Leopoldo Parra Reynada

Proyectos y laboratorio

Conociendo el osciloscopio.......................71 Armando Mata Domínguez

Diagrama Sistema de componentes de audio Aiwa NSX-S94 y NSX-S95

CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS Y ahora la PC alcanza 1GHz de velocidad Incluso quienes estamos habituados al vertiginoso desarrollo de la tecnología electrónica, que nos ha permitido pasar en pocos años desde los robustos televisores y radios a bulbos, hasta los refinados aparatos de audio y video fabricados con base en transistores y circuitos integrados, no deja de sorprendernos el gran avance del que día con día nos enteramos, particularmente en una rama de gran dinamismo: la informática. ¿Y ahora qué, se preguntará el lector? Si nos asombramos con las primeras computadoras PC, y después con todas las generaciones que se han derivado, hasta llegar a los poderosos microprocesadores Pentium III de Intel y Athlon de AMD, ¿qué diremos ahora de las máquinas que corren a 1 gigahertz de velocidad? Un millón de hertzios es una velocidad realmente pasmosa, aunque tal vez no sea más que una tortuga en el camino dentro de pocos años, cuando las aplicaciones también hayan evolucionado (el reconocimiento de voz es una de las áreas de mayor promesa, y ésta requiere una gran capacidad de procesamiento). En la actualidad, ya no es extraño hablar de computadoras cuyos procesadores corren a cientos de millones de ciclos por segundo (la velocidad “estándar” es de 400-500 MHz), con capacidad de almacenamiento que se mide en miles

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de millones de bytes, memoria de trabajo de decenas de megabytes, etc.; y todo ello a un precio que rara vez supera los mil dólares, una verdadera ganga para el público promedio. Sin embargo, quienes necesitan el poderío de una estación de trabajo que les permita realizar labores de alta complejidad (modelado en 3 dimensiones, cálculos de condiciones atmosféricas, estudios de turbulencia, diseño de mecanismos, etc.), siempre pueden optar por los sistemas de alto desempeño, que si bien no son máquinas baratas, permiten realizar el trabajo más pesado en un tiempo razonable. Precisamente, se acaba de anunciar el lanzamiento de la más poderosa de las estaciones de trabajo en estándar PC, de la mano de una compañía poco conocida entre los usuarios en general, pero prestigiada entre los conocedores: KrioTech. Esta empresa, que ha trabajado por varios años en conjunto con AMD (fabricante del primer microprocesador de séptima generación, el Athlon), ha podido llevar el rendimiento de estos dispositivos más allá de lo imaginable, gracias a la inclusión de un sistema refrigerante especial que mantiene al microprocesador trabajando varios grados bajo cero aún en condiciones de cálculos pesados. Justamente, en el mes de noviembre de 1999, KrioTech anunció la aparición de la primera computadora en estándar PC corriendo a la fabulosa

Figura 1

velocidad de 1GHz (mil millones de ciclos por segundo), empleando para ello un procesador Athlon al que se le han aplicado técnicas de overclocking o aceleración (figura 1). Gracias a la baja temperatura, el microprocesador trabaja establemente, lo que sin duda es un enorme logro para quienes necesitan fuertes capacidades de cálculo, pero que no pueden invertir grandes sumas de dinero en una estación de trabajo dedicada. De momento no se ha planteado dirigir la tecnología de KrioTech a los usuarios de aplicaciones de nivel intermedio; sin embargo, si esta empresa desarrolla alguna forma de reducir aún más el costo de su sistema refrigerante, para hacerlo accesible para los mercados masivos, no le extrañe que en poco tiempo la computadora estándar esté rondando los mil MHz de velocidad.

A lo infinitesimal... y más allá Recordará que en el número anterior de esta revista (precisamente en esta sección), hablamos de las dificultades que existen para producir microprocesadores cada vez más avanzados, debido a que el grado de reducción de los transistores parecía estar alcanzando los límites que

impone la óptica para el proceso de manufactura de tales dispositivos. Mencionamos entonces que, con la tecnología actual, parece que hay una barrera de alrededor de 0.05 micras para el tamaño más pequeño de un transistor que es posible fabricar por medios ópticos (utilizando para ello haces de luz en el ultravioleta extremo), y que por ello ya se estaban experimentando con nuevas tecnologías para la construcción de dispositivos lógicos. Pues bien, tenemos novedades que de confirmarse pueden ampliar la vida útil de la tecnología del silicio más allá de lo esperado. El profesor Chenming Hu, titular en las materias de electricidad y ciencias de la Universidad de California, Berkeley (Estados Unidos), ha desarrollado una nueva arquitectura de transistor miniatura que permite realizar un dispositivo a un tamaño tan sorprendente como 0.018 micras (18 nanómetros, lo que significa un espesor de alrededor de 100 átomos de silicio). Según lo que ha trascendido hasta la fecha de la impresión de esta revista (el anuncio oficial y la descripción de la tecnología no se dará sino hasta diciembre de 1999), el método que siguió el profesor Hu para establecer este nuevo récord mundial fue reconstruir físicamente los transistores, colocando una compuerta en forma de tenedor, en contraposición con las com-

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puertas planas que se usan en la tecnología actual. Este método permite controlar ambos costados del canal conductor en la estructura del MOSFET (contra una sola cara que se emplea en la tecnología plana convencional), lo que a su vez implica que se pueden hacer estructuras más pequeñas con la seguridad de que funcionarán adecuadamente. Tan efectiva parece ser esta tecnología, que el profesor Hu ya ha anunciado que intentará reducir aún más el tamaño del transistor, llegando hasta una increíble magnitud de 0.009 micras. Si esta tecnología resulta tan efectiva como parece, se podría incrementar en una proporción de 400 veces el número de transistores susceptibles de ser incluidos en una pastilla de silicio del tamaño de las que actualmente se utilizan en un microprocesador promedio, lo cual obviamente redundaría en dispositivos mucho más poderosos, sin implicar con ello un aumento excesivo en el precio. Precisamente pensando en el beneficio que esto podría traer a la humanidad en su conjunto, el profesor Hu ha anunciado que no patentará este nuevo desarrollo, dejándolo como “patrimonio general” para que cualquier compañía pueda emplearla y producir así microprocesadores (o circuitos electrónicos en general) más avanzados y poderosos.

¿El fin del libro? En este año que se conmemora oficialmente el 500 aniversario del nacimiento de Gutenberg, los formatos electrónicos parecen amenazar al libro. Ya en el número anterior hablamos de un sistema de enciclopedia en minidiscos ópticos diseñado por Sony, aunque no es la única alternativa; y de hecho no es la más conocida, pues millones de documentos electrónicos en formato PDF (Portable Document File) circulan a diario por la red Internet. Ahora una modalidad que pretende alternar con el libro, es un sistema de pantalla plana portátil con la forma parecida a un volumen impreso de tamaño mediano (figura 2). Obviamente, con una pantalla de este tipo el lector puede

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Figura 2

transportar consigo una gran cantidad de “libros” y desplegarlos para su lectura en cualquier sitio, como lo haría con un volumen de papel, que se lee en la biblioteca, en el colegio, en el camión, en un parque o en cualquier lugar. La cuestión es que no hay libros físicos, sino archivos que se descargan del Internet mediante una cuota al editor (dos o tres dólares en promedio). Además, si el lector lo desea, algunas modalidades ofrecen la posibilidad de imprimir los títulos cargados en memoria, de tal manera que pueda leerlos en papel, como estamos acostumbrados. Otra gran ventaja de estos sistemas – además de la portabilidad y del bajo costo– es la posibilidad de hacer anotaciones, editarlas y borrarlas en cualquier momento; navegar en la lectura mediante un sistema de referencias cruzadas; manejar las propiedades ópticas de la pantalla; etc. Los dos principales fabricantes de estas pantallas son: Rocket eBooK (http://www.rocketebook.com) y SoftBook Press (http://www. softbook.com). Le recomendamos que visite sus sitios en Internet. La humanidad ha leído libros impresos por milenios, ¿será que pronto tengamos que adquirir todos nuestros títulos por Internet?

ORIGENES DE LA ELECTRONICA (Segunda parte) Leopoldo Parra Reynada

El electromagnetismo como ciencia

Continuando con el estudio de la forma en que surge la ciencia de la electrónica, en este artículo veremos las investigaciones que condujeron al desarrollo de los primeros elementos electrónicos: las válvulas de vacío.

Una vez descubierta la conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, no pasó mucho tiempo antes de que se creara toda una ciencia relacionada, impulsada sobre todo por los descubrimientos de Ampére (ya mencionados en el artículo anterior) y por hallazgos como los de Michael Faraday, quien descubrió que así como una corriente eléctrica provoca un campo magnético, la presencia de éste en las cercanías de un conductor eléctrico también produce una corriente eléctrica “inducida”. Es célebre el experimento que consistió en introducir un imán en una bobina de alambre, donde se mostró que el electromagnetismo se traducía en un voltaje inducido en los extremos de esta última (figura 1). Este descubrimiento

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Polo norte

Figura 1A En 1831 Michael Faraday, descubrió y observó físicamente la inducción electromagnética. Primeramente, Faraday colocó limaduras de hierro en una hoja de papel, colocó debajo de ella un imán y golpeó ligeramente la hoja para que las limaduras reaccionaran a la fuerza del imán; con este sencillo experimento, Faraday descubrió que la influencia de los imanes se manifestaba en forma de “líneas de fuerza”, mismas que forman un “campo magnético” que va desde un polo del imán hasta el otro.

Polo sur

Líneas de fuerza Líneas de fuerza

Michael Faraday Polo sur

Polo sur

Figura 1B

Campo magnético

Electricidad inducida

aparentemente tan sencillo, dio origen a la producción de los primeros generadores de electricidad dinámica; y también permitió establecer la teoría por medio de la cual se habría de fabricar el primer motor eléctrico. A pesar de los enormes avances que ya se tenían en la conexión práctica entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, la conexión lógica no resultaba tan evidente. No fue sino hasta que James Maxwell postuló la “teoría electromagnética” (figura 2A), que se establecieron, sin lugar a dudas, los fundamentos teóricos de dichos fenómenos. Tan avanzada resultó esta teoría, que postulaba la existencia de algo que hasta ese momento no había encontrado ningún investigador; Maxwell aseguró que si se tenía una carga eléctrica en movimiento constante, alrededor de ella se formaría un campo magnético que induciría un campo eléctrico; y a su vez, que éste, induciría un nuevo campo magnético, y así sucesivamente (figura 2B).

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Esta “realimentación positiva” debía permitir la formación de una onda desplazándose desde su punto fuente (la carga en movimiento) hacia todas direcciones –y teóricamente hasta el infinito; pero con la distancia, dicha señal iría perdiendo potencia (podemos hacer una analogía con lo que sucede cuando se deja caer un objeto en un estanque de agua tranquila; es fácil apreciar que en el punto exacto donde cayó, se forma una onda que comienza a viajar hacia el exterior; pero conforme ésta se va alejando del punto de origen, más se debilita –aun y cuando teóricamente podría llegar hasta los límites laterales del estanque). Esta situación, pero en tres

Figura 2

James Clerk Maxwell

Corriente variable

Otro de los descubrimientos de Faraday, fue la inducción de voltaje en una espira en movimiento, lo que daría origen a las dinamos generadoras que se utilizan para producir electricidad.

Campos magnéticos (plano horizontal) Campos eléctricos (plano vertical)

dimensiones, se repite con las ondas electromagnéticas.

Se descubren las ondas de radio Este postulado planteó un reto interesante: ¿cómo podía comprobarse la existencia de las ondas mencionadas por Maxwell? Aunque a finales del siglo XIX se hicieron múltiples intentos por encontrar las ondas electromagnéticas, no fue sino hasta que al físico alemán Heinrich Hertz se le ocurrió un experimento sumamente ingenioso, que se demostró que Maxwell tenía razón: utilizando como generador de ondas electromagnéticas una “cámara de chispas” (recuerde que una chispa eléctrica es en realidad una gran cantidad de cargas eléctricas moviéndose en forma de ráfaga) y utilizando un gran aro metálico con una pequeña discontinuidad como “receptor” de las ondas electromagnéticas, descubrió algo fascinante. Al explorar con el aro en distintas posiciones y distancias alrededor del generador de chispas, encontró que, respetando fielmente los postulados de Maxwell, existía una cierta zona circular que rodeaba al generador en la cual la inducción electromagnética llegaba a su punto máximo; esto se manifestaba en forma de una pequeña chispa que saltaba en la discontinuidad del aro receptor (figura 3). Maxwell también advirtió que al aumentar o disminuir esa distancia específica, la inducción casi se perdía, hasta el momento en que llegaba hasta la siguiente zona de máxima inducción, separada de la zona anterior por una distancia igual a la que se tenía con el centro del generador (figura 4). Sin embargo, en este caso la chispa obtenida era un poco más débil; esta situación prevalecía en tanto se mantuviera una distancia en la que fuese prácticamente imposible detectar la chispa resultante (a pesar de usar aros receptores verdaderamente grandes). A final de cuentas, las observaciones de Hertz demostraron tres cosas: 1. Que una carga eléctrica en movimiento efectivamente produce ondas electromagnéticas a su alrededor.

Figura 3 Hertz confirmó experimentalmente el concepto de onda electromagnética introducido por Maxwell, demostrando así que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas.

Chispa inducida Chispa eléctrica

Aro metálico receptor

Heinrich Hertz

Laboratorio de Hertz

2. Que dichas ondas presentan “simas” y “valles”; esto es, puntos de máxima inducción y puntos de inducción nula a lo largo de su recorrido. 3. Que la potencia de dichas ondas se reduce conforme están más alejadas de la fuente.

Figura 4 Zona de recepción fuerte Generador de chispa

Zona de recepción débil

R 2R 3R

Zona de recepción menos fuerte

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Figura 5 Experimento de Marconi

Las técnicas de Marconi fueron la base para el desarrollo de la radio

Antena de recepción

Bocina captora

Todo esto concordaba notablemente bien con el fenómeno propuesto por Maxwell; por lo tanto, quedó comprobada la existencia de las ondas electromagnéticas, y que éstas se comportan exactamente en la forma que se había previsto. Todo esto llevó a plantear otro cuestionamiento interesante: si a partir de una carga eléctrica podían generarse tales “ondas electromagnéticas”, ¿acaso no era posible aprovecharlas para transmitir mensajes?

Las primeras comunicaciones radiales Siempre que se halle una posible aplicación práctica a algún fenómeno, habrá alguien que tratará de hacerla realidad. En este caso, el mérito de la aplicación práctica de las ondas electromagnéticas corresponde al investigador italiano Guillermo Marconi; a finales del siglo XIX, logró establecer comunicación entre dos puntos distantes utilizando única y exclusivamente las ondas electromagnéticas. Marconi utilizó como generador de ondas una cámara de chispas muy similar a la empleada por Hertz para comprobar la existencia de este fenómeno, aunque en versión reducida; utilizando como antena receptora una estructura parecida a un tendedero de ropa, encontró que era posible codificar en alfabeto Morse un mensaje que se recibiría como una serie de impulsos eléctricos en el extremo receptor (figura 5). Sólo restaba colocar una laminilla que vibrara ante la presencia del campo inducido (produciendo un sonido), para que un telegrafista experto pudiera interpretar los “puntos y rayas” recibidos, de

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Cámara de chispas

Cuando la cámara de chispas comienza a funcionar, la antena recibe la inducción de voltaje y lo convierte en electricidad, de modo que se escucha en la bocina conectada en los extremos del lazo de recepción.

la misma forma que si hubieran sido transmitidos por cable. El éxito de la “telegrafía inalámbrica” fue inmediato, al grado que a los pocos años ya se habían conseguido transmisiones cruzando el Canal de la Mancha; incluso, en los albores del siglo XX se consiguió una hazaña realmente impresionante: la transmisión de mensajes por medio de ondas radiales entre América y Europa, cruzando el Océano Atlántico. Sin duda alguna, la aparición de la radio fue uno de los puntos detonantes que impulsó el desarrollo de la electrónica; pero no fue el único, como veremos a continuación. A pesar de las enormes ventajas que desde cualquier punto de vista representaba la telegrafía inalámbrica, existían aún problemas muy se-

Figura 6 Cuando se usaba la tradicional cámara de chispas, el receptor no podía distinguir entre dos o más señales que estuviesen alcanzando su antena.

Aparato receptor

Generador de chispas 1

Generador de chispas 2

Figura 7

Tubo de Crookes

Pantalla cubierta con fósforo

Sombra producida por el ánodo

Anodo Rayos catódicos

+++

Cátodo

---

rios para su utilización de forma masiva: en primer lugar, las cámaras de chispas enviaban ondas electromagnéticas en todo lo ancho del espectro; así que para un receptor ubicado al alcance de dos de estos aparatos, no había ningún método confiable con el cual determinar si la transmisión provenía de un emisor o del otro (figura 6); a su vez, esto prácticamente dejaba como única alternativa la utilización del lenguaje Morse para las comunicaciones radiales, combinando instantes de encendido-apagado de la cámara de chispas. Obviamente, esta situación era muy poco satisfactoria; así que se buscó la manera de transmitir mayor cantidad de información y, de ser posible, sin la interferencia de emisoras cercanas. Para resolver este problema, se dispuso de un dispositivo de reciente desarrollo y de una nueva rama de la tecnología que para ese entonces apenas había nacido: la válvula de vacío y la electrónica, respectivamente.

