revista electronica y servicio 4 by leonardo duarte

B O L E T I N

TECNICO-ELECTRONICO

No. 3

MEMORIAS EEPROM EN TELEVISORES MODERNOS Profr. José Luis Orozco Cuautle

Los nuevos “potenciómetros digitales” Si usted se ha dedicado al servicio de televisores desde hace varios años, seguramente habrá advertido que los presets o resistencias semifijas, que tradicionalmente se usaban para determinar o retener ciertos valores operativos, están siendo desplazados por memorias electrónicas. En efecto, en un televisor de años anteriores se incluían varios controles manuales para que el personal de mantenimiento ajustara parámetros como linealidad, altura, color, etc. (figura 1). Sin embargo, con la inclusión de circuitos digitales en la estructura de los televisores, se ha podido eliminar dichos presets para los ajustes de servicio, realizándose tales calibraciones mediante una serie de parámetros que se graban en circuitos de memoria digital.

Controles de ajuste

Figura 1

Esta solución es muy ventajosa para el fabricante, pues en lugar de colocar un juego de presets, sólo tiene que incluir un sólo dispositivo, la memoria; además, el funcionamiento del televisor es más estable, en la medida que no hay controles que hagan falsos contactos, es más fácil el procedimiento de ajuste (si se sabe realizar) y éste puede llevarse a cabo sin necesidad de abrir el televisor, etc. La desventaja práctica de esta alternativa es cuando el circuito de memoria se daña, puede crear como consecuencia que cualquier sección del televisor se comporte de manera anómala, debido a que la información que ahí se almacena es fundamental para el funcionamiento del televisor.

Memorias digitales en electrónica moderna Todos los equipos modernos de audio y video incluyen sistemas digitales, ya sea para el control de funciones, la activación de bloques de circuitos o para el movimiento de mecanismos complejos, etc. A su vez, como base de los microcontroladores, están los circuitos de memoria, que pueden estar interconstruidos en el propio microcontrolador o alojados de manera externa (figura 2). En audio y video, el uso de memorias tanto del tipo ROM como del tipo RAM es intensivo. Las primeras almacenan información que nunca varía (como las instrucciones específicas que hacen funcionar a un aparato), mientras que en las del segundo tipo se almacenan datos que, por su naturaleza, deben variar; ELECTRONICA y servicio

Microprocesador y memoria

Figura 2

por ejemplo, ¿cómo es que un radio digital “recuerda” la última estación en que estaba sintonizada al momento de apagar el aparato? Esto se logra precisamente por el uso de memorias RAM que graban los datos de la estación sintonizada, para lo cual una batería o condensador de respaldo la mantiene alimentada mientras el equipo esté apagado. Por lo tanto, cuando nos enfrentemos a un radio, un televisor o cualquier otro aparato que cada vez que es apagado “olvida” la información previa, lo más probable es que se trate de algún problema en el dispositivo de respaldo a la alimentación de la memoria RAM. Pero existen casos especiales que deben mencionarse, debido a que se han convertido en un problema para muchos técnicos en electrónica. Quien se dedica a esta actividad, seguramente ya está familiarizado con la nueva generación de televisores, videograbadoras y equipos modulares, en los que se les han eliminado por completo los tradicionales ajustes por potenciómetros, reemplazándolos por ajustes digitales realizados ya sea con el control remoto o con el teclado del panel frontal. Pues bien, todos estos ajustes suelen almacenarse en una memoria del tipo EEPROM, en la que se graba un nuevo valor cada vez que se modifica un ajuste, información que permanece aún si se apaga el equipo o es desconectado de la línea de alimentación. Sin embargo, en el caso de los televisores RCA y General Electric, las memorias con frecuencia resultan dañadas, perdiendo su información o modificando algún parámetro fuera de sus límites de operación normal debido a falsos contactos en el blindaje del sintonizador (figura 3). 2

ELECTRONICA y servicio

Figura 3

Esta es la primera vez que el técnico en electrónica se ha tenido que enfrentar directamente con la programación y sustitución de un chip de memoria, por lo que a algunos les resulta novedoso y hasta cierto punto atemorizante; sin embargo, como todo circuito digital, las memorias electrónicas pueden grabarse y programarse con un 100% de seguridad de que una vez realizado el procedimiento, la “reparación” será satisfactoria.

Qué es una memoria EEPROM Un paso importante en el desarrollo de las memorias digitales, fue un elemento capaz de ser programado por el usuario, pero con la posibilidad de modificaciones posteriores en la información almacenada. A dicho elemento se le llamó EEPROM, por las siglas de Electrically Eraseable PROM, o PROM borrable eléctricamente. Como su nombre lo indica, este tipo de memorias están constituidas por celdas cuya información digital puede ser grabada o borrada por el usuario mediante un pulso de voltaje de características adecuadas, lo cual es una gran ventaja en actividades diversas donde se requiere hacer cambios en los datos o en los programas de trabajo.

¿Cómo funciona un potenciómetro digital? ¿Cómo es que por medio de una memoria digital se puede sustituir un potenciómetro? La respuesta no es sencilla, aunque sí podemos dar una explicación básica; bastará decir que para que una memoria digi-

tal pueda comportarse como una resistencia variable, es necesaria la presencia de un circuito muy especial, conocido como “convertidor D/A o digital-analógico” (DAC). Veamos brevemente cómo funciona este elemento. En figura 4 tenemos un diagrama simplificado de la estructura interna de un circuito D/A típico; note que tan sólo es una serie de transistores funcionando como interruptores, y que en el colector de cada uno de ellos aparece una resistencia con un valor muy especial. Podrá ver que, comenzando de izquierda a derecha, tenemos al principio una resistencia de un valor R, la siguiente mide 2R, la tercera 4R, la cuarta 8R y así sucesivamente, siempre duplicando el valor de la resistencia inmediata anterior. Si todos los emisores de los transistores los conectamos entre sí, y colocamos un amperímetro en dicho punto, veremos un comportamiento muy singular.

Vcc

A n-1

2 R

A 8V

MSB

LSB

Palabra digital ("N" bits) MSB Palabra digital 4 bits LSB

Combinación Amp Combinación Amp 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

0 1mA 2mA 3mA 4mA 5mA 6mA 7mA

1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

8mA 9mA 10mA 11mA 12mA 13mA 14mA 15mA

también que a la primer resistencia se aplica el bit más significativo y a la última el menos significativo. Considerando que los transistores funcionen como interruptores ideales (sin pérdidas), tenemos que, cuando se aplica al circuito la palabra digital 0001, el único transistor encendido es el del extremo derecho, por lo que la corriente que circula por el amperímetro será de 1 mA. Si se aplica la palabra 0010, sólo el tercer transistor se encenderá, lo que implica que el amperímetro recibirá 2 mA. En la tabla adjunta se muestra el resultado para las demás combinaciones. Como puede apreciar, existe una relación directa entre la palabra digital aplicada y la salida de corriente; basta ahora tan sólo con conectar esta salida a un convertidor de corriente a voltaje para que finalmente tengamos a la salida del DAC un voltaje que equivale a la palabra digital aplicada. En realidad la construcción de un DAC es sumamente sencilla y, por tanto, se pueden incluir sin problemas una gran cantidad de ellos en los modernos circuitos de alta escala de integración, como los que se emplean en televisores modernos para llevar a cabo múltiples funciones (es el caso del circuito T o jungla, en cuyo interior prácticamente se realiza todo el proceso de video y sincronía, además de otras protecciones). ¿A qué nos conduce todo esto? A entender cómo los diversos parámetros que antes se controlaban por medio de potenciómetros convencionales en un televisor, ahora pueden ser manejados con la inclusión de un circuito DAC que alimenta un voltaje variable hacia un amplificador de ganancia controlada (figura 5); y precisamente, el elemento que almacena la cantidad digital que será aplicada hacia este potenciómetro es la memoria EEPROM, de la cual hemos estado hablando.

Vcc

Figura 4 R

Para ejemplificar el funcionamiento de este circuito, vamos a poner números al diagrama anterior, con lo que podremos analizar la operación de un DAC de 4 bits. Note que el circuito es alimentado por una fuente de 8 volts, y que los valores de las resistencias son de 1, 2, 4 y 8 kilo-ohms, respectivamente. Note

+ Palabra digital

Figura 5

ELECTRONICA y servicio

Resulta obvia entonces la importancia de este circuito en el funcionamiento del receptor de TV moderno, ya que si por cualquier motivo esta memoria perdiera sus valores correctos, sería equivalente a como si en el aparato se moviera uno o más de sus potenciómetros hasta uno de sus extremos, con consecuencias que van desde una simple pérdida de sonido hasta circuitos completamente inoperantes. Un ejemplo. Análisis de un circuito de un televisor RCA En la figura 6 se muestra un televisor RCA chasis CTC-185A, donde se advierte que no hay controles para el ajuste. Ello obedece, por supuesto, a que toda la información queda grabada en una memoria EEPROM; por lo tanto, si usted tiene que realizar la reparación de uno de estos aparatos, lo más probable es que tenga que entrar en el modo de servicio y efectuar los ajustes correspondientes.