Antecedentes de la válvula de vacío El antecedente más antiguo que se tiene de un dispositivo similar a la válvula de vacío es el “tubo de rayos catódicos” de Crookes. Durante sus investigaciones acerca de los fenómenos

eléctricos en el vacío, William Crookes colocó un par de terminales dentro de una campana al vacío, la cual estaba recubierta por dentro con una fina capa de fósforo. Al aplicar un voltaje elevado entre ambas terminales, descubrió con asombro que del extremo con polaridad positiva parecía salir una especie de “rayos” invisibles, y que éstos viajaban hacia la terminal positiva. La mayoría de los rayos golpeaban la terminal positiva, y se cerraba el ciclo; pero los que escapaban por los bordes, iban a golpear el fósforo que recubría la ampolla; de este modo, se generaba una cierta luminosidad (figura 7). Como los rayos invisibles salían del “cátodo” o terminal negativa del aparato, Crookes bautizó a este fenómeno como “rayos catódicos”; y entonces, este primitivo aparato se convirtió en el antecedente directo de diversos dispositivos que se siguen empleando hasta nuestros días (entre ellos, las pantallas de los televisores comunes). Investigaciones posteriores demostraron que los “rayos” que salían del cátodo en realidad eran numerosos electrones libres que, ante el impulso del alto voltaje aplicado entre las terminales, “saltaban” del cátodo para viajar hacia el ánodo. Pronto se encontró que un cátodo caliente emitía mayor cantidad de electrones, y que al tratarse de una carga eléctrica dichas partículas podían ser manipuladas por medio de campos eléctricos o magnéticos. Esto dio como resultado que a finales del siglo XIX, el físico alemán Carl F. Braun desarrollara su “máquina de corriente variable”, antecedente de los modernos osciloscopios. Con esta máquina se manipulaban los electrones de forma que se concentraran en un haz muy fino, que produjera un punto en una pantalla de fósforo; luego, por medio de campos eléctricos, se obligaba a dicho punto a desplazarse tanto horizontal como verticalmente en la pantalla; esto permitió al investigador visualizar por primera vez fenómenos eléctricos que de otra forma serían demasiado rápidos para ser observados por medios mecánicos convencionales. Sin embargo, tanto el tubo de rayos catódicos como la máquina de corriente variable en realidad no pueden considerarse antepasados directos de las válvulas de vacío (aunque sentaron

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todas las bases teóricas de su funcionamiento). Durante sus investigaciones, Thomas Alva Edison desarrolló la bombilla eléctrica, basándose en un fenómeno muy curioso: al colocar un alambre adicional al filamento incandescente, y al aplicar un voltaje entre ambos elementos, descubrió que se establecía un flujo de electrones entre el filamento y el alambre cuando la polaridad era “filamento (–)” y “alambre (+)”; y si la polaridad se invertía, el flujo de corriente era anulado (figura 8). A pesar de su genialidad, Edison no encontró una aplicación inmediata a dicho fenómeno; mas como buen visionario, lo patentó con el nombre de “efecto Edison”, y esperó a que algún otro investigador le encontrara una aplicación práctica.

Figura 9 Estructura simplificada de una válvula diodo El calefactor dentro del cátodo genera electrones libres alrededor de este cilindro. Si se aplica un voltaje positivo al ánodo, hacia éste fluirán los electrones; así se establece una corriente eléctrica. Pero ésta no aparece cuando se invierte la polaridad.

Calefactor

Cátodo

Anodo

Figura 8

Efecto Edison Alambre interno

Filamento Bombilla al vacío

Flujo de electrones

Aparece el diodo El mérito de la invención del diodo corresponde al investigador norteamericano John Ambrose Fleming, quien llevó el diseño de Edison más allá,

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incluyendo un filamento incandescente, una placa a la que se aplicaba la tensión negativa (el cátodo) y una segunda placa donde se aplicaba la tensión positiva (el ánodo, figura 9). Con esta estructura, se encontró que cuando el dispositivo era polarizado precisamente de esa manera (cátodo–, ánodo+) se establecía una corriente entre ambos elementos; y cuando la polaridad se invertía, no existía corriente circulante. A este dispositivo se le dio el nombre de “diodo”; se convirtió en la primera válvula al vacío conocida en el mundo, y marcó el inicio de la tecnología electrónica. Puesto que el diodo era capaz de rectificar una señal de corriente alterna, también podía servir como detector, rectificador y limitador de ondas radiales; esto dio un nuevo impulso a la radio como medio de transmisión de información. Si a esto añadimos la reciente invención de la modulación, deduciremos que fue gracias al diodo que la radio dejó de ser una curiosidad o un medio de comunicación muy exclusivo, para transformarse en un medio de entretenimiento para las masas que dominó ampliamente durante la primera mitad del siglo XX. (Continuará en el próximo número)

ANALISIS Y PRUEBA DE SEMICONDUCTORES (Primera parte) Leopoldo Parra Reynada, en colaboración con Felipe Orozco

Conductores, aislantes y semiconductores

En el presente artículo vamos a enfocarnos al estudio de los principios de operación de los termistores, fotoresistencias y diodos rectificadores, quedando para los números siguientes el tema de los varactores, diodos zener, diodos led, fotodiodos y tiristores. Además de analizar el principio de operación de estos componentes, sobre la marcha vamos a ir construyendo una fuente de alimentación regulada simple, de tal manera que podamos poner en práctica los conocimientos adquiridos, a la par que obtenemos un útil montaje 16

Dependiendo de su comportamiento ante la corriente eléctrica, los materiales pueden clasificarse en dos categorías: 1) Conductores. Son materiales que permiten el libre flujo de cargas eléctricas en su interior; por ejemplo, el cobre, la plata, el aluminio y, en general, todos los metales. 2) Aislantes. Son materiales que bloquean por completo el paso de la corriente eléctrica; por ejemplo, los plásticos, la madera, el papel, la cerámica o el vidrio. Si observa el cable que alimenta a cualquier aparato eléctrico, encontrará que en este sencillo cordón se combinan ambos tipos de materiales, puesto que se utiliza cobre como conductor y un aislante plástico como protector contra descargas.

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Figura 1

Figura 2

Para medir la resistencia intrínseca de un material, se toma un cubo de 1cm de lado y se determina la resistencia óhmica entre dos de sus caras. Material a probar

Zona de conductores

Zona de aislantes

1 cm 10

R mat

-6

-5

-4

-3

V obtenida

0.01

0.1

100

Escala en ohms/cm

IIn

I In = fija

V obtenida

Sin embargo, existen otros materiales y situaciones donde la frontera entre conductor y aislante no está claramente definida. Por ejemplo, aunque el papel es un buen aislante, cuando se quema y convierte en carbón pasa a ser un conductor aceptable; o bien, cuando se maneja un aparato con las manos mojadas puede sufrirse una descarga, al contrario de lo que sucede cuando se maneja con las manos secas, pues la piel varía sus propiedades conductoras según la humedad. ¿En qué se diferencia un conductor de un aislante? Por nuestros estudios básicos sabemos que los materiales cumplen una propiedad llamada “resistencia eléctrica“, cuya magnitud medida en ohms define el grado de oposición que presenta cada material al flujo de la corriente. Genéricamente, podemos decir que un “conductor” es todo material que posee una resistencia eléctrica menor a 0.00001 ohms por centímetro (figura 1), mientras que un “aislante” es todo material cuya resistencia es superior a los 1010 ohms por centímetro. Sin embargo, como se deduce fácilmente, existe una zona intermedia muy amplia entre ambas magnitudes, en la que no se puede hablar ni de conductores ni de aislantes (figura 2). Después de la Segunda Guerra Mundial, los científicos se interesaron por el estudio de esa franja de indefinición, encontrando algunos elementos químicos que, en determinadas circunstancias, se comportaban como conductores y en otras como aislantes. Justamente, debido a esa propiedad tan peculiar, a dichos elementos se les llamó “semiconduc-

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tores“. Y en ellos descansa ahora el monumental edificio de la electrónica moderna. Los elementos semiconductores más conocidos son el germanio y el silicio (figura 3), materiales que en estado de pureza no conducen electricidad; sin embargo, cuando se les añade cierta cantidad de partículas de otros elementos que constituyen impurezas, se modifican sus propiedades, pasando a un estado de conducción parcial. Dependiendo de la cantidad y del tipo de impurezas añadidas, el material se puede convertir en una fuente o en un absorbente de electrones. Cuando el material se encuentra con un exceso de cargas negativas se le denomina “tipo N“ y cuando se encuentra con un exceso de cargas positivas se le llama “tipo P“ (figura 4). No ofreceremos explicaciones desde el punto de vista atómico sobre la razón de este comportamiento, puesto que tendríamos que exponer diversas consideraciones teóricas que alargarían el tema; simplemente, aceptaremos esta conducta de los materiales como un postulado.

Figura 3 En esta fotografía se muestra un disco de silicio ya grabado con cientos de chips. El silicio es la base física de la moderna electrónica de estado sólido.

Figura 4 A

Al material con exceso de cargas negativas se le llama "Tipo N"

_ _

+ +

+ + +

_ _

+ +

_ _

_ Germanio (Ge) o silicio (Si)

_ _

Al material con exceso de cargas positivas se le llama "Tipo P"

+ +

mento electrónico, desde un radio hasta una computadora, añadiendo simplemente algunos elementos adicionales. Los dispositivos semiconductores de los hablaremos en éste y en los siguientes artículos son: termistores, fotoresistencias, diodos (rectificador, zener, led, fotodiodo y varactor), transistores (bipolar de juntura, de efecto de campo FET y MOSFET) y tiristores (rectificador de silicio controlado SCR y Triac).

Termistores

+ +

Germanio o silicio

La tecnología requerida en la producción de semiconductores es de muy alto nivel, ya que para garantizar las propiedades óptimas de estos materiales, a un elemento de extraordinaria pureza debe mezclársele una cantidad cuidadosamente medida y controlada de impurezas. En efecto, para la fabricación de los modernos materiales semiconductores se emplea sobre todo el silicio, con una pureza de alrededor del 99.99999 % (en una comparación simple, esto equivaldría a un tráiler lleno de azúcar con apenas una cucharada de sal mezclada en ese volumen, semejando a las impurezas, figura 5). Una vez obtenido el silicio de alta pureza, ya es posible fabricar los distintos componentes que resultan claves en la tecnología electrónica, como el diodo, el transistor, los tiristores, los circuitos integrados, etc., con los que a su vez se construye prácticamente todo aparato o instru-

Durante las investigaciones que llevaron al desarrollo de los semiconductores, se descubrió que los elementos base, el germanio y el silicio (y de hecho cualquier otro semiconductor), observan un comportamiento muy peculiar. Veamos primero cómo se comporta un conductor metálico en condiciones normales: estos elementos poseen una resistencia mínima que se opone al flujo de la corriente, debido a que en sus átomos existen abundantes electrones disponibles; sin embargo, conforme se le va incrementando la temperatura al conductor, los electrones tienden a “aferrarse“ con más fuerza a sus átomos originales, lo que provoca un aumento de la resistencia. A este comportamiento se le conoce como “curva de resistencia positiva“, debido a que a mayor temperatura le corresponde mayor resistencia (figura 6). En el caso específico de los elementos base de los semiconductores, su estructura es muy estable, debido a que un átomo comparte sus electrones con sus vecinos en una agrupación

Figura 5 Sal

Para dar una idea del grado de pureza necesario en la fabricación de materiales semiconductores, las impurezas permitidas en el germanio o en el silicio son equivalentes a una cucharada de sal mezclada en un vagón de azúcar. Azúcar

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Figura 6 Cuando aumenta la temperatura de un metal, disminuye la corriente que puede manejar. Corriente

Temperatura

Temp. Conductor común Resistencia

Corriente

Temp.

cristalina muy cerrada; además, posee muy pocos electrones libres para la conducción de corriente. Sin embargo, al aumentar la temperatura algunos electrones adquieren suficiente energía como para romper el enlace atómico y convertirse en portadores libres, de tal manera que conforme se incrementa la temperatura más electrones se liberan para convertirse en porta-

dores; por lo tanto, estos elementos poseen una “curva de resistencia negativa“ (figura 7). Este fenómeno, por sí mismo, se aprovecha en la construcción de dispositivos como los termistores, los cuales se utilizan como detectores de temperatura o como dispositivos adicionales en la construcción de resistencias, para que la tendencia a aumentar su valor con el calentamiento quede compensada por la curva negativa del material del propio semiconductor. Los termistores se clasifican en dispositivos de curva positiva (los cuales se fabrican con elementos metálicos) y dispositivos de curva negativa (fabricados con base en semiconductores); sus características de tamaño y forma son muy variadas, aunque un termistor típico tiene una forma similar a la de un condensador de disco. Su rango de valores es muy amplio (desde unos cuantos ohms hasta varios Kohms) y la elección del tipo empleado depende por completo de la aplicación específica. En la figura 8 se muestra el símbolo de este dispositivo y algunos encapsulados típicos.

Fotoresistencias Figura 7 Pocos electrones libres

Temperatura baja

_ Corriente baja

Material semiconductor Corriente

Temp.

Muchos electrones libres

Corriente alta

Temperatura alta

La luz es otro fenómeno externo que también influye en las propiedades conductoras del silicio y el germanio, mediante la excitación de sus electrones. En el curso de las investigaciones se descubrió que cuando a un material semiconductor se le aplica un cierto voltaje, presenta una resistencia específica, pero si se ilumina con una fuente de luz (el sol, una lámpara, etc.) su resistencia disminuye drásticamente. Dicho fenómeno obedece a que en el interior de dicho material los fotones de la luz chocan con los átomos,

Figura 8

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Material semiconductor

Resistencia

Temp.

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Figura 9 Pocos electrones libres _ _ Corriente baja

Muchos electrones libres

_ Corriente alta

Material semiconductor

Corriente

Fotones

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Material semiconductor

Resistencia

Luz

produciendo una mayor cantidad de electrones libres y favoreciendo la conducción (figura 9). Colocando una capa muy delgada y extensa de material semiconductor, con una ventana que permita el paso de la luz, se obtiene un dispositivo cuya resistencia varía conforme la cantidad de luz aplicada. A este dispositivo se le llama "fotoresistencia" y sus aplicaciones son muchas y muy variadas. En la figura 10 se muestra el símbolo y la fotografía de una fotoresistencia típica; note la presencia de una ventana de cristal o plástico transparente que permite el paso de la luz hasta el sustrato semiconductor, mismo que presenta una trayectoria ondulante para maximizar el área de recepción. Este dispositivo en particular tiene un encapsulado grande, pero también existen fotoresistencias muy pequeñas, como la mostrada en la misma fotografía. Las fotoresistencias se clasifican, según criterios, por su resistencia inicial (ante iluminación cero), tamaño y grado de variación de resistencia en presencia de la luz (medidos en ohms/candela); y, al igual que los termistores, la elección del tipo de fotoresistencia depende de la aplicación particular.

Luz

Por el momento, debido a que aún no tenemos elementos suficientes para construir un circuito, únicamente le recomendamos que adquiera una fotoresistencia y que, con el multímetro en su modalidad de óhmetro, mida su resistencia bajo distintas condiciones de iluminación.

El diodo rectificador El diodo es por definición el componente semiconductor más básico, ya que es el dispositivo más sencillo que efectivamente aprovecha las propiedades de los diferentes tipos de materiales semiconductores (tipo N y tipo P). Originalmente, el diodo era una válvula de vacío cuya principal característica es que permitía el paso

Figura 11 Cátodo

Anodo

En esta imagen se muestran dos válvulas tipo pentodo, de las últimas que llegaron a utilizarse en receptores de TV. Su operación parte de los mismos principios físicos con que la válvula diodo lo hace.

Figura 10

En un diodo tradicional la corriente fluye del cátodo al ánodo, y no en dirección opuesta

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Figura 12 Construcción interna de un diodo semiconductor

SEMICONDUCTOR TIPO N

SEMICONDUCTOR TIPO P

Como mencionamos anteriormente, el material tipo P presenta una falta de electrones (por lo que en su interior predominan las cargas de tipo positivo), mientras que el material de tipo N presenta un exceso de electrones (por lo que predominan las cargas negativas). En condiciones normales, las cargas se encuentran distribuidas uniformemente y al azar en todo el volumen del cristal, por lo que el dispositivo se encuentra en estado estable (figura 13). Sin embargo, cuando se aplica un voltaje entre las terminales de este componente, se pueden producir dos fenómenos distintos, según la polarización:

Figura 14 Se establece una corriente en la unión P-N Campo eléctrico negativo

Material N

Material P Campo eléctrico positivo

}

de la corriente eléctrica en un sentido, bloqueándola al momento en que la polaridad se invertía (figura 11); no obstante, como las válvulas de vacío (también conocidas como "bulbos") eran componentes muy voluminosos, delicados y poco eficientes, con el surgimiento de los semiconductores y el desarrollo de la electrónica de estado sólido quedaron en desuso. El diodo semiconductor está construido con dos capas de material tipos N y P unidas firmemente (en realidad, los materiales se producen dentro de una misma estructura cristalina), como se muestra en la figura 12.

_ _

+ _

_ _

+ + +

Si existe una corriente I In _

batería repele las cargas positivas del material P, mientras que el voltaje negativo repele a su vez a las cargas negativas del material tipo N (recuerde que signos contrarios se atraen y signos iguales se repelen). En consecuencia, las cargas positivas del material P tienden a “brincar“ hacia el material tipo N, mientras que las cargas negativas del material tipo N “brincan“ hacia el material tipo P, por lo que se establece un importante flujo de electrones entre ambos materiales, permitiendo entonces el paso de la corriente sin mayor oposición. Es decir, en este caso el diodo se comporta como un conductor.

No conducción Y por el contrario, si se invierte la colocación de las terminales de la pila, se presenta una situación muy distinta. Según puede observar en la figura 15, ahora las cargas positivas en el material tipo P son atraídas por el extremo negativo de la pila, mientras que las cargas negativas del material tipo N son atraídas por el extremo positivo. Esto induce una concentración de cargas

Conducción En la figura 14 tenemos que el extremo positivo de la pila se ha conectado hacia el material tipo P, mientras que el negativo va hacia el material tipo N. En esta situación, el voltaje positivo de la

Figura 15 Zona libre de portadores (aislante) Campo eléctrico positivo

Material N

Material P

_ _

+ +

_ _

+ +

_ _

Figura 13

Material N _

_ _

+ +

_ _

Material P _

+ +

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+ +

Campo eléctrico negativo

+ +

_ _

+ +

_ _

+ +

No hay corriente IIn +

Figura 16 Comportamiento de un diodo ideal y uno real

Corriente +

Diodo ideal _

+ Voltaje _

B Diodo real Unos cuantos microamperios

{

0.3 V para Ge 0.7 V para Si

Voltaje de ruptura inversa (entre 50 y 1000 volts)

en los extremos del dispositivo, formándose una zona libre de portadores de carga en la unión de ambos materiales. Precisamente, debido a la ausencia de cargas, esta zona se convierte prácticamente en un aislante que impide que la corriente circule por el dispositivo. Por lo tanto, en este caso el diodo se comporta como un aislante. El diodo es, entonces, un dispositivo cuyo comportamiento varía dependiendo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando se aplica un voltaje positivo en el extremo P y negativo en el extremo N, el diodo se comporta como un conductor, mientras que si se invierte esta polaridad, el dispositivo bloquea el paso de la corriente. Justamente por dicho comportamiento tan semejante al de la válvula de vacío, a las terminales del diodo semiconductor se les dio el mismo nombre de las de su predecesor. Por lo tanto, al extremo correspondiente al material tipo P se le conoce como “ánodo” y al extremo tipo N como “cátodo”. El comportamiento teórico de un diodo ideal se muestra en la figura 16A. Observe que cuan-

do el voltaje entre ánodo y cátodo es positivo, la corriente que puede circular por el dispositivo es muy elevada, mientras que cuando se tiene un voltaje negativo entre ánodo y cátodo no hay corriente circulando. No obstante, en la práctica sí existe un pequeño voltaje de polarización indispensable en la operación del dispositivo, que es de alrededor de 0.3 volts para diodos de germanio y 0.7 volts para diodos de silicio; además, existe un voltaje máximo en inversa que pueden soportar estos componentes, el cual normalmente oscila entre 50 y 1000 volts (figura 16B). En la figura 17 se muestra cómo se identifican las terminales de un diodo típico en distintos encapsulados comunes, así como el símbolo que lo representa en diagramas electrónicos. Figura 17 Construcción interna, encapsulados comunes y símbolo de un diodo semiconductor

Cátodo MAT.

MAT.

Anodo

Conviene ahora preguntarse: ¿para qué sirve un dispositivo como éste? Pues bien, aunque sus aplicaciones son muchas y muy variadas, describiremos una que resulta vital para el funcionamiento de casi todos los aparatos electrodomésticos: la rectificación de un voltaje alterno en voltaje directo. CONTINUA PROXIMO NUMERO

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PROYECTORES Y RETROPROYECTORES DE TELEVISION (Segunda parte) Segunda y última parte Armando Mata Domínguez

La operación del circuito PIP

En el número anterior, explicamos el principio de operación de los proyectores y reotroproyectores de televisión. También iniciamos la descripción de los principales circuitos que emplean, resaltando sobre todo las diferencias que presentan en relación con los televisores convencionales. En el presente artículo concluiremos la descripción de dichos circuitos, incluyendo el proceso de las señales.

ELECTRONICA y servicio No.22

Recordemos que el sistema de PIP, por lo general, se localiza en una placa de circuito impreso adicional, y que es el encargado de convertir las señales de video en subseñales que finalmente son insertadas en la imagen principal. En el diagrama de la figura 1, se puede observar cómo la salida de la señal de video que proviene del circuito conmutador de audio y video PWB555 entra a las tarjetas PWB558, sección picture/picture, y al filtro digital separador de croma y luminancia PWB559. La señal picture/picture es enviada hacia la tarjeta, en donde por medio de la combinación de filtros se inicia el proceso de separación de las señales de croma y luminancia. Enseguida, ambas señales son inyectadas en el circuito procesador de croma y luminancia QY100 para obtener la descodificación y ajuste de señales (figura 2).

AC120V 60Hz

1/0 CLK

LINE FILTER

PIP BRIGHT CONTRAST

SR61

POWER RELAY

POWER SHUT OFF

FRONT KEYS

PWB556-1

REMOTE SENSOR

MONO

ICA03 STB EXPAND 1/0 CLK MUTE SI PWB556-2

BAND A. B

ICA02

MEMORY

C1.C2 C3

RF SW

BAND A.B.

M001

TUNER

M003

DAC LD

EXT A.B

PIP CLK

AFT M SYNC

VOL.

D601

RECTIFIER

ON/OFF

STAND-BY SUPPLY

AUDIO OUT SUPPLY

SUB SUPPLY

MAIN SUPPLY

CHARACTER OUT PUT

-30v

+5V

+12V

+33V

+5V

-32V

+32V

AUDIO CCT

PIP CCT

CONV CCT

TO H. OUT

MICOM TIMER

MEMORY CCT

ICAD and CCT

POWER RELAY DRIVE

+115V

POWER SUPPLY

PW8559-3

AC PULSE

+SV REGU

+115V TO HV CCT

ICX01

3.5

BAL TRE BASS

AUDIO CONTROL

VOL

CCD PROCESSOR

VIDEO

MUTE

VIDEO PIP. V. SW

PW6559-2

MTS DECODER

MONO

EXT A EXT B

EXT A. B.

D/V CONVERTER

DATA CLK

SYNC SEPA

A/V CONTROL

OVER VOLTAGE PROTECT

K11

RESET

K10

K05

K01

RMT

ICA MICRO PROCESSOR

RF SW

DATA CLK

PLL LD

PIF/SIF

PW6559-1

VIDEO SIG

PW8555

A/V TERMINALS & A/V SW. TEST SIG

Diagrama a bloques de un retroproyector

0610

AUDIO POWER

VERT OUT

0301

M-+B V.OUT FB+ IN H. OUT

SYNC SEPA

VIDEO CHROMA PROCESSOR

HORIZ DEFLECTION

+33V (MAIN SUPPLY) +14.5V-1

+115V (MAIN SUPPLY)

VIDEO CHRIOMA PRCESSOR

Y. OUT

0501

HORIZ STARTER CCT

COLOR TINT

CONTRAST BRIGHT

VIDEO 2

Y CHROMA S/G

3.58MHZ

VIDEO

SONIC HOLOGRAPHYC

PW8557 ICARVER

PIP V SW

ONE M. LINE PROTECTION

VERT DEFLECTION

BLANKING CCT

0404 HOR. OUT

+33V (MAIN SUPPLY)

DEF YOKE L462.L463.L464

0402 HOR. DRIVE

(EXT A. B)

VCC +15V

D406 13

Y. OUT

B. OUT

G. OUT

R. OUT

Q916

R469

T462 H OUT TRANS

PIP BRIGHT CONTRAST

R. G. B. SW

Y. SIG H. BLANKING BLKANKING V. BLANKING

R.G.B. MATRIX

D461

DATA CLK RESET

MICRO PROCESSOR

PIP PROCESSOR

PW8558 PICTURE IN PICTURE CONTROL

MEMORY

A/D CONVERTER

D302

D409

D408

D462

CRT

H. PULSE 22VP-P

B. DRIVE

G. DRIVE

+1000V

+220V

+27V

+14.5V-II

+14.5V-I

PWB554-3

CRT

R. DRIVE

CRT

PW8554-1

PW8554-2

SPEAKER

V802

SCREEN VOLTAGE

VIDEO OUT CCT

VER OUT

FOCUS CCT

+9V REGU CCT

+12V REGU CCT

CRT HEATER

FOCUS CCT

-9V REGU CCT

V303 PICTURE TUBE IBI VOL

V301 PICTURE TUBE (GROOM)

(RED)

PICTURE TUBE

TO CRT DRIVE

TO CARVER CCT

XRAY PROTECT CCT

HV DRIVE

HV OUT

HFB

HV 31KV

1 ABL CCT

T461 FBT

WW REGJ CCT

Figura 1

PIP INPUT SW ICY85

Figura 2 Sección del proceso de PIP

VIDEO OUT

PY03

PIP BOARD

QY202/QY203 FIELD MEMORY

HD PULSE

PHD

HOR PIP AFC

FILTERS

QY204

COLOR

DEFLECTION & CHROMA PROCESS Y SIGNAL 31 MMP.

VIDEO

VERT HOR

BIAS

QY100

M U L T I P L E X E R

DELAY 20 R - Y

L.P. F.

22 B - Y 23

L.P. F.

-Y

L.P. F.

DATA/CLK

C L A M P

PIP CONTROL MICROCOMPUTER

PVD QY201 A/D C O N V E R T E R

GATE ARAY SUBPICTURE DIGITAL PROCESS

R -Y

D/A

ZY201

L.P. F./ MATRIX

- Y

D/A

ZY205

L.P. F./ MATRIX

QY200

B -Y

D/A

ZY202

L.P. F./ MATRIX L.P. F.

DATA/CLK/LOAD

QY300

PIP SIGNAL PY04

PY02 HD

VD MAIN

MAIN MICROCOMPUTER

R -Y G -Y

L.P. F.

12 16

SCREEN

SIGNAL

ICA01

22 R

R OUT

G OUT

HD VD

B -Y Y IC501 VIDEO/CHROMA

Proceso de las señales En la salida de las señales (R-Y) y (B-Y), la señal (G-Y) se incorpora como la diferencia de los porcentajes de (R-Y) y (B-Y). Estas señales, después de ser amplificadas, se someten al proceso de CLAMP para fijar un determinado nivel de CD e inmediatamente son aplicadas al proceso digital, para después mezclarse con la señal principal. El proceso digital inicia cuando las señales Y, (R-Y) y (B-Y) se aplican al circuito integrado QY204, iniciando un proceso de multiplexado; esto origina información común correspondientes a las tres señales, por lo que se obtiene un total de 96 muestras de la señal (Y) y otras 96 de (R-Y) y (B-Y) por cada línea de información horizontal (1H = 15734 Hz). Todos esto da un total de 192 muestras. Por otro lado, la información multiplexada de 192 muestras corresponde a una de cada cuatro líneas de información horizontal.

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L.P. F.

B OUT

Y IN

Y OUT

G CRT DRIVER B CRT DRIVER R CRT DRIVER

IC916 RGBY MATRIX SW

La señal multiplexada, es enviada al circuito QY201 para su conversión análogo/digitaL (A/ D) a través de un muestreo de señal, cuantificación de la misma y, por último, codificación o conversión a código digital. Una vez convertida en señal digital, ésta llega a los circuitos QY202 y QY203 (memorias de tipo RAM), en donde los datos se almacenan por grupos de seis bits; la capacidad de almacenamiento de estos circuitos de memoria es de cuatro cuadros de señal de imagen. El proceso de lectura proporciona áreas de imagen pequeñas, tanto en el plano vertical como en el plano horizontal (figura 3). En el caso del plano horizontal, recuerde que de este último se toman 192 muestras del circuito multiplexor, lo que corresponde a 40.1 microsegundos de cada 63.5 microsegundos de la imagen secundaria o de recuadro; dicha reducción de tiempo permite eliminar pulsos de sin-

Figura 3 Posiciones posibles de la imagen secundaria

cronismo y de borrado, así como el margen derecho e izquierdo de la imagen, por lo que la zona central se observa con un mayor tamaño. Al tener menor cantidad de información, se requiere menor espacio de almacenamiento.

Multiplexado de la imagen El multiplexado se realiza en una de cada tres líneas de información horizontal, correspondientes a la parte principal del campo o en una de cada cuatro líneas del campo total, dejando como resguardo superior e inferior 43H y 28H, respectivamente, y restando 9H equivalentes a la sincronización horizontal y vertical con el fin de reducir el espacio ocupado en la memoria; también es importante considerar que, dado que la calidad de imagen secundaria es muy baja, ésta se disimula con la reducción en el tamaño de la misma.

Figura 4

El circuito integrado QY300 opera como controlador en todos los procesos de la imagen de recuadro. Recibe del microprocesador principal, a través del bus de datos en serie (línea data), las señales complementarias del lenguaje digital clock y load. Por medio de este bus de datos, también se reciben las órdenes para las diferentes condiciones de la imagen en recuadro; por ejemplo, el llamado de imagen o el congelamiento de la misma; y en equipos de reciente fabricación existe la posibilidad de ubicar el recuadro de la imagen de manera libre según el usuario lo desee (figura 4). En conclusión, existe una compresión de la imagen auxiliar en el plano horizontal, durante el tiempo de proceso de la imagen principal; dicha reducción se conforma por 192 muestras, debido a que ello ocurre en un tiempo de 40.272 microsegundos, mientras que la lectura se realiza en un tiempo de 14.235 microsegundos, que representa 25% del tiempo de barrido horizontal (figura 5). De esta manera, podemos decir que se escribe a baja velocidad y se lee a alta velocidad. Por lo que respecta al plano vertical, recuerde que sólo fueron reconocidas 64 líneas de cada campo de imagen, teniendo una línea al inicio y otra al final como resguardo (esto explica las 66 líneas indicadas en la figura 5).

Reconversión de la imagen Cuando la imagen de recuadro es solicitada, la misma información almacenada en la memoria (señal digital) se traslada al circuito QY200 para

Figura 5 Equivalente a 14.235 microsegundos en plano horizontal 40 96

98 102

102

Tiempo de barrido horizontal

66 27

Número de líneas horizontales de imagen en plano vertical

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que, a través de los circuitos D/A ZY202, ZY205 y ZY207, sea transformada en una señal análoga. Al mismo tiempo, estos circuitos D/A recuperan la información original que fue procesada; es decir, la imagen auxiliar antes del proceso multiplexor. Los circuitos LPF matrix contienen una combinación de transistores que se encargan de reforzar las señales RGB de la imagen auxiliar; estas señales se incorporan al circuito integrado IC916, encargado de controlar los niveles de brillo y contraste a través de potenciómetros y, en los equipos de nueva generación, a través del sistema EVR, aprovechando al circuito EEPROM. El circuito integrado IC916 recibe las señales RGB de la imagen principal y las envía hacia los circuitos sumadores, donde son integradas a los componentes RGB auxiliares. En este mismo circuito también se agrega la información de caracteres especiales que provienen del microprocesador. Analizando la forma de onda de la figura 6, se observa la imagen auxiliar al lado derecho de la imagen principal. Si el proceso de suma se realiza al principio de la imagen principal, entonces la imagen auxiliar se presenta en la parte izquierda de la pantalla; pero si la suma se inicia indistintamente, la imagen auxiliar se presenta tanto en el lado izquierdo como en el derecho. El cambio de posición vertical se lleva a cabo cuando al número de líneas horizontales principales se agrega la señal auxiliar, tomando en cuenta cada campo de imagen. La suma de imágenes ocurre en forma similar que en el caso horizontal (figura 7), con la salvedad de que la

Figura 7

27 H 170H

64 H CAMPO VERTICAL Extremo inferior de la imagen

Extremo superior de la imagen

imagen auxiliar se ubicará en la parte inferior o superior de la pantalla, dependiendo del lugar en que sea agregada.

Operación del circuito de barrido vertical El circuito de reflexión de los retroproyectores es bastante parecido al de los televisores, con excepción de los siguientes puntos: a) Cuenta con tres bobinas de deflexión conectadas en serie, debido a que utiliza tres tubos de imagen. b) Emplea un circuito de protección para impedir que se quema o dañe la pantalla de los tubos de imagen; esto en caso de que exista la pérdida de deflexión vertical. c) La linealidad vertical es ajustable. El circuito de deflexión vertical realiza dos funciones principales: generar la señal de diente de sierra y proporcionar la amplificación suficiente para poder excitar al yugo de deflexión; además proporciona la señal para borrar el haz electrónico en el momento del retorno vertical. Figura 8

Figura 6

Imagen auxilar

7.95µseg

Circuito de deflexión vertical Q501 SYNC CIRCUIT

40.3µseg

14.235 µseg

SAWTOOTH WAVE GENERATOR

63.5µseg Extremo izquierdo de la imagen

Periodo horizontal de la imagen principal

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Q301 DIFERENTIAL AMP CIRCUIT

OUTPUT CIRCUIT PUMP-UP CIRCUIT

DEFLECTION COILS

Extremo derecho de la imagen

El circuito de deflexión es un amplificador de tipo diferencial que se encuentra dentro del circuito Q501; en éste se encuentran las secciones de sincronía vertical, generador de diente de sierra y circuito reforzador (figura 8).