Figura 6

tes. Estas memorias las podrá encontrar en televisores de marcas muy diversas como RCA, General Electric, Sony, Zenith, Panasonic, etc. Y aunque tengan la misma matrícula, no significa que sean intercambiables entre diferentes marcas (como sucede con otros dispositivos); incluso, no pueden ser intercambiables ni entre modelos de una misma marca, por ejemplo, una memoria de un televisor RCA con chasis CTC177A no puede ser sustituida por la del chasis CTC177AC, también de RCA. ¿Cuál es la razón por la que no podemos intercambiar las memorias aun si tienen la misma matrícula? La respuesta es la siguiente: la memoria es un dispositivo que retiene información, y aunque una de la misma matrícula (por ejemplo, una EEPROM 24C02) pueda utilizarse en diversos equipos, en cada uno tiene una programación específica, propia del aparato en cuestión. Así, una memoria en un televisor monoaural tiene grabada la información para controlar un circuito monoaural, mientras que en un televisor estereofónico una memoria idéntica tiene una información distinta. ¿Que pasaría si a un televisor estéreo le colocamos una memoria de un televisor monoaural? El audio sería monoaural. Y así por el estilo podrían citarse diversos ejemplos. Por lo tanto, cuando tenga que sustituir una EEPROM de un televisor, forzosamente tendrá que hacerlo por una que corresponda al chasis del mismo aparato. Y mencionamos esto porque en el medio del servicio electrónico se han intentado soluciones que no son las idóneas; inclusive, hemos observado que algunos técnicos intentan la sustitución según la coincidencia de los puntos de colores que las memorias traen impresas, lo que es totalmente incorrecto. Expliquemos cómo va conectada la memoria en el circuito del televisor. Observe en la figura 7 que recibe una alimentación de 5 voltios en la terminal 8, y que va conectada al microcontrolador por medio de dos líneas, DATA y CLOCK, a través de las cuales se transfiere la información necesaria para realizar los diversos procesos. A estas líneas también va conectada el circuito T (en Sony es el circuito jungla) y al sintonizador de canales.

Porqué y cómo falla la memoria EEPROM Normalmente se utilizan memorias con matrícula 24C01, 24C02 y 24C04; la diferencia entre ellas es su capacidad de almacenamiento: para 1, 2 y 4 kiloby4

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Tal como mencionamos anteriormente, la memoria EEPROM se llega a borrar debido a que existen falsos

COMO LOCALIZAR FALLAS EN FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS Guillermo Palomares Orozco

El bloque fuente de poder es de fundamental importancia en la estructura de cualquier aparato electrónico, debido a que en esta sección es donde se producen todos los voltajes necesarios para el correcto funcionamiento del equipo. En los últimos 10 años, este módulo ha sufrido una transformación muy importante, pasando de ser circuitos sencillos que todo mundo comprendía, aunque de operación muy deficiente, a sofisticadas fuentes conmutadas de mucho mayor eficiencia, y cuyo funcionamiento resulta mucho más complejo. En este artículo, explicaremos su teoría de operación, mostraremos dos circuitos reales como ejemplo y enseñaremos un método para la detección de fallas, con algunos consejos prácticos.

Diferencias entre las fuentes lineales y las fuentes conmutadas Las fuentes conmutadas presentan grandes ventajas con respecto a las fuentes lineales tradicionales. Estas últimas (figura 1) presentan, en general, las siguientes particularidades: • Transformador de gran tamaño, conectado directamente en la línea de CA (y que por consecuencia trabaja con una frecuencia muy baja). • En la mayoría de los casos, circuitos rectificadores tipo puente de diodos. • Filtros de gran capacidad. • Reguladores de voltaje. Por contraste, las características más importantes de las fuentes conmutadas (también conocidas como “fuentes osciladoras” por su capacidad de adaptarse a las variaciones de voltaje), son: • Bajo costo, debido a su pequeño transformador (que además es de alta frecuencia). • Ligeras.