Figura 9 Circuito de salida de deflexión vertical VCC 270

D301

3 SW

Circuito de salida vertical El circuito de salida vertical recibe la señal de diente de sierra que proviene de la terminal 4 del circuito Q501, produciendo la conmutación del switch electrónico dentro del circuito integrado Q301 (figura 9). Durante el periodo de exploración, el switch conmuta y conecta a tierra la terminal 6 del circuito Q301 haciendo que el voltaje (27 voltios) en la terminal 3 sea igual que en la terminal 2. Este voltaje se aplica directamente al transistor Q3, provocando su conducción a través de las tres bobinas de deflexión y cargando al capacitor C306. Durante el periodo de retorno, el conmutador conecta la terminal 6 con la terminal 7, suspendiendo con ello la alimentación del transistor Q3 (y en ese momento el capacitor C306 se descarga, impulsando la corriente en sentido inverso hacia las tres bobinas de deflexión). El resultado final de la conmutación del transistor Q3, es la desviación electromagnética del haz electrónico en sentido vertical sobre las tres pantallas. Si la corriente de deflexión vertical no llega a las bobinas, entonces aparece una línea horizontal en las pantallas; debido a que en este tipo de tubos de imagen no existe máscara de sombras, todo el haz electrónico se concentra en las pantallas fluorescentes, provocando el daño inmediato de las mismas. Para evitar que esto ocurra, siempre que existe la pérdida de deflexión

Q3 2 BIAS 5

DY R

R310 DY G R347 DY B

Q301 AN5521 4

L302 C312

C306

1 FROM Q501

R345 R305 IY

vertical, el haz electrónico de los tres tubos de imagen se interrumpe. En el modo de operación normal de este circuito, se presenta una señal de diente de sierra en la unión del capacitor C306 y la resistencia R345, provocando que el transistor Q340 encienda y apague repentinamente al ritmo de la frecuencia vertical, y que su voltaje sea filtrado por el capacitor C340; de esta manera, se mantiene la conducción de Q341 y Q342, y como resultado el diodo D340 es bloqueado al no tener acción alguna con la sección de borrado vertical. Si se pierde la deflexión vertical, no se genera voltaje en el punto de unión del capacitor C306 y la resistencia R345, bloqueando a los transistores Q340, Q341 y Q342; esto provoca que la fuente de 33 voltios se aplique a la sección de

Figura 10 Circuito de deflexión horizontal

14.5V

IC501

32FH OSC.

HORIZONTAL COUNT DOWN

D403

HORIZONTAL PRE-DRIVE.

DRIVER

HOR. OUT. TRANSFORMER T462

TRANSFORMER Q404 Q402 T401 HORIZONTAL HORIZONTAL OUTPUT DRIVE

DY R

VCC 115V

C442 C443

DY G

DY B

LOW B +

VCC 115V

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video a través de la resistencia R343 y del diodo D340, bloqueando a su vez a los tubos de imagen, con la consecuente disminución de la brillantez.

Circuito de arranque horizontal IC501 9 AUDIO 33V

Operación del circuito de barrido horizontal

• En los retroproyectores, la sección de barrido horizontal cuenta con tres bobinas de desviación, debido a que emplea tres tubos de imagen; estas tres bobinas están conectadas en paralelo (recuerde que las bobinas de deflexión vertical están conectadas en serie). • Además, el circuito de alto voltaje y el circuito de deflexión o de salida horizontal son sistemas separados y utilizan un fly-back, mismo que no cuenta con sección de alto voltaje; también dispone de una bobina de anchura, la cual permite corregir problemas de distorsión de anchura y el defecto de pincushion o “efecto

14.5V

10 D403/C410

R412

VCC 115V

El propósito del circuito de deflexión horizontal, es proporcionar una corriente de diente de sierra de 15,734 Hz a las bobinas de desviación horizontal, para mover el haz electrónico de izquierda a derecha, y viceversa, sobre las pantallas de cada uno de los tubos de imagen (figura 10). Esta sección en los retroproyectores queda integrada, a su vez, por tres secciones básicas: el circuito de arranque horizontal, el circuito de excitación y el circuito de salida horizontal. En conjunto, todas ellas realizan un trabajo similar al que ejecutan en los televisores convencionales; sin embargo, existen diferencias en su estructura que son importantes de mencionar:

Figura 12

Figura 11

Q400

L401

R413 R442

14.5V F01

R414

D404

D403

TO HV CIRCUIT

R440 A HOR. OUT CIRCUIT

R411

Q 402 HOR. DRIVE

C409

de cojín”; ambos son corregidos por el circuito de convergencia sin tener la necesidad de contar con una sección especial de pincushion. • En el caso de los sistemas de alimentación o fuentes secundarias (que se toman del circuito de salida horizontal) y éstos se han incrementado para alimentar circuitos nuevos: el PIP, el circuito de convergencia, el de enfoque electromagnético, etc.

Circuito de arranque horizontal Cuando se enciende el televisor, opera momentáneamente el circuito de arranque horizontal start-up (figura 11), y la línea principal de 115 voltios y de 33 voltios se activa al mismo tiempo. La línea de 115 voltios es aplicada al transis-

Circuito de excitación horizontal

D403 FROM Q400

Q501

D404 R440 10

L 401

R441

R415

3 4

C413 C402

Q404

T401 1 2

Q402

C409

C463 L411

C417

R416

R417

C416

115V

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Figura 13 Circuito de salida horizontal

D461 H OUT 3 T 462

L410 DRIVE T401

H OUT Q404

D462

-12V

10 C440

DYR

L411

HEATER

C441

C463

Co L441 LIN

D408

DYB

DYG

+1000V

+14.5V

D409

D302

+14.5V

C450

D406

+27V +220V

R441

L442 WIDTH

C442

C443

VCC 115V

tor Q400 y, cuando éste conduce, la corriente fluye desde la línea de B+ de la salida de audio hasta el resistor R412 y los transistores Q400 y Q402. De esta manera, se generan 8 voltios en el punto A que son aplicados en la terminal 9 del circuito integrado IC501, pasando previamente por el resistor R413. Este mismo voltaje activa al oscilador horizontal y al pre-driver dentro del mismo IC501. El transistor drive horizontal Q402, es dependiente de la señal que aparece en la terminal 10 del circuito integrado IC501 (figura 12), y cada vez que ésta se encuentra en un nivel alto, la corriente de la base del transistor drive fluye a

través de los resistores R440 y R441, y a partir del colector, fluye hacia el embobinado primario del transformador T401. En ese momento es cuanto el transistor de salida horizontal no conduce, debido a que emplea el sistema de excitación por apagado; es decir, existe una conducción alterna entre los transistores drive y de salida horizontal.

Circuito de salida horizontal La exploración horizontal se logra en forma similar a la del sistema del televisor convencional; esto porque de igual forma se requiere aplicar sobre las bobinas de deflexión una señal de

Figura 14 Circuito generador de bajo voltaje

D461 H OUT 3 T 462

L410 DRIVE T401

H OUT Q404

D462 -12V

10 C440

C441

C463 L411

DYR

DYG

DYB

Co L441 LIN

C450

+1000V

HEATER D408 +14.5V

D409

D302

+14.5V

D406

+27V +220V

R441

L442 WIDTH

C442

C443

VCC 115V

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Figura 15 Circuito generador de alto voltaje 9V

T4B1 FBT

12V

10 C427

Q408 R425

R416 0501

Q415

H DRIVE 10

T420 Q407

R422

Q420

C421

C420

5500p

C432

L420

C420

HFB

C425

R423 R X

HV 440 M 12

4.7k

R438 8.2k

ABL

VCC

diente de sierra, que en este caso se obtiene por la conducción del transistor de salida horizontal y el diodo damper Q404. Básicamente, durante la exploración horizontal (figura 13) la corriente a través del diodo damper explora la mitad izquierda de la pantalla y, posteriormente, la corriente generada por el transistor de salida horizontal explora la mitad derecha; durante el periodo de retorno, tanto el diodo damper como el transistor de salida horizontal se bloquean, por lo que utilizan la corriente de oscilación del circuito tanque (capacitor de resonancia y bobinas de deflexión). Debido a que la fuente de alimentación genera el alto voltaje en otro circuito separado del transformador T462, éste es utilizado únicamente para producir los voltajes bajos (figura 14), y

su modo de operación es idéntico al del fly-back, pero con la diferencia que no existe devanado de alto voltaje. Por su parte, el circuito de alto voltaje –que suministra un voltaje de 31KV– está conformado por un circuito generador, un circuito estabilizador y un circuito de protección contra rayos X, que funciona con los 115 voltios que proporciona la fuente principal (figura 15).

La sección de enfoque y el circuito estabilizador Como se mencionó anteriormente, en los televisores de retropoyección se han adoptado sistemas sofisticados en las secciones de barrido y en la sección de enfoque. En esta última se utili-

+12V

Figura 16 R5 820

R55 820

Circuito de enfoque estático

Q2 +15V I2

R4 6.2k 3.7Vp-p(V) FROM Q101 VPI-VPO

R7 1k

PR 1

3+ 7 -Q3 6 4

I2 RTH

QM04

+15V R6 10k

R2 1K

QM02

V01

3+ 0 1 - Q4 2 4 -12V

1k 200P 18k

RF 750

PM02 1

QM05

-12V

3 VHF

L472 RED STATIC FOCUS COIL

RK 10

13 Q1 R3 1K

TO B FOCUS SYSTEM R35 1K

TO G FOCUS SYSTEM

-12V

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Figura 17 Circuito estabilizador de alto voltaje 115V R434

R431 D420

D429

C423

Q409

Q410

R432

D422

R429 R435 R451

+12V T461 FBT

R433

Q405

D424 Q401

12 11

C465

R427 R426

A2 +

+ 2

za un enfoque de tipo electromagnético; es decir, los haces electrónicos se enfocan por medio de un movimiento giratorio que se logra al aplicar un campo magnético paralelo (figura 16). La potencia resultante, es empleada para obtener una buena calidad en la imagen. Sin embargo, para poder utilizar este sistema de enfoque, es necesario mantener el alto voltaje extremadamente estable; por esta razón se incluye un circuito estabilizador de alto voltaje. En la figura 17 podemos observar al circuito integrado Q401, que contiene dos amplificadores operacionales. El voltaje que proviene del flyback T461, entra por la terminal 3 no inversora del amplificador A1; advierta que la razón de esto, es que la entrada de la terminal 2 inversora se encuentra unida a la terminal 1 de salida del mismo amplificador A1. De esta forma, el voltaje detectado por el amplificador A1, sale por la terminal 1 y es aplicado a la terminal 5 no inversora del amplificador A2. Por la terminal 6 no inversora de A2, ingresa un voltaje de referencia (32 voltios) enviado por el diodo zener D420, y que se obtiene al dividir el voltaje inicial entre las resistencias R432, R451, R433. El voltaje de error que sale por la terminal 7 del IC401, disminuye en caso de que el alto voltaje también disminuya; y como consecuencia, las corrientes de base y colector del transistor Q405 también decrecen, provocando a su vez la

X-RAY PROTECT

R430

D423 1

HV OUT VCC

C422

D474

C431

R421 HV

R445

D421

R436

R424

Q501 +14 CONTRAST

reducción de la corriente que fluye por los resistores R434 y R445, elevando con ello el voltaje en la base del transistor Q409. Entonces, debido a que el circuito compuesto por los transistores Q409 y Q410 forma un circuito emisorseguidor, al aumentar el voltaje del emisor de Q410 se provoca también el aumento del alto voltaje. En el caso de los proyectores, el sistema de enfoque electromagnético emplea un yugo de enfoque con un imán permanente y una bobina de compensación de temperatura; en este caso, es necesario suministrar corriente a la bobina para compensar la temperatura. Estos equipos también utilizan el enfoque dinámico, con el cual una señal de configuración parabólica de 60 Hz fluye a través de la bobina para corregir el enfoque en la periferia de la imagen; dichos sistemas de enfoque son aplicados en los tres cañones.

Circuitos similares a los de un televisor Como se mencionó en la primera parte de este artículo, no ahondaremos en el funcionamiento de las etapas que son similares entre un proyector o retroproyector y un televisor convencional, como es el caso de las secciones de audio, la fuente de alimentación conmutada y el microcontrolador, ya que estos circuitos básicamente son los mismos en ambos sistemas.

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EL VISUALIZADOR DE CRISTAL LIQUIDO DE LAS VIDEOCAMARAS Armando Mata Domínguez

Las pantallas de cristal líquido se hicieron populares desde hace unos 25 años, con los relojes de pulsera y las calculadoras; no se pensaba entonces que estos dispositivos podrían rivalizar (dentro de ciertos límites) con el tubo de rayos catódicos en la función de despliegue de imágenes. En este artículo haremos una breve revisión de los principios de operación de las pantallas de cristal líquido con matriz activa, para explicar enseguida su integración funcional en las modernas cámaras de video, así como algunos aspectos relacionados con el servicio a estos visualizadores de imágenes.

Introducción Aunque la técnica más utilizada para el despliegue de imágenes en pantalla ha sido por décadas el tubo de rayos catódicos (TRC), las llamadas “pantallas planas” cada vez se utilizan con mayor frecuencia, básicamente por dos ventajas: portabilidad y bajo consumo de energía. Y no obstante que no superan al TRC en cuanto a contraste, luminosidad, respuesta, matices de gris, gama cromática y costo, ofrecen ya un futuro prometedor. Las principales técnicas que han logrado cierta aceptación en el mercado, son las pantallas electroluminiscentes, los paneles de plasma y las pantallas de cristal líquido, aunque de hecho en las dos últimas parece centrarse el futuro de los dispositivos de despliegue de imágenes. Incluso, en la actualidad se les utiliza en computadoras, videocámaras, televisores, etc. Figura 1.

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Figura 1

En este artículo vamos a ocuparnos brevemente de la operación de las pantallas de cristal líquido, para enseguida explicar su funcionamiento en las modernas cámaras de video portátiles, finalizando con una serie casos de servicio relacionados con este tipo de visualizadores. Al inicio de los años 70 se comenzó la fabricación de equipos con pantallas de cristal líquido; tal es el caso de relojes, calculadoras, paneles de control y, posteriormente, televisores portátiles.

Pantallas de cristal líquido en videocámaras Una de las aplicaciones más populares del cristal líquido en el ámbito del video, es el monitoreo de imágenes a grabar o ya grabadas (modos PB y REC) en las videocámaras. Hasta hace algunos años, estas máquinas hacían uso exclusivo de un visor electrónico con un diminuto tubo de imagen (cinescopio) en blanco y negro, de un tamaño inferior a una pulgada. En la actualidad, este visor también se combina con pantallas de cristal líquido que presentan imágenes en color, y cuyo tamaño más usual es de 2.5 ó 3.5 pulgadas (figura 2). Con sólo abrir la pantalla abatible, ésta se energiza de inmediato y se desenergiza automáticamente el visor electrónico de tubo de imagen; al ser cerrada, vuelve a desenergizarse y, por consiguiente, a energizarse el visor de tubo

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de imagen; existe un solo momento en que ambos sistemas de visualización operan: cuando se abre y se gira hacia el frente la pantalla abatible, con el fin de monitorear la imagen desde dos ángulos totalmente diferentes.

Generalidades sobre los cristales líquidos El cristal líquido fue descubierto en 1889 por el botánico Friedrich Reinitzer, un notable personaje británico de ascendencia austríaca. Poste-

Figura 2 A Cinescopio miniatura de blanco y negro para cámaras de video

Videocámara con pantalla LCD en color

riormente, basándose en la observación de ciertos componentes orgánicos puros, él y el físico alemán Otto Lehmann postularon la existencia de un cuarto estado de la materia: el líquido cristalino. El cristal líquido es un compuesto orgánico de consistencia viscosa y ligeramente amarillo, que se produce al combinar carbón, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno; dentro de su estructura atómica se observa un posicionamiento molecular específico; además, se considera que las partículas que forman dicho compuesto son de aspecto alargado (semejante al cuerpo de un rodillo); de este modo es posible representarlas con un eje mayor longitudinal, aunque también es importante considerar que, a noventa grados de él, existe otro eje eléctricamente bipolar; los dos ejes entre sí forman un par de líneas perpendiculares. Con base en el acomodamiento molecular que caracteriza al cristal líquido, se puede clasificar éste en los siguientes tres tipos:

Figura 4

Cristal nemático

Figura 5

Los ejes longitudinales de cada molécula se ordenan en paralelo entre sí, tomando una disposición diferente en altura respecto a las moléculas cercanas; de tal suerte, se observa una especie de veteado en la estructura molecular (figura 3). El cristal nemático se emplea principalmente en las pantallas o displays (visualizadores) del tipo LCD (Liquid Crystal Displays); a su vez, éstos se utilizan en relojes, calculadoras, receptores de radio, multímetros digitales, etc.

Cristal colestérico Los ejes mayores principales se ordenan en la misma dirección, pero con pequeños ángulos de

Figura 3 Organización molecular del cristal líquido nemático

Organización molecular del cristal líquido colestérico

desplazamiento entre cada molécula. Según los expertos, esto visto de frente causa el efecto de espiral (figura 4).

Cristal esmético Se aprecia un alto grado de ordenamiento entre cada una de las partículas, formando sucesivas capas en paralelo que apuntan hacia la misma dirección (figura 5). Cabe señalar también que los líquidos esméticos aún se utilizan en el ámbito comercial e industrial, y que incluso siguen siendo objeto de estudio en laboratorio.

Organización molecular del cristal esmético

Estructura de la pantalla de cristal líquido La estructura general de una pantalla (reflector en este caso) se forma con dos placas de vidrio que en conjunto tienen un espesor de un milímetro; cada una es de medio milímetro, y cuenta con un recubrimiento de material conductor transparente (óxido de indio y estaño, o simplemente óxido de estaño). Este complemento conductivo se ofrece en arreglos simples, con signos numéricos, aritméticos, alfanuméricos (letras y números), con figuras o dibujos especiales o en complicados montajes que se utilizan en pantallas de televisores, computadoras y videocámaras. Si, por ejemplo, tenemos un display de números, de siete segmentos por placa, cada uno de

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Figura 6

Placa de vidrio

Luz externa

Conductores o líneas de polarización transparente 0 voltios

Moléculas orientadas en la misma dirección

Placa de vidrio La luz atraviesa

éstos cuenta con una línea de polarización eléctrica muy delgada, la cual tiene conexión con los extremos de las placas de vidrio; además se emplea una sustancia química (silicio), con la finalidad de alinear las moléculas cristalinas de manera que sus ejes longitudinales se orienten en forma perpendicular con respecto a cada cara interna de las placas de vidrio; entonces éstas pueden utilizarse como separador, dejando entre ambas un espacio de apenas 2 micras y, en uno de los lados, una entrada pequeñísima para inyectar el cristal líquido. Cuando no se aplica voltaje alguno sobre las líneas de conexión de cada segmento, todas las moléculas permanecen orientadas en una misma dirección (figura 6); puesto que de este modo la luz que incide sobre las pantallas pasa y se refleja en el pequeño elemento reflector con que está provista cada una de ellas, se logra un efecto de transparencia. En el instante que se aplique un voltaje a las terminales conductoras que forman al segmento del dígito, las moléculas más cercanas a éstas experimentan una electrización y, de manera automática, se acomodan en grupos (figura 7). La posición tan especial lograda en las pequeñas zonas moleculares, hace que la luz se refracte en diferentes ángulos; gracias a esto, se obtiene el efecto esmerilado del vidrio y el dibujo de los dígitos o mensajes. Este efecto se logra únicamente en las zonas donde queden al frente las placas superior e inferior de los conductores, y no en donde corren las líneas de conductor delgado.

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Como conclusión de lo que acabamos de explicar, puede considerarse que el cristal es normalmente transparente y que se vuelve opaco al ser afectado por un voltaje (lo cual provoca el movimiento de las moléculas). También hay que tomar en cuenta que la temperatura extrema modifica el funcionamiento de este tipo de dispositivos; es decir, dado que las temperaturas inferiores o superiores hacen que las moléculas se muevan con mayor lentitud, se produce un calor excesivo y –por ende– la eliminación de los caracteres. Estos visualizadores consumen muy poca energía (aproximadamente 10 microamperios), porque no son atravesados por ningún flujo de corriente; y en vista de que no emiten luz (sino que aprovechan el reflejo que de ésta llega desde el exterior), sólo pueden aplicarse en sistemas de oscuridad en los que se utilice una lámpara externa. Gracias a su versatilidad, este tipo de pantallas se utilizan en equipos que manejan lenguaje digital; en tal caso quedan asociadas directamente al microprocesador, dentro del cual se encuentra el circuito decodificador que se necesita para excitar a cada uno de los elementos cuya cantidad puede multiplicarse para finalmente formar pantallas con gran cantidad de pixeles o segmentos. La introducción de filtros de color (figura 8) en cada una de las celdas o cristales de la pantalla en cuestión, ha permitido fabricar pantallas a color que pueden reemplazar a los pequeños cinescopios convencionales. Sin embargo,

Figura 7 Placa de vidrio

Luz externa

Moléculas en estado aleatorio

+ -

Placa de vidrio

Conductor transparente

La luz no atraviesa en las zonas donde se aplica una tensión eléctrica. En este ejemplo suponemos que toda la placa está polarizada.

Figura 8A

Figura 9

Esquema de pixeles (una triada RGB equivale a un pixel; en la pantalla van numerados horizontal y verticalmente)

1 2 3 B G R B G 1 G R B G R 2 B G R B G

358 359 360 G R B G R B G R B G R B G R

Pixeles

239 G R B G R B G R B G 240 G R B G R

B G R B G R B G R B G R B

Figura 8B

El cristal líquido está contenido entre dos placas de vidrio. En una se disponen los transistores que controlan los electrodos de cada pixel; en la otra se ubican los filtros de color RGB y un electrodo que cierra todos los circuitos. Así, elementos de polarización delanteros y traseros completan el sistema de la pantalla de cristal líquido con matiz activa, que se ilumina desde atrás. La fotografía muestra las moléculas de cristal líquido

Célula LCD

no transmisión (apagado); en las segundas, los voltajes varían en una escala continua de grises, por lo que la pantalla debe codificar mucha más información que la que admite una pastilla DRAM de tamaño parecido. tratándose de pantallas grandes, esta opción tiene la desventaja de presentar imágenes con falta de definición; así que sólo puede aplicarse en equipos de pantalla pequeña (lo cual ya se hizo en videocámaras Sony y Samsung, por ejemplo). De hecho, las pantallas de cristal líquido se convirtieron en una excelente opción para el despliegue de imágenes en color, cuando se les asoció una matriz activa. Estas se parecen mucho a las pastillas de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), en las que se almacenan cargas en un millón o más de posiciones distintas, cada una controlada por un solo transistor. La diferencia es que en una DRAM se leen o escriben los datos por filas, detectando la carga existente en cada posición, mientras que en una pantalla de cristal líquido con matriz activa, todas las posiciones pueden estar activas simultáneamente. Otra diferencia es que en las DRAM se almacenan datos digitales, mientras que en las pantallas de matriz activa los datos son analógicos. En las primeras cada célula debe hallarse en estado de transmisión (encendido) o en estado de

Circuitos involucrados en el funcionamiento del display LCD Para presentar las imágenes, los visualizadores que se emplean en las videocámaras activan y desactivan a cada uno de los pequeños segmentos ubicados en el frente de la pantalla (pixeles); pero para ello, primero deben colocarse sobre cada uno de éstos los filtros de colores primarios (R-G-B). Figura 8 y 9. El hecho de que se utilicen voltajes para activar (de manera uniforme o alternada y modulada en intensidad) a los segmentos, provoca que cada uno de éstos se abra o semi-abra; en tales circunstancias, serán atravesados por la luz que proviene de una lámpara fluorescente ubicada en la parte posterior de la pantalla (figura 10). El circuito encargado de la modulación y activación de cada segmento, es el “decoder RGC” (decodificador de señales de imagen de RGB); éste recibe una señal de video compuesto cuyo valor aproximado es de 0.45 voltios de pico a pico, para procesarla y convertirla en tres señales de imagen de color RGB (rojo, verde y azul);

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Figura 10 ESTADO TRANSMISOR

ESTADO NO TRANSMISOR

Filtros polarizantes

En una pantalla de cristal líquido, las moléculas (en forma de trenzas) se disponen de manera que gire el plano de polarización de luz. Los pixeles no activados dejan pasar la luz hacia un segundo polarizador (izquierda); cuando se aplica un voltaje, se deshace la rotación y la luz queda bloqueada (derecha).

Vidrio

Cristal líquido nemático

Voltaje

Vidrio

Cristal líquido nemático Filtros polarizantes

entonces el circuito drive (figura 11) refuerza el valor de voltaje de estas señales, convirtiéndolas en señales de imagen cuyo valor es de 3.2 voltios de pico a pico; este voltaje, suficiente para modular la intensidad de cada segmento, se hace llegar a través de un conector flexible que enlaza al propio circuito drive con las terminales de la pantalla de cristal líquido; además de manejar las señales de imagen RGB, este conector permite la llegada de voltaje de polarización y

Figura 11

de pulsos de conmutación vertical y horizontal. Con ello, se crea un desplazamiento sobre cada fila y columna de los segmentos localizados en la pantalla. El conexionado del display LCD, se complementa con la polarización de la lámpara fluorescente que es habilitada por medio de un reactor o autotransformador; éste recibe un voltaje de corriente alterna a través del bloque convertidor D/A, mismo que, a su vez, recibe un com-

0.7 VPP

3.2 VPP

Lámpara

0.45 VPP

Video

Decoder RGB

R G B

Drive RGB

R G B

R G B VGL VGH HSY VC DC

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LCD Interface

Volt. Unreg.

D/A CONV.

ponente de corriente directa (por lo que se le considera un convertidor de DC a AC).

Figura 12 Lámpara (foco)

Fallas comunes en este tipo de visualizadores Falla 1 Síntoma: No había brillantez en la pantalla. Pruebas realizadas: Se verificó que la lámpara fluorescente (que comúnmente está apagada) estuviese emitiendo luz, y que su voltaje de alimentación no excediera los 10 voltios. Solución: Se reemplazó la lámpara, porque al parecer estaba fallando. En caso de que no haya voltaje de alimentación, será necesario reemplazar la unidad de polarización convertidor D/A. Comentarios: Para verificar que haya imagen, en la parte posterior de la pantalla puede colocarse una lámpara (pero antes, para tener acceso a ésta, deben retirarse sus cubiertas y demás elementos, figura 12).

Falla 2 Síntoma: La imagen aparecía en color magenta, cyan, amarillo, rojo, verde o azul. Pruebas realizadas: Al hacerse una revisión, se descubrió que estaban abiertas las líneas de los conectores flexibles que enlazan a la tarjeta principal con la entrada del display. Esto sucede con frecuencia, debido a que las pantallas se abren y se cierran cuando son utilizadas por el usuario (la verificación de líneas abiertas debe hacerse después de comprobar la presencia de las tres señales RGB provenientes de la tarjeta principal; si no existen o sólo llegan hasta las terminales de entrada del display, significa que el problema está en la tarjeta principal de excitación del LCD o en el ensamble de segmentos). Solución: Aunque bastaba con repararlas, decidimos reemplazar las líneas abiertas del cable flexible. Comentarios: Es más recomendable hacer el reemplazo de los cables de cinta flexibles.

A través de la parte frontal se debe observar la imagen

Falla 3 Síntoma: No había imagen, pero sí brillantez en la pantalla. Pruebas realizadas: Se verificó el rastreo de la señal de imagen en la entrada del circuito decodificador, en el “drive RGB”, en la tarjeta interfaz de conexiones y en las terminales de entrada del display. Solución: Se reemplazó el circuito integrado, porque había entradas pero no salidas. Comentarios: Es recomendable reemplazar el ensamble del display, en caso de que todas las señales lleguen.

Comentarios finales Siempre tenga en cuenta que el visualizador no puede repararse por separado, y que cuando sea necesario reemplazarlo habrá que desarmar primero, por completo, el compartimiento de la pantalla (figura 13). Si detecta usted que los circuitos integrados son la causa del problema, a veces es mejor hacer el reemplazo total de la tarjeta de circuito impreso (sobre todo cuando es independiente de la tarjeta principal) en vista de la gran cantidad de componentes y del reducido tamaño de los mismos.

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Figura 13

Primer paso: Desmontar el ensamble del LCD del chasis de la videocĂĄmara

ArnĂŠs de cables flexibles

Segundo paso: Retirar pantalla del bastidor

Tercer paso: Retirar cubierta para tener acceso a la pantalla LCD

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SINCRONIZACION DEL MECANISMO DE CARRUSEL DE REPRODUCTORES DE CD AIWA Armando Mata Domínguez

Procedimiento de desensamblado

Entre los equipos de audio de la marca Aiwa, hay algunos modelos que emplean en su reproductor de discos compactos un sistema de charola de presión de tres discos. Este sistema emplea un mecanismo de la versión KSM que, al igual que la mayoría de los sistemas mecánicos, después de cierto tiempo de uso, puede presentar problemas en su funcionamiento. En este artículo, nos referimos al procedimiento a seguir para la sincronización mecánica.

Para que pueda tener un acceso libre al mecanismo, primero retire las cubiertas del equipo (figura 1). Una vez que el sistema mecánico se encuentre al descubierto, retire los tornillos y conectores

Figura 1

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Figura 2

Figura 4

Conector Switch de pick-up

Switch de puerta

señalados en la figura 2 y extraiga la charola. Para que le sea más fácil retirarla, procure abrirla hasta su límite; para ello, tome el sistema mecánico por la parte inferior y gírelo. Finalmente, presione el par de lengüetas plásticas indicadas en la figura 3.

Remoción de los engranes Una vez retirada la charola, extraiga los engranes del sistema mecánico para tener acceso al switch de puerta y al switch de pick-up (figura 4). El switch de puerta se encarga de detectar la posición de la puerta (abierta o cerrada). Una falla en este dispositivo impide que dicho compartimento se abra o se cierre, según sea el caso.

Presione las lengüetas

Por su parte, el switch del pick-up es responsable de detectar la ubicación del sistema de lectura, indicando al microprocesador si el pick-up se encuentra arriba o abajo (figura 5). Cuando este switch falla, provoca que el ensamble no suba o baje y que, en consecuencia, no se pueda reproducir ningún disco. Para solucionar cualquiera de estos problemas es necesario limpiar el switch o sustituirlo.

Sincronización mecánica Debido a que para dar servicio a los interruptores de puerta y de pick-up fue indispensable retirar previamente los engranes, lo más probable

Figura 3 B Extraiga

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Figura 5

Figura 7 Switch de pick-up

Ensamble arriba

es que después de ensamblar el sistema, necesite realizar ciertos ajustes mecánicos para que el funcionamiento del equipo no se vea afectado. Veamos en qué consiste el procedimiento de ajuste para esta sección.

Colocación del engrane elevador Para colocar correctamente el engrane elevador observe la figura 6. Es importante que aprecie la posición que, en ese momento, adquiere el switch detector de pick-up. Figura 6

Marca en forma de flecha dirigida hacia el ensamble pick-up

de puerta si el compartimento está abierto o cerrado. Además, gracias a sus diferentes niveles de engranaje, por medio de este engrane se puede abrir y cerrar la puerta o subir y bajar el pickup; también, es el encargado de la función flotante de la charola (característica con que cuentan todos los equipos de esta serie). De esta manera, es posible ordenar que se abra la charola mientras se está reproduciendo un disco y poder cambiar los dos discos restantes.

Posición del engrane de cremallera La posición adecuada en que se debe colocar el engrane de cremallera se observa en la figura 8. El orificio indicado es la referencia para insertar la charola; es preciso cuidar que el primer diente de la cremallera de la charola coincida con dicho orificio (figura 9).

Figura 8

Engrane de cremallera

Posición del switch de pick-up

Sincronización del engrane CAM Es importante cuidar que el engrane CAM sea colocado en la posición correcta (figura 7); recuerde que es el encargado de indicar al switch

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Figura 9 Primer diente de cremallera

Cremallera

Engrane de cremallera

Verificación de ajustes Una vez que ha insertado la charola, es indispensable verificar la sincronización del sistema mecánico. Para el efecto, gire manualmente, en sentido de las manecillas de reloj, el engrane localizado en la parte inferior de la misma charola (figura 10).

Figura 10 Engrane de impulsión

pués de que el ensamble de pick-up baje. Si continúa girando el engrane, la charola debe salir. Existe la opción, en caso de que no desee realizar el ajuste de manera manual, de aplicar un voltaje de 3 a 4.5 voltios al motor de carga para inducir los giros en el engrane. Invierta las polaridades para lograr el giro en los sentidos indicados anteriormente. También es importante cuidar la banda impulsora del motor de carga, ya que ésta tiende a cristalizarse o a aflojarse a causa de la alta temperatura o la humedad; esto provoca, en ocasiones, que el movimiento de entrada y salida de la charola no sea correcto y que el sistema mecánico se trabe. Es común que el técnico confunda esta falla con un problema de sincronización mecánica. Para evitar esta situación, tome como referencia la banda mostrada en la figura 11; siempre que se encuentre en esa posición, debe medir los centímetros ahí indicados. Finalmente, otro problema que puede presentarse en este sistema mecánico, puede estar relacionado con un daño en el cable flexible. Es necesario comprobar la continuidad de éste, ya que de lo contrario, es probable que la charola se atore, impidiendo que se abra o se cierre.

Mantenimiento de la charola En el caso específico del compartimento de disco, este sistema no necesita una sincronización mecánica porque ésta se realiza de forma auto-

Figura 11 Banda de impulsión

Inserte el compartimento de la charola hasta el tope pero sin dejar de girar el engrane; entonces, el ensamble de pick-up tiene que subir. Al quedar el pick-up arriba, la charola comienza a salir. Esto es, lo que constituye en sí, el movimiento de la versión flotante. Ahora, gire nuevamente el engrane, pero en sentido contrario. La charola deberá entrar des-

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Figura 9 Sensores

mática cuando el equipo es energizado y se produce un giro de reconocimiento. Este giro realiza una vuelta completa de la charola; si el movimiento es lento, el microprocesador recibe unos pulsos provenientes de los sensores (figura 12) indicando la alteración en la velocidad del giro y el equipo se bloquea. Es por ello que debe cuidar que los sensores estén limpios: utilice cotonetes –pero sin humedecerlos– para retirar el polvo almacenado que puede impedir que los sensores capten las señales correctamente. Por último, verifique que el cable conector de los sensores no esté dañado.