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Figura 1

• • • •

Excelente estabilidad en la salida de voltaje. Bajo calor generado. Tamaño reducido. Pueden operar con voltajes de entrada muy amplios (generalmente de 85 V a 240 Vca).

Figura 2

EXCITADORA y NO CUANDO HAY UNA CARGA EXCESIVA.

2) Excitador y oscilador. Estos nuevos tipos de fuentes constan de un oscilador, un pequeño transformador, rectificadores secundarios y filtros pasa-bajos para filtrar el voltaje de salida (figura 2). Los tipos de control de salida de voltaje, son: • Control de la amplitud del oscilador. • Cambio del ciclo de trabajo del oscilador (control de amplitud del pulso). • Control de frecuencia (sea del oscilador o del transformador). Cabe mencionar que algunas fuentes de poder utilizan más de uno de estos tres tipos de control.

En videograbadoras, este bloque consiste en un circuito integrado de mediana potencia (600 V, 5 amp) y alguna circuitería adicional de apoyo, mientras que en televisores generalmente se trata de un transistor discreto (aunque cada vez se usa con más frecuencia un circuito integrado). El propósito de este conjunto es tomar el voltaje de 170 Vca y “pasarlo” a través del primario del transformador, pero en forma de una señal pulsante (recuerde que un transformador resulta inútil ante señales de DC). Uno de los embobinados del transformador retroalimenta un voltaje fuera de fase para que el excitador entre en oscilación (enseguida se hablará de esto con mayor detalle).

Secciones de una fuente conmutada típica 3) Transformador. Son seis los bloques de una fuente conmutada típica (figura 3), a saber:

El transformador tiene un primario, uno o más secundarios y un embobinado de retroalimentación; las funciones de este último son:

1) Rectificador y filtro. Este bloque recibe los 120 Vca de la línea y entrega aproximadamente 170 Vcd en su salida. Hay que recordar que el puente rectificador convierte la corriente alterna en corriente directa, y que el filtro elimina el ruido o ripple. Un fusible que se encuentra en la entrada de la línea para protección del circuito, se abre CUANDO HAY UN CORTOCIRCUITO EN LA SECCION OSCILADORA O

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a) Retroalimentación. Este embobinado de control entrega una señal de retroalimentación al transistor excitador/oscilador, con el objeto de apagarlo y generar una situación inestable que provoque la oscilación (lo que significa que el conmutador se enciende y apaga a muy alta velocidad). Puesto que esta situación se repite

Figura 3

AC D2

Rectificador y filtro

Carga

Diodos de salida RV4M

Retroalimentación del oscilador

Transformador

Excitador y oscilador

Carga

(acoplamiento/retroalimentación)

Aislamiento optoacoplador

Control de nivel Primario

en un ciclo de trabajo muy pesado, debe usarse un transistor con características apropiadas. b) Acoplamiento. El circuito de acoplamiento (cuando existe) sirve para proporcionar al extremo primario una referencia del comportamiento de los voltajes en el secundario, con el objeto de que las tensiones de salida de la fuente estén siempre dentro de sus especificaciones correctas. También provee un aislamiento eléctrico entre el circuito del primario y el circuito del secundario; esto es para que el cliente nunca entre en contacto con la línea de CA cuando toque la unidad.

Secunario

Ajuste de voltaje

dores de baja frecuencia (entre ellos el 1N4007) resultan inútiles. Este es uno de los principales problemas con los que el técnico de servicio se enfrenta cuando va a reparar fuentes conmutadas; y es que si desconoce dicha situación, seguramente que en sustitución de los diodos originales colocará cualquier otro tipo de diodos, pero las nuevas piezas se dañarán rápidamente, e incluso pueden llegar a dañar a otras secciones dentro de la fuente. El tipo de diodos que se recomienda utilizar es el RU4M, que soporta 400 V, 2 amp, y es de rápida recuperación.

5) Retroalimentación y aislamiento. Dicho transformador puede ser pequeño, en comparación con un transformador tradicional. La razón de ello es que trabaja con una frecuencia alta, con lo cual se logra que la transferencia de energía entre primario y secundario sea mejor que si trabajara -como lo hace un transformador normal- a 60 Hz. El blindaje del transformador (o de la fuente en general) es necesario si se toma en cuenta que esta señal, al operar en altas frecuencias, puede ser inducida en los amplificadores de cabezas de video o en las líneas de transporte de señal de video, trayendo como consecuencia la generación de líneas de interferencia en la pantalla.