Figura 9 Pestañas o engranes

Otras fallas Ya para finalizar, otro problema que suele presentarse en este mecanismo, es la posición incorrecta de los compartimentos de disco; es decir, que éstos en vez de estar sobre el pick-up se encuentren ligeramente fuera de posición. Cuando esto sucede, es probable que el ensamble de pick-up no suba y, por lo tanto, no se puede reproducir ningún disco. Ahora bien, puede suceder que a pesar de que la charola abra y cierre, logrando hacer girar el disco, la misma posición incorrecta del compartimento impida la elevación del pick-up para que realice la lectura. La causa de estas anomalías, es la alteración óhmica de los resistores correspondientes a los sensores ópticos de posición de charola. Estos sensores son los responsables de detectar los engranes señalados en la figura 13; una vez que los reconocen, envían -a través de los resistores y transistores indicados- el tren de pulsos resultante al microprocesador. En otras palabras, la alteración óhmica de estos resistores provoca que los pulsos lleguen fuera de tiempo al microprocesador; así, cuando éste recibe una orden errónea, induce una posición incorrecta de los compartimentos. La solución, consiste en sustituir las resistencias por otras cuyo valor óhmico sea el adecuado.

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AJUSTE DE LA BANDA REGULADORA DE TENSION DE LAS VIDEOGRABADORAS José Luis Orozco Cuautle

En este artículo el autor presenta una técnica muy sencilla para realizar el ajuste de la banda reguladora de tensión, empleando únicamente un televisor en blanco y negro. Recuerde que cuando esta cinta no tiene la tensión adecuada, se produce inestabilidad en la imagen (cuando está “floja”) o un desgaste prematuro de las cabezas magnéticas (cuando la tensión de la cinta es mayor de la requerida). 50

Consideraciones previas Cuando introducimos un videocasete en una videograbadora, el sistema mecánico se encarga de extraer la cinta y de enhebrarla a través del sendero de cinta, pasando por el tambor o drum y el ensamble ACE (figura 1). Una vez enhebrada la cinta, el tambor empieza a girar a una velocidad de 1800 rpm y, en eso momento, da inicio el proceso de lectura o escritura del la imagen; mientras que el ensamble ACE se encarga de procesar la señal de audio (recuerde que en el caso de las videograbadoras que utilizan el sistema Hi-Fi, la grabación de audio se

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Figura 1A

Figura 1B Ensamble ACE

Tambor

Guía 4 Guía 3

Guía 5 Guía 6

Cabeza FE

Guía 7

Guía 2

Guía 8 Regulador de tensión (Guía 1)

Motor cabrestante (capstan) Guía 0

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Rodillo de presión

hace un contacto adecuado con el tambor y, por consecuencia, con las cabezas de video; esto origina que la lectura o la escritura en la cinta se ven afectadas. En el caso contrario (es decir, cuando la tensión de la cinta es mayor que la requerida), se provoca un desgaste prematuro de las cabezas de video, debido a que la cinta ejerce una mayor presión sobre ellas.

Figura 2

La banda reguladora de tensión

realiza a través de las mismas cabezas de video).

La tensión de la cinta Para que tanto el proceso de lectura como el de grabación se lleven a cabo sin problemas, es indispensable que al momento de que la cinta sea enhebrada, llegue al tambor con una tensión adecuada y uniforme. Si la cinta es enhebrada con una tensión menor (es decir, “floja”), se crea una inestabilidad en la imagen porque, en ese caso, la cinta no

Figura 3

Tentelómetro

Para lograr la tensión correcta de la cinta, la vidoegrabadora emplea diversos dispostivos. Uno de ellos es la palanca reguladora de tensión (generalmente es indicada como la guía No. 1), que se encuentra unida a un resorte y a una banda afelpada que la une con el carrete S; recuerde que el carrete S es el encargado de suministrar la cinta. Y es justamente la posición de esta banda, la que determina la tensión de la cinta (figura 2). Es importante señalar que el desajuste de la banda reguladora no es provocado por el uso normal del equipo; la alteración en su funcionamiento se presenta sólo cuando el resorte que la sostiene es manipulado.

Procedimiento de ajuste Para realizar el ajuste de la de tensión de la cinta, existe un equipo especial llamado “tentelómetro”, por medio del cual se mide la tensión apli-

Casete torque

Aunque realizar el ajuste con estos instrumentos es más recomendable, puede seguir los pasos indicados en este artículo.

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cada a la cinta (figura 3). Si la tensión es la adecuada, en el tentelómetro aparece una medida de 25 gramos. Otro instrumento con el que se puede verificar la tensión, es el llamado casete torque. Aunque hacer el ajuste con cualquiera de estos instrumentos es lo más recomendable, aquí le presentamos una técnica desarrollada por el autor para realizar el ajuste de la banda reguladora de tensión empleando únicamente un televisor en blanco y negro. También puede utilizar un televisor en color, pero verifique primero que cuente con control de sincronía vertical. Vemos más a detalle este procedimiento:

Figura 4 Método de comprobación del ajuste en la banda de tensión

A Desajuste que indica una tensión mayor en la banda

B Desajuste que indica una tensión menor en la banda

1. Como primer paso, le sugerimos que verifique la limpieza de la banda reguladora para asegurar que se encuentre libre de grasa o polvo; para ello, puede emplear un cotonete ligeramente humedecido con alcohol. En ocasiones, cuando la banda almacena cualquiera de estos residuos, se producen pequeñas vibraciones, provocando alteraciones en la tensión de la cinta. 2. Una vez limpia e instalada nuevamente, proceda a verificar su ajuste. Conecte el televisor a la salida de la videograbadora y sintonice el canal adecuado (3 ó 4). 3. Inserte y reproduzca un casete que, esté usted seguro, se encuentre en buen estado. 4. Observe la imagen. Procure realizar el ajuste sobre una imagen que contenga líneas que le faciliten la visión del punto de referencia, en la pantalla que indicaremos más adelante. 5. Mueva el control de sincronía vertical, hasta lograr que aparezca la línea negra sobre la pantalla. Si la banda está desajustada, en el tramo la imagen que limita con la parte superior de la línea, aparece una pequeña saliente de la imagen. Cuando la tensión es mayor, esta saliente se presenta cargada hacia el lado izquierdo y cuando la tensión es menor, se carga hacia el lado derecho (figura 4). 6. Una vez que determine la tensión en la cinta (mayor o menor), mueva el resorte para ajustar la banda hasta lograr que la imagen sobre la línea negra quede lo más vertical posible; es decir, sin ninguna saliente. Es importante mencionar que es normal que la imagen presente una pequeña vibración. 7. Después de que haya realizado el ajuste de la banda, recuerde que es necesario ajustar el sendero de cinta. Este procedimiento no se menciona aquí, por salir del tema de este artículo; usted puede consultar esta información en el libro Así reparo....Mecanismos de videograbadoras Sony (tipos II, III y IV), también de mi autoría. Puede advertir que este procedimiento es muy sencillo de llevar a cabo, y que le evita tener que adquirir herramientas no siempre al alcance del servicio técnico.

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EL SERVOMECANISMO DE TAMBOR EN VIDEOGRABADORAS SONY Carlos García Quiroz

Generalidades Como usted recordará, las videograbadoras utilizan un sistema de grabación/reproducción helicoidal, en donde el movimiento de las cabezas y de la cinta requieren de una velocidad constante. Cada movimiento que se ejecuta para la reproducción o la grabación de la cinta, está controlado por un servo específico; de tal manera, podemos hablar de un servo para el tambor, un servo para el capstan, un servo para los carretes y un servo para el rastreo automático. En el presente artículo enfocaremos nuestra explicación en el funcionamiento del sistema de tambor o drum; para ello tomaremos como referencia el modelo SLV-L40 MX de la marca Sony. ELECTRONICA y servicio No.22

Dada la amplitud de la banda de frecuencias involucradas en las señales de video, para su grabación y reproducción, se emplea un sistema que permite correlacionar la velocidad a la que giran las cabezas con la velocidad de desplazamiento de la cinta. Es por ello que en las videograbadoras se incorpora un sistema de tambor (drum) giratorio donde se alojan las cabezas de video, las cuales giran entonces a alta velocidad y recorren la superficie de la cinta en forma diagonal mientras la cinta se desplaza a baja velocidad (sistema helicoidal). Para realizar correctamente la grabación y la reproducción, es necesario controlar de manera conjunta el avance de la cinta y el giro de las cabezas; alguna falla en la sincronía de estos movimientos altera la imagen. Justamente, el servomecanismo es el elemento responsable de controlar los movimientos de las cabezas y la cinta, así como de mantener en una posición determinada y perfectamente definida los dispo-

jada contra la señal de referencia; si existe diferencia entre ambas, se genera entonces una señal de error; ésta es la que ciertamente controla la velocidad del motor, porque cuando pasa por el circuito amplificador (driver) genera la potencia necesaria para compensar –por ejemplo– cualquier desajuste en el funcionamiento del mismo.

Figura 1 Servomecanismo IC160 para control del tambor

El sistema de servo en el formato VHS

sitivos mecánicos y eléctricos que integran el sistema (figura 1). Si la operación de alguno de ellos sale de los parámetros correspondientes, el servomecanismo produce las señales necesarias para que vuelvan a su posición original.

Principio de operación del servomecanismo Para una mejor comprensión del funcionamiento de un servomecanismo, remitámonos primero a la figura 2.

Figura 2 Concepto de un servomecanismo

Referencia + Comparador

Error

Amplificador (Driver)

Motor

El sistema mecánico de las videograbadoras VHS no sólo está integrado por el servo que controla el funcionamiento del motor del tambor y del motor del capstan; también son parte de él, un servo de carretes encargado de controlar el tiempo de inicio del movimiento de la videograbadora y un servo de rastreo automático que elimina el error de tracking, etc. Pero la función principal de los servos no consiste exactamente en controlar los motores, sino en regular el movimiento de la cinta.

Servo del tambor El propio motor del tambor mantiene controlada la velocidad de este dispositivo, girando a una velocidad de 1800 rpm (29.97 rps, para ser más exactos), durante los modos de grabación y de reproducción (figura 3). Por su parte, el control de la fase mantiene la posición de cada una de las cabezas de video; de este modo, siempre se mantienen conmutando a un ritmo de casi 6.5 líneas horizontales (6.5

Detección

Sensor Retroalimentación

Figura 3

Motor de tambor

La señal de referencia es una señal fija que indica la velocidad apropiada para que el tambor trabaje de manera correcta (1800 rpm). Y para saber qué velocidad desarrolla realmente el motor del tambor, su propio giro produce una señal específica. Luego de ser detectada por un sensor, dicha señal se envía a un comparador. Aquí, es cote-

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Figura 4

Figura 6 Motor drum (control de fase)

Sync. Vert.

Ganancia

Imagen normal

Imagen ruidosa

Mecanismo para situar la posición de la cabeza de video

Detecta la posición real de la cabeza Pista de lectura de las cabezas

Pista de lectura

H) antes de que se presente la sincronía vertical en los modos de grabación y reproducción. Para la descripción del funcionamiento del servo del tambor, observemos la figura 4. Ahora bien, dependiendo del modo en que se encuentra la videograbadora, tenemos que: • En el modo de grabación (REC), la posición de la cabeza de video debe estar determinada de acuerdo con el borde de la cinta y con la señal de referencia de entrada.

Figura 5

• En modo de reproducción (PB), con sólo seguir la señal de control (CTL), la cabeza de video debe trazar el mismo patrón que realizó en el modo de grabación (tracking). • Los pulsos de control (CTL) están a una frecuencia de 30 Hz (cada 2 campos).

Control de velocidad Para mantener constante la velocidad del tambor, los pulsos FG (generador de frecuencia) se

Tambor Pinch roller Capstan

Cabeza Control de track Cinta

magnética

Pulso 30Hz CTL Motor capstan

Cabeza de video FG Motor drum Drum driver Phase loop

Phase loop

Speed loop

Capstan driver

Speed loop

LPF (integrator)

5Vp-p

Detector de fase del tambor IC Vertical SYNC from input video (record mode)

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Detector de velocidad del tambor

Control del tracking

Detector de fase/velocidad del capstan

30Hz Ref.

Divisor 3.58MHz cristal

comparan con una señal de referencia estable de 30 Hz. Cualquier señal de error generada por la diferencia entre ambas señales, provoca un cambio en el voltaje de CD a la salida del filtro pasa-bajas (LPF); el voltaje obtenido se suma finalmente al voltaje de error de la fase del tambor para controlar el movimiento o rotación de este mismo (figura 5).

Localización de fallas Los problemas de servo asociados al control de la velocidad, se pueden manifestar de la siguiente manera: a) Cuando la velocidad de desplazamiento de la cinta está ligeramente fuera de rango, la reproducción de la imagen resulta ruidosa; esto obedece a que la cabeza de video lee fuera de la pista grabada (figura 6).

b) En situaciones extremas, la imagen presenta líneas diagonales que desaparecerán eventualmente. c) Si faltan los pulsos de FG, el tambor gira entonces a una velocidad excesivamente alta. Aunque raras veces ocurren, las fallas de servo que tienen que ver con la fase del tambor se presentan si existe un problema con los pulsos PG; esto provoca que en la pantalla sólo exista una reproducción intermitente de la imagen y con grandes bandas de ruido. En el caso de que se presente alguna de las fallas antes mencionadas, se recomienda verificar la trayectoria de la cinta antes de iniciar la inspección del circuito del servo.

Funcionamiento del servo de tambor en la videograbadora Sony SLV-L40 MX En la figura 7 podemos observar cómo la señal de FG es captada por el sensor interno del motor

Figura 7

JL120 JL121 JL122 JL123

Servo del tambor de la videograbadora Sony SLV-L40MX

18 RF SWP

R181 10K

C SYNC

Al conector CN261 4P (3) PULSO DE CONMUTACIÓN DE RF

R125 470

Tablilla MA-289 Fuente de alimentación

DRUM PG

MOTOR DEL DRUM

JL210

JL119

MTR GND D. FG D. PG D. VS MTR 12V

DRUM FG

M901 M

IC201 PIN 37 R226 100

CN101 5P 5 4 3 2 1

DRUM 78 ERROR

IC160 SERVO,SYSTEM/MODE CONTROL 16MHz IN 38

16MHz OUT 39 R164

JL126 1M X160

R165 390

16MHz

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Figura 8 A

Terminal 87

Terminal 78

Oscilogramas del servo del tambor en el IC160

Terminal 86

Terminal 38

drum. Esta señal ingresa al servo IC160 a través de su terminal 87 (figura 8A); al mismo tiempo, el sensor de FG genera 12 ondas por cada rotación, provocando así que el tambor gire a 30 Hz y se generen 360 ciclos en un segundo. Esta señal de FG se utiliza para rastrear el movimiento del tambor. La señal de PG, generada en una bobina interna del tambor, también sale del conector CN101 por la terminal 3 y llega a IC160 por la terminal 86 (figura 8B). Esta señal contiene pulsos positivos y negativos que corresponden a las posiciones de las cabezas de video en el tambor. Una vez que las señales de FG (servo de velocidad) y PG (servo de fase) ingresan a IC160, por medio de un bloque de detección de error, se empieza a buscar algún posible error en la velocidad del tambor; para ello se requiere contar el número de ciclos generados de FG y verificar su desviación con respecto a la referencia de 360 Hz. Para que sean retrasados, los pulsos de PG deben pasar por un bloque de retardo; de esta forma se generan los pulsos de conmutación con

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Terminal 84

Terminal 18

la señal de referencia, a fin de detectar la diferencia de fase. La señal de referencia se obtiene al dividir la frecuencia del reloj del sistema; o sea, la frecuencia de 16 MHz del cristal X160 aplicada por la terminal 38 (figura 8E). En tanto, la señal de video compuesto (C Sync), que se utiliza para sincronizar la señal de referencia en el momento de la grabación, viene de la terminal 37 del IC201 para entrar a IC160 por la terminal 84 (figura 8C). En el modo de reproducción, esta señal de referencia no es sincronizada. Una vez obtenidos, los errores de velocidad y de fase del tambor se suman; el resultado alimenta al bloque de salida de error del tambor, a través de la terminal 78 de IC160 (figura 8D). Por otro lado, la señal de RF SW (figura 8F) se genera dividendo la señal de frecuencia del drum (FG) con apoyo de los pulsos PG. En el caso de que el servo de velocidad del tambor tenga algún problema, ocasionará que la señal de video presente variaciones en la sincronía horizontal. Durante el proceso de grabación, el servo de fase del tambor se encarga de que el pulso de

Figura 9 CH1

Aprox. 1 Vp-p

CH2

Aprox. 5 Vp-p V AMPLIACION Señal sinc. vert.

CH1

CH2

6.5 ± 0.5H (410 ± 30 µsec)

sincronía vertical sea grabado siempre en la misma posición de cada pista de video de la cinta; esto se hace para que la conmutación de las cabezas no resulte visible en la imagen mostrada en pantalla (figura 9). En el formato VHS, el pulso de sincronía vertical se registra aproximadamente 6.5 H después de la conmutación de las cabezas. Suponiendo que el servo de fase del tambor no trabaje correctamente, el pulso de sincronía vertical será grabado en diferentes secciones de las pistas de video; por lógica, esto dará lugar a que la línea de conmutación de las cabezas aparezca periódicamente en la imagen.

USO DE LA TARJETA DE DIAGNOSTICO POST EN LA REPARACION DE PCs Leopoldo Parra Reynada

Una situación muy probable

Quienes se dedican a la reparación o al ensamblado de computadoras del estándar PC, saben que cuando una máquina no es capaz de iniciar la carga del sistema operativo, no hay forma de efectuar un diagnóstico por medio de los respectivos programas de utilerías; en este caso, la causa más obvia es un problema en el hardware del sistema (aunque no se descarta un problema de configuración), pero ¿cómo determinarlo si la máquina no enciende? Precisamente de ello hablaremos en este artículo.

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Para cualquier problema que surja después de haberse cargado el sistema operativo (incluso si no se alcanza a cargar absolutamente nada desde el disco duro), siempre tenemos la posibilidad de introducir un disquete de arranque con utilerías de prueba y diagnóstico, el cual permite determinar con precisión cuál de los componentes no está funcionando adecuadamente. Pero cuando no hay despliegue en la pantalla y ni siquiera aparece el cuadro inicial con la configuración física de la máquina (y, obviamente, no se carga el sistema operativo), no hay forma de utilizar los discos de sistema para intentar el diagnóstico. Una alternativa poco funcional para detectar el problema, consiste en seguir un proceso secuencial de sustitución de componentes; pero esta opción –además de costosa y lenta– es imprecisa; por ejemplo, si en un momento dado el técnico determina que la falla proviene de la tar-

jeta madre, hay varias preguntas que pueden hacerse: ¿Podría ser un simple fallo en la memoria RAM? ¿Será un problema en la caché? ¿El microprocesador está en buenas condiciones? ¿Y si la falla se encuentra sólo en alguno de los puertos de la tarjeta madre? Por el método de sustitución de elementos, estas preguntas quedan sin respuesta. Tal vez el problema podría encontrarse en una zona fácilmente aislable (misma que incluso podría configurarse de nuevo por medio del Setup), de modo que ya no interfiriera con la operación normal de la máquina; pero esto no es fácil determinarlo. Como alternativa, existe un método para monitorear la ejecución de la rutina POST (la cual se ejecuta durante el arranque de la máquina) mediante una tarjeta diseñada para ese propósito. La implementación de este recurso, se debe a las medidas de seguridad que IBM introdujo después del lanzamiento de la plataforma PC, y que por consecuencia no se habían observado en las computadoras personales de los años 70. Entre dichas medidas, destaca una serie de pruebas de los elementos que componen la máquina; expliquemos esto.

¿Qué es la rutina POST? Durante el arranque de una computadora, la ROM-BIOS, además de verificar si la máquina tiene los suficientes elementos para trabajar,

revisa que éstos funcionen adecuadamente. A esta rutina inicial se le dio el nombre de POST, por las siglas de Power On Self Test o “auto-prueba al encendido“. Cuando se aplica energía al sistema, este pequeño programa almacenado en la memoria ROM (y que por lo tanto forma parte de las rutinas almacenadas en el BIOS) revisa punto por punto los elementos principales que forman una computadora típica. La rutina POST se efectúa de la siguiente manera (figura 1): 1) Inicialmente se verifica la confiabilidad de los datos contenidos en la misma ROM-BIOS; para ello, se comprueba que el checksum (un número que se incluye en la ROM y que sirve como control CRC de los datos contenidos en ésta) se encuentre en óptimas condiciones. Esto es muy importante, porque no se pueden realizar pruebas de confiabilidad si el dispositivo que las almacena tiene algún defecto. Cabe mencionar que CRC corresponde a las siglas de “código de redundancia cíclica“, un método digital para comprobar la integridad de la información grabada o transmitida. 2) Se revisan los registros del CPU, para investigar si el principal medio de almacenamiento y manejo de datos del microprocesador funciona adecuadamente.

Figura 1 Entre los primeros puntos que se deben checar está la integridad del microprocesador

La memoria RAM también se verifica

CPU

OTRAS PRUEBAS

Se realizan pruebas a elementos adicionales incluidos en la PC.

Se checa que las comunicaciones del CPU con sus periféricos puedan llevarse a cabo sin problemas.

Se prueba que el BIOS no haya sufrido alteraciones

FDD+HDD

Se checan las controladoras de discos y puertos

CHIPSET

VIDEO

Se prueban los periféricos indispensables, como tarjeta de video y teclado

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Si en alguno de los pasos de la rutina POST el BIOS detecta algún mal funcionamiento, significa que la operación de todo el sistema no es confiable (existen errores que pueden obviarse, como el teclado, el ratón, la unidad de disquetes, etc., pero hay otros como la memoria o el mismo CPU que son indispensables). Por lo tanto, para evitar que el usuario utilice una máquina que probablemente le proporcionará resultados

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erróneos, los diseñadores decidieron que cuando la POST detecte alguna falla toda la máquina sea bloqueada; se impide entonces la continuación del proceso de arranque y, obviamente, no puede hacerse la carga del sistema operativo o de cualquier otro programa. Con esta solución, surge sin embargo otro problema: si no se puede emplear alguna utilería para determinar la causa del desperfecto, ¿cómo saber por dónde comenzar la tarea de reparación? Esta pregunta se resolvió a partir de la segunda generación de computadoras personales, cuando algunos fabricantes incorporaron una serie de “avisos“ complementarios a la rutina POST (la cual ya se incluía en máquinas XT). Veamos cómo se puede aprovechar esto en la labor de servicio.

Los códigos POST Con la aparición de las primeras máquinas AT, la estructura de las computadoras personales creció en complejidad; así que ya no resultaba tan sencillo –como antes– localizar algún componente defectuoso en la estructura de la tarjeta madre o entre sus periféricos esenciales; sólo por poner un ejemplo, puesto que en la AT ya existían dos integrados de manejo de IRQ, una falla en interrupciones podía atribuirse a cualquiera de los dos. En vista de esta complejidad, y con el propósito de facilitar la labor de detección y corrección de problemas en sus computadoras, los diseñadores de IBM incluyeron una serie de “banderas“ al inicio de cada una de las pruebas realizadas durante el encendido de la Figura 2 Antes de llevar a cabo las pruebas de la rutina POST, el BIOS envía una "bandera" para indicar qué elementos se van a probar. Estos avisos por lo general se mandan al puerto 80h. Puerto 80h

B IO S

3) Se prueban los primeros 64 KB de RAM, que es lo mínimo que necesita una máquina AT o superior para comenzar su proceso de carga del sistema operativo. 4) Se examina el chipset, para comprobar la correcta operación de los controladores de acceso a memoria, a puertos, a ranuras de expansión y, en general, a los circuitos de intercambio de datos entre el CPU y sus periféricos. 5) Se comprueba la presencia del controlador de despliegue (mejor conocido como “tarjeta de video“), ya que no sirve para nada una computadora que carece de un medio para comunicarse con el exterior. 6) Se verifica que haya teclado, pues es el principal medio para introducir datos e instrucciones a la PC. 7) Se revisan los puertos de entrada/salida del sistema (puertos seriales y paralelo), así como las controladoras de discos flexibles y discos duros. 8) Se leen los parámetros grabados en el Setup, a fin de comprobar que coincidan con el hardware instalado en la computadora. 9) En caso de no haberse detectado problemas, se inicia el proceso de búsqueda del sistema operativo (rutina bootstrap loader); para ello, se rastrea el sector de arranque tanto de la unidad A como de la unidad C. Si una máquina llega a este punto, significa que se puede cargar cualquier sistema operativo y, por consiguiente, las utilerías que consideremos convenientes para la tarea de diagnóstico y corrección (existen programas de diagnóstico avanzado que poseen su propio sistema operativo, lo que los libera de las limitaciones del DOS tradicional).

"Voy a checar el BIOS"

Verificando

"Voy a probar

CPU

la memoria"

máquina (figura 2). Estas “banderas“ se enviaron en forma de una palabra de 8 bits hacia el puerto 80H de los slots de expansión; con ellas, el BIOS, antes de dirigirse a verificar el funcionamiento de la memoria RAM, expedía un aviso para indicar que se iba a realizar tal comprobación; de ahí que si la prueba fallaba, el técnico tenía un punto de referencia para iniciar la reparación del sistema. Además, con una tarjeta especial para obtener y desplegar dichas “banderas“, el especialista pudo verificar en cuál de los códigos se bloqueaba el sistema; también tuvo la posibilidad de consultar en una serie de tablas qué significaba dicho código, tomando en cuenta el modelo de la computadora; y así con la información obtenida, podía dar inicio al aislamiento y corrección del problema (figura 3).

Figura 3 Si contáramos con algún elemento que nos permitiera "observar" las indicaciones que circulan por el puerto 80h durante el arranque, la labor de diagnóstico se facilitaría considerablemente.

S IO B

Puerto 80h

Probando video

Probando chipset

Probando teclado

Este método facilitó la tarea de diagnóstico en las plantas de ensamble de computadoras, y pronto fue emulado por otros fabricantes (aunque algunos de ellos introdujeron variantes para evitar en lo posible problemas con patentes). Así, encontramos que las máquinas Compaq generan sus códigos POST al igual que las IBM; pero en vez de enviarlos a la dirección 80H, los direccionan hacia la 84H; esto significa que una tarjeta de diagnóstico dedicada exclusivamente a leer los códigos POST de máquinas IBM no sirve en sistemas Compaq, y viceversa.

Cabe aclarar que en un principio IBM mantuvo en secreto los códigos POST; entonces, dado que algunos fabricantes de clones de AT produjeron sus computadoras sin tener idea de esta nueva prestación, se vendieron muchas máquinas de la segunda generación que no la incluían.

¿Qué es una tarjeta POST? Puesto que las banderas se generan sólo dentro de la tarjeta madre y no se expiden en la pantalla o en la impresora de la unidad, es necesario un dispositivo de captura digital que recoja estas señales del bus de expansión, para no tener que recurrir a instrumentos complejos; de esta manera, el técnico en servicio puede visualizar los códigos y aprovecharlos para ejecutar su trabajo. Inicialmente, considerando que en un momento dado no pudiera contarse con prácticamente ninguna herramienta especializada para realizar un diagnóstico, algunos fabricantes decidieron que sus códigos POST se expidieran a través de un medio sobre el cual el CPU tiene control casi desde el inicio: el altavoz interno que se incluye en toda PC. Con este método, cuando un sistema no enciende correctamente (no alcanza a cargar el sistema operativo), un técnico experimentado puede determinar la causa del problema o al menos tener una aproximación muy cercana, con sólo escuchar el código de “beeps” que produce la máquina. Ahora bien, debido a que la rutina POST revisa secuencialmente una gran cantidad de elementos, los fabricantes codificaron cuidadosamente la secuencia de “beeps” que se expiden en cada caso; así, el profesional en servicio puede reconocer fácilmente en cuál de las pruebas se ha detenido el proceso de arranque. En algunas empresas, se decidió que el altavoz sonara tres veces para indicar falla del teclado; cinco veces, para indicar falla de la tarjeta de video; siete veces, para indicar falla de los puertos, etc. Pese a todo, esta aproximación ofrece muy pocas opciones a los fabricantes para representar la gran cantidad de elementos que se revisan en cada arranque de la PC; así que otros productores optaron por hacer una combinación de

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Figura 4 Bep-Beep-Beep-Bep Algunos fabricantes decidieron codificar sus códigos POST como "beep" largos y cortos, de forma similar a una clave Morse.

rutina POST, debido a que los elementos a revisar se cuentan por docenas (si no es que por cientos). En vista de ello, para complementar el código sonoro, IBM hizo que el BIOS expidiera –a través de la dirección 80H de los buses de expansión– una palabra de 8 bits que representara al elemento específico que se fuese a probar a continuación (8 bits permitirían representar hasta 256 elementos diferentes, figura 5).

Cómo trabaja la tarjeta POST “beeps” largos y cortos (algo similar a lo que ocurre con el código de comunicaciones Morse, figura 4); entonces, por ejemplo, combinando 5 “beeps” se pueden representar hasta 32 mensajes de error diferentes. Si bien esta segunda aproximación le dio más flexibilidad al despliegue de los códigos POST auditivos, aún eran insuficientes para representar las varias docenas de pruebas que realiza dicha rutina durante el encendido de una computadora típica (además este método se presta fácilmente a errores, porque el técnico encargado de la reparación puede confundir un “beep” largo con uno corto o a la inversa). A la fecha, algunos fabricantes de tarjetas madre todavía utilizan el método de los códigos sonoros; por tal motivo, es necesario familiarizarse con el sonido que produce cada máquina durante el encendido. Y aunque el método de los códigos audibles resultó eficiente en su momento, no se podía asignar una combinación de sonidos a todas y cada una de las pruebas realizadas durante la

Para poder visualizar de forma sencilla estos códigos, es necesario colocar en cualquiera de las ranuras de expansión una tarjeta de diagnóstico cuya función exclusiva es recoger, durante el encendido de la máquina, los datos enviados a la dirección 80H y mostrarlos en forma de números hexadecimales. De esta manera, tras consultar una serie de tablas donde se consigna el número que corresponde a cada prueba, el técnico puede identificar de forma rápida y sencilla el elemento problemático. Así fue como se incorporó el uso de la tarjeta POST.

Descripción de la tarjeta POST Para analizar cómo es una tarjeta POST típica, vea la figura 6. Observe que se trata de una tarjeta de circuito impreso con algunos integrados que permiten monitorear la información que se expide en la dirección 80H, desechando los datos enviados a otra dirección. La información recogida se expide en los dos displays de 7 segmentos que se ven en la parte superior de la tarjeta. El especialista sólo tiene Figura 6

Displays de siete segmentos

Figura 5 Con 8 líneas de comunicación (transportando 1 bit cada una), se puede representar hasta 256 opciones distintas, suficientes para manejar todas las pruebas que se llevan a cabo en el arranque de una PC. 1 bit

2 bits

0 1

2 opciones

00 01 10 11

3 bit

4 opciones

000 001 010 011

0000

100 101 110 111

0000 256 opciones

8 bit

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8 opciones

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que consultar una serie de tablas, para saber qué significa una cierta combinación de dos cifras hexadecimales; una vez obtenida tal información, puede determinar la causa del problema. De forma típica, las tarjetas POST incluyen también cuatro LEDs que sirven para comprobar visualmente la presencia de los cuatro voltajes necesarios para el correcto funcionamiento del sistema (+12, +5, –5 y –12 volts). Algunas de ellas, también brindan al usuario la opción de conectar una punta de prueba lógica; gracias a esto, se puede comprobar si un determinado punto posee un nivel alto, bajo o una señal pulsante (información que, en un buen porcentaje de los casos, es suficiente para realizar un diagnóstico elemental). Hay tarjetas más complejas (llamadas “Super POST“) que incluyen en su estructura una o más memorias de tipo ROM, en donde se han grabado pruebas de diagnóstico más completas que las que realiza el BIOS; así que cada una de estas tarjetas es como un laboratorio completo de prueba para la computadora, porque es capaz de hacer un diagnóstico aun y cuando ésta no pueda cargar el sistema operativo. Si la falla es muy grave, ni siquiera estas tarjetas especiales podrán funcionar correctamente; de cualquier forma, resultan un gran elemento auxiliar para el servicio a PCs; y aunque suelen ser muy caras (algunas cuestan mil dólares), su adquisición se justifica si usted se dedica de tiempo completo a la reparación de estos equipos.

Cómo se emplea la tarjeta POST Para utilizar una tarjeta de diagnóstico POST, sólo ejecute los siguientes pasos. 1) Apague la máquina, ábrala y localice un slot tipo ISA-8 ó ISA-16 libre; se puede emplear sin problemas una ranura EISA, con la salvedad de que en ella algunos fabricantes envían sus códigos POST a través de la dirección 300H; en máquinas con ranuras de microcanal o PCI, se necesita un adaptador especial o –en su defecto– una tarjeta exclusiva para esta tecnología. 2) Inserte la tarjeta, de modo que los displays de 7 segmentos estén totalmente visibles (figura

Figura 7

8). La tarjeta debe quedar bien asentada en el slot, porque de lo contrario puede ocasionar cortocircuitos entre algunas de las pistas de la tarjeta madre (con el riesgo que ello implica). 3) Una vez que la tarjeta se encuentra en la posición adecuada, encienda la computadora y observe cómo van avanzando los displays; si en alguno de los códigos se detiene más tiempo del normal, anote la cifra hexadecimal (recuerde que un bloqueo, aunque sea temporal, indica que a la rutina POST le costó más trabajo de lo habitual verificar el correcto funcionamiento de ese elemento en particular; obviamente que si el despliegue se queda fijo en una cifra específica, la determinación de la falla es más inmediata). 4) Tras obtener las cifras hexadecimales expedidas por la tarjeta POST, consulte qué significa dicho código para la marca y modelo de máquina en cuestión. Tenga en cuenta que cuando IBM incorporó estos códigos, no estableció un estándar universal; más bien dejó abierta la posibilidad de que terceros fabricantes diseñaran sus propias pruebas y, por consiguiente, su propio conjunto de códigos POST (figura 9). Esto complica ligeramente la tarea de identificar el significado de una cierta combinación hexadecimal, pues no hay una relación automática entre una cifra y algún componente en particular; por el contrario, esta relación varía según el fabricante de la tarjeta madre y –sobre todo– la marca de la ROM-BIOS.

Figura 8 AMI

Búsqueda de ROM de video adicional

AWARD

Detección e inicialización de puertos COM

PHOENIX

Falla en la prueba de re-trazado de pantalla

POST

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Figura 10 Dependiendo del fabricante de la ROMBIOS, los códigos POST significarán distintas cosas.

Otras consideraciones importantes acerca del uso y características de la tarjeta POST Como ya dijimos, la rutina POST consiste en una serie de pruebas que lleva a cabo el BIOS cada vez que se enciende el sistema. Esto significa que es la ROM BIOS la memoria encargada de revisar los componentes de la máquina; por lo tanto, en ella se almacenan también los códigos expedidos a través de la dirección 80H (o a través de otra, dependiendo de la marca y la estructura de la computadora). Por lo tanto, al momento de abrir el sistema, busque y anote el nombre del fabricante de la ROM-BIOS (figura 10); esta información, que es vital para la correcta interpretación de lo desplegado en la tarjeta POST, también puede obtenerse en el manual de la tarjeta madre. Ahora bien, si tomamos en cuenta que cada empresa productora de BIOS posee su propio conjunto de códigos POST, el especialista debe disponer de varias tablas en donde se especifiquen los códigos de las principales marcas de BIOS en el mundo. Afortunadamente, no son muchas las compañías que se dedican a ello (sin embargo, algunas firmas grandes como IBM, Acer, Compaq, Dell, etc., sí producen su propia ROM-BIOS, lo cual complica ligeramente este asunto); así que basta con que tengamos a la mano los códigos de los dos más importantes fabricantes mundiales de BIOS: American Megatrends Inc. (AMI) y Award. Veamos un ejemplo: suponga usted que acabamos de ensamblar un sistema dotado con una

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tarjeta madre que posee un BIOS de Award, y que en el momento de encenderlo por primera vez queda completamente “muerto” (sin despliegue en el monitor y sin señales externas de funcionamiento, salvo –quizá– el encendido de los LEDs del panel frontal y el ruido que hacen los motores internos al moverse). Puesto que todos los elementos recién instalados son nuevos, es lógico esperar que trabajen adecuadamente; mas como no es así, hay que hacer entonces una comprobación; para el efecto, debemos apagar la máquina, insertar la tarjeta POST en una de las ranuras ISA-16 disponibles y volver a encender el sistema. Si encontramos que la tarjeta se bloquea casi de inmediato en una combinación C1, la cual, al consultar las tablas de códigos POST de Award, indica que el sistema no pasó la prueba de reconocimiento de memoria; automáticamente, esto revela que hay un problema con la RAM instalada (ya sea que fue mal insertada o que su tecnología no corresponde con lo que puede manejar la tarjeta madre; o bien, que el módulo instalado está defectuoso); pero con este mensaje ya tenemos una idea muy exacta acerca de dónde comenzar nuestra búsqueda.

Comentarios finales Como ha podido apreciar, la tarjeta POST es una invaluable herramienta de trabajo para toda persona interesada en el ensamblado o reparación de computadoras personales. El único problema es que se trata de piezas muy difíciles de conseguir en nuestro país, debido a su poca demanda; y las pocas que pueden adquirirse, suelen ser costosas (con precios que oscilan entre los 70 y los 200 o más dólares). Precisamente, con afán de subsanar esta situación, el autor del presente artículo ha desarrollado una tarjeta de diagnóstico POST que resulta igual de efectiva que sus equivalentes más costosos y que puede ser adquirida a un precio muy razonable. Si desea obtener mayor información sobre ella, comuníquese con Centro Japonés de Información Electrónica, a los teléfonos 57-87-17-79 y 57-70-02-14; correo electrónico: j4280@intmex.com.

CONOCIENDO EL OSCILOSCOPIO Armando Mata Domínguez

Generalidades

En el presente artículo haremos una descripción básica del funcionamiento de los osciloscopios analógicos y digitales, con la intención de que el lector que apenas se inicia en el mundo de la electrónica, tenga un primer acercamiento al tema. También indicamos los factores que deben tomarse en cuenta para determinar la calidad de estos aparatos, y poder así decidir la compra para satisfacer necesidades específicas.

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El osciloscopio es un instrumento de visualización gráfica que muestra en su pantalla señales eléctricas. Con él podemos determinar el valor del nivel de voltaje de una señal, o indirectamente su frecuencia; igualmente, podemos determinar qué parte de la señal corresponde a corriente directa (DC) y cuál a corriente alterna (AC); puede medir la fase entre dos señales y determinar la parte de la señal que es ruido; etc. Aunque por muchos años este instrumento estuvo confinado a los laboratorios de investigación y centros de enseñanza, se ha convertido ya en un equipo indispensable para el trabajo electrónico de taller, debido a la mayor complejidad de los aparatos modernos, cuyo servicio requiere de técnicas más rigurosas de análisis y ajuste. En este artículo hablaremos de características de estos instrumentos, que todo estudiante o técnico electrónico debe conocer, ya sea para seleccionar el osciloscopio con las

Figura 1

Osciloscopio analógico de 35 MHz, Hameg HM303-6

prestaciones adecuadas al momento de la compra, o para obtener un mayor provecho de él.

Clasificación de los osciloscopios Al igual que los demás equipos electrónicos, los osciloscopios se dividen en analógicos y digitales, aunque también existen modelos híbridos (figura 1). Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, convirtiéndola en

Osciloscopio digital de 100 MHz, Hameg HM1008

Osciloscopio análogo-digital de 150 MHz, Hameg HM1507

trazos sobre la pantalla después de haberla amplificado; en tanto, los osciloscopios digitales utilizan un convertidor análogo/digital para recibir las señales que se inyectan en sus bornes de entrada (a las que almacenan digitalmente, para después reconstruirlas como información sobre la pantalla). Ambos tienen ventajas y desventajas. Los analógicos son más recomendables para cuando se requiera visualizar variaciones rápidas de

Figura 2 Tubos de rayos catódicos para osciloscopios

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Figura 3

Placas deflectoras

Volt/Div

Entrada Y

Atenuador

Amplificador Vertical

}

Sección de disparo Time/div

Pantalla

Generador de tiempo

Amplificador horizontal

la señal de entrada en tiempo real; en tanto, los digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar señales no muy repetitivas (por ejemplo, picos de voltaje que se producen aleatoriamente).

Fly-back

del TRC (tubo de rayos catódicos); así, se logra que el haz de electrones se impacte en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical (hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND), o hacia abajo si es negativa).

Funcionamiento básico Sección de barrido horizontal El dispositivo en que descansa el funcionamiento de un osciloscopio, es el tubo de rayos catódicos, elemento de despliegue gráfico (figura 2), como en el caso de un televisor. Para entender mejor el funcionamiento de los controles de un osciloscopio, es necesario conocer la estructura interna del equipo. Empezaremos con el de tipo analógico, por ser el más sencillo (figura 3).

Sección de barrido vertical Cuando se conecta la punta de prueba a un circuito, la señal que ingresa se dirige a la sección vertical (en donde, dependiendo de la posición en que coloquemos el selector VOLTIOS/DIVISION, va a ser reforzada por el amplificador vertical). De este modo, en la salida de dicho bloque se dispone de una señal de suficiente magnitud para excitar a las placas de deflexión verticales (colocadas en posición horizontal), que son las encargadas de desviar el haz de electrones que surge del cátodo ubicado en el cañón

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La señal de entrada también atraviesa la sección de disparo; con ello, sincroniza la sección de barrido horizontal. Este bloque es el encargado de mover, en un determinado tiempo, el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla hasta la parte derecha. El “trazado” (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando a las placas de deflexión horizontal (colocadas en posición vertical) la parte ascendente de una señal de configuración de diente de sierra; y, por medio de la posición en que se ubique el control de TIME/DIVISION, se puede regular el tiempo de recorrido horizontal. El “retrazado” (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de una forma mucho más rápida, con la parte descendente de la misma señal de diente de sierra, proporcionada por la sección del generador de tiempo. De esta forma, la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical, permite que la gráfica de la señal pueda observarse en la pantalla. Finalmente, la sección de disparo

La señal amplificada refuerza una de de las dos terminales y debilita la otra.

Figura 4

Entrada de señal

Atenuador

Placas deflectoras

Amplificador vertical

El golpe del haz sobre el material fosforescente provoca el brillo.

{ -

Este selector determina la ganancia del amplificador vertical

El campo electrostático variable, cambia la trayectoria del haz

es necesaria para estabilizar a todas las señales que se dibujen en la pantalla. En resumen, podemos decir que el osciloscopio analógico representa gráficas sobre la pantalla gracias a las secciones que lo integran y a la combinación de la posición correcta de los controles asociados a las mismas.

se tendrá que hacer uso de puntas atenuadas (figura 4).

TIME/DIVISION

Estructura y controles básicos del osciloscopio

Está asociado al circuito generador de tiempo, y permite ajustar el lapso en que se dibujan las líneas horizontales sobre la pantalla. Para señales repetitivas, es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos (figura 5).

VOLTS/DIVISION

TRIGGER LEVEL/TRIGGER SELECTOR

Este control determina la atenuación o amplificación vertical que necesita la señal, ajustando la amplitud de ésta antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites. En la mayoría de osciloscopios es importante no aplicar una señal mayor a 600 voltios, porque existe el riesgo de dañar el instrumento; en caso necesario,

Con estos controles se consigue estabilizar, lo mejor posible, las señales repetitivas que se dibujan en la pantalla.

Otros controles Por supuesto, la calidad con que se dibujen los gráficos también está determinada por los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS (intensidad) nunca excesiva, Y-

Figura 5 Movimiento lento La señal dibujada será representada una sola vez

Movimiento rápido La señal en pantalla se repite varias veces

Generador de tiempo

Amplificador horizontal

Desviación horizontal

Placas deflectoras horizontales

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Figura 6 Intensidad Determina la polarización del cátodo "g" y a su vez la intensidad del haz electrónico, lo cual se traduce en el nivel de brillo.

Posición Y Determina la posición inicial del haz electrónico en sentido vertical.

Focus Se encarga de controlar el pincel de haz electrónico, lo cual corresponde al enfoque. Posición X Determina la posición inicial del haz en sentido horizontal.

POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz). Todos ellos actúan directamente sobre los diferentes electrodos que tiene el TRC (figura 6).

El proceso digital Además de las secciones que acaban de explicarse, en el osciloscopio digital se incluye un sistema para proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal (figura 7). Cuando se conecta la punta de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajus-

ta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hace el osciloscopio analógico. El convertidor analógico-digital inicia su trabajo con un muestreo de la señal en intervalos de tiempo determinados, y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados “bits”. En la sección horizontal, una señal de reloj determina cuándo el conversor A/D toma los bits. La velocidad de este reloj se denomina “velocidad de muestreo”, y se mide en bits por segundo (figura 8). Los valores digitales que han sido recopilados, se almacenan en una memoria como niveles lógicos; el número de niveles lógicos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla, se denomina “registro”. Por otra parte, la sección de disparo determina el comienzo y el final de los niveles lógicos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, para presentar en pantalla la señal. Dependiendo de la capacidad del osciloscopio, se pueden tener procesos adicionales sobre la señal digitalizada; incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del propio disparo (figura 9). Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de forma similar a uno analógico; es decir, para realizar las mediciones y despliegues, hay que ajustar los controles de VOLT/DIVISION y TIME/DIVISION, junto con los controles que intervienen en el disparo.

Figura 7 Teclado

CPU

Entrada vertical ejeY Atenuador

Amplificador verical

Convertidor A/D

Memoria Decodificador de pantalla

Sección de disparo

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Generador de tiempo

Amplificador horizontal

Figura 8 Señal análoga

16 Bits

Señal de muestreo

Método de muestreo o digitalización En un osciloscopio digital, el método de muestreo se realiza básicamente de dos maneras: para señales de lenta variación se reúnen más puntos de los necesarios (y con ellos posteriormente se reconstruye la señal en la pantalla); y para las señales rápidas, de las que depende la máxima velocidad de muestreo, el osciloscopio no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de las dos siguientes técnicas:

tos para reconstruir la señal. Para señales no repetitivas o la parte transitoria de una señal, es el único método válido de muestreo. Por otra parte, este tipo de osciloscopios utiliza la interpolación para poder visualizar señales que son más rápidas que su velocidad de muestreo; se manejan básicamente dos tipos de interpolación: la lineal, (en la que simplemente se conectan los puntos muestreados con líneas) y la senoidal (en la que se conectan los puntos muestreados con curvas, según un proceso matemático). De esta forma, los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios entre puntos reales de muestreo. Usando este proceso, es posible visualizar señales con gran precisión a pesar de que se disponga de relativamente pocos puntos de muestreo (figura 10). Figura 10

1. Interpolación. Estimar un punto intermedio de la señal, basándose en el punto anterior y posterior de la misma. 2. Muestreo en tiempo equivalente. Si la señal es repetitiva, durante unos cuantos ciclos y en diferentes partes de ella, se puede hacer un muestreo para después reconstruirla por completo.

Muestreo en tiempo equivalente Muestreo en tiempo real con interpolación El método estándar de muestreo en los osciloscopios digitales, es el muestreo en tiempo real con el cual se reúnen los suficientes pun-

Figura 9

16 bits

Algunos osciloscopios digitales utilizan este tipo de muestreo, el cual reconstruye una señal repetitiva capturando una pequeña parte de la misma en cada ciclo. Existen dos tipos básicos muestreo: el secuencial (en donde los puntos aparecen de izquierda a derecha en secuencia para conformar la señal) y el aleatorio (en donde los puntos aparecen aleatoriamente para formar la señal).

Características que determinan la calidad de un osciloscopio Es importante que el técnico que planea adquirir un osciloscopio conozca cuáles son las ca-

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racterísticas que debe considerar para hacer una buena compra.

Ancho de banda Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede graficar o dibujar, con precisión, las señales sobre su pantalla. El ancho de banda se considera desde 0Hz (corriente continua), hasta la frecuencia en que una señal de tipo senoidal se visualiza con una calidad del 70% del valor aplicado a la entrada. Se sabe que la mayoría de osciloscopios provocan una atenuación o perdida de 3dB. Considerando lo anterior, podemos deducir que el mejor equipo es aquél que mejor responda a un ancho de banda con un valor más grande; la razón es que proporciona mayor definición en las gráficas.

Tiempo de subida Este parámetro suministra, junto con el anterior, la máxima frecuencia de utilización del osciloscopio, sobre todo si se desea observar con exactitud pulsos cuyos flancos sean muy rápidos. Recuerde que los flancos sólo se presentan una vez, y se denominan “transiciones” (por ejemplo, la habilitación rápida en un interruptor que activa a un circuito en forma interna). Este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas.

Sensibilidad vertical Indica la capacidad del osciloscopio para amplificar señales muy débiles y dibujarlas sobre la pantalla; comúnmente, es un dato que se representa en mV por división vertical; la mayoría de osciloscopios cuentan con la escala más pequeña (5 mV/div). Es importante considerar que entre menor sea la escala, más sensible será el osciloscopio para la graficación de señales débiles; mas si la escala con que cuenta es mayor de 5 voltios, podrán verificarse señales de mayor longitud (por ejemplo, el osciloscopio HAMEG HM303-6 cuenta con una escala máxima de 20 voltios).

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Velocidad de barrido horizontal Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que permite observar sucesos más rápidos. Lo más recomendable es que sea del orden de nanosegundos por división horizontal.

Velocidad de muestreo En los osciloscopios digitales, indica cuántas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente, el convertidor A/D). Un osciloscopio de buena calidad, registra velocidades de muestreo de Megamuestras/sg. La velocidad de muestreo grande, es importante para poder visualizar pequeños periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, también se necesitan velocidades de muestreo bajas para poder observar señales de variación lenta. Generalmente, la velocidad de muestreo cambia al modificar la posición del control TIME/ BASE, manteniendo constante el número de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.

Resolución vertical Se mide en bits, y es un parámetro que nos da la resolución del convertidor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con qué precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.

Longitud del registro Indica cuántos puntos se almacenan en un registro para la reconstrucción de la forma de onda. Algunos osciloscopios digitales permiten variar, dentro de ciertos límites, este parámetro. La máxima longitud del registro, depende del tamaño de la memoria con que cuente el osciloscopio. Una longitud de registro grande, permite realizar, de manera muy rápida, acercamientos sobre detalles en la forma de onda (los datos ya han sido almacenados). Sin embargo, esta ventaja se ve afectada al aumentar el tiempo en que se muestrea la señal completa.

PROXIMO NUMERO Ciencia y novedades tecnológicas

Febrero 2000

Perfil tecnológico • Los orígenes de la electrónica. Tercera y última parte. Leyes, dispositivos y circuitos • Análisis y prueba de semiconductores. Segunda de cuatro partes. Qué es y cómo funciona • Los sistemas de compresión de datos MPEG Servicio técnico • Televisores de pantalla ancha de cristal líquido de 40 pulgadas (sistema Tantus de Samsung) • Sincronizacion mecánica de reproductores de CD Sony de cinco discos • Ajuste del ensamble ACE en videograbadoras • Caso de servicio: falta de brillantez en televisores Trinitron de nueva generación Electrónica y computación • La importancia de las interrupciones en la PC Proyectos y laboratorio • Manioulación de los controles del osciloscopio Diagrama

Búsqu e su dis la con tribui habitu dor al