4) Rectificadores del extremo secundario. Estos rectificadores son de bajo voltaje pero de alta velocidad, ya que el secundario del transformador entrega corriente alterna de muy elevada frecuencia; a causa de esto, los diodos rectifica-

El voltaje del secundario más importante (la línea de 12V en el caso de las videograbadoras, y la línea de B+ en el caso de los televisores), en algunas fuentes es tomado y enviado en retroalimentación al circuito primario. Este voltaje se emplea para controlar la salida de voltaje que va hacia el transformador por el excitador de retroalimentación. Esta muestra de voltaje es enviada de regreso al primario del circuito, aunque no exista una conexión directa entre primario y secundario; por razones de seguridad, esta muestra se envía a través de un optoacoplador.

6) Control de nivel. Con la reducción del bias (polarización) de la base del transistor excitador/oscilador, se reduce también la amplitud de la señal entregada en su colector. Y dado que este efecto se presenta en todos los voltajes secundarios, puede decirse que la polarización del oscilador se reduce para mantener en estado de regulación a la fuente conmutada.

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Métodos de control de voltaje más empleados Existen dos formas para controlar la salida de voltaje en los secundarios:

1) Control mediante frecuencia (cambio de frecuencia en el oscilador, con respecto al punto de resonancia del transformador). La operación de estos transformadores depende de la frecuencia, ya que el embobinado primario funciona como un resonador (un oscilador natural). Recordemos que siempre que colocamos en paralelo una bobina y un capacitor, el conjunto posee una “frecuencia de resonancia” natural, misma que depende estrechamente de los valores de L y C; por lo tanto, podemos decir que un transformador en cuyo primario se le coloque un condensador en paralelo, poseerá una frecuencia de oscilación implícita, que marcará su punto de operación óptima. Aun y cuando no se coloquen capacitores externos en el embobinado primario, existe una capacitancia inherente causada por la proximidad de las espiras del mismo. Este circuito resonante L-C es producido exclusivamente con el embobinado del transformador (figura 4).

Vcc

Oscilador LC típico. La frecuencia de oscilación del conjunto depende de los valores de L y C

El voltaje de salida de los secundarios aumenta cuando la frecuencia de trabajo se aproxima a la frecuencia natural de resonancia del transformador. Por lo tanto, si se modifica cuidadosamente la frecuencia de entrada al primario del transformador, el voltaje de salida de éste puede ser controlado o regulado. La gráfica del comportamiento de un transformador se muestra en la figura 5; ahí vemos que el pico máximo es Vs, mismo que se alcanza exactamente cuando la frecuencia de entrada coincide con la de resonancia natural del embobinado. Como puede observarse, la forma de respuesta no es muy estrecha sino amplia (tiene el aspecto de una campana normal); esto se debe a la resistencia del alambre, al valor de la inductancia, a la capacitancia inherente, etc. En consecuencia, si se maneja cuidadosamente la frecuencia aplicada al embobinado primario, se le puede hacer trabajar en cualquier punto de la curva (de preferencia en la porción lineal, ya sea de subida o de bajada), produciendo en su salida una gama de voltajes que van desde un punto muy bajo hasta su punto máximo (Vs). Esto quiere decir que el método puede utilizarse para controlar de forma muy precisa los voltajes a la salida de los secundarios. En videograbadoras, lo normal es que la frecuencia de entrada al transformador opere en la región marcada como A (flanco de subida de la respuesta en frecuencia). En este caso, conforme la frecuencia de entrada se incrementa, el punto de operación va hacia la parte alta de la curva, por lo tanto la salida del transformador aumenta.

Punto de resonancia de un transformador VS (Pico máximo de resonancia) Salida del transformador

Punto de operación

B En todo embobinado, la misma cercanía de las espiras entre sí produce una pequeña capacitancia; por tanto, todo embobinado posee una frecuencia de oscilación inherente

Figura 4

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Frecuencia de entrada

Figura 5

CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS

El videoteléfono es una realidad Sin duda, los guionistas de películas y series televisivas de corte futurista están de acuerdo en algo: las comunicaciones entre personas no se limitarán a un simple intercambio de voz, sino que también podrán transmitirse imágenes en

Figura 1

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movimiento, de modo que podrán observarse mutuamente los interlocutores. Gracias a las investigaciones realizadas por múltiples compañías en todo el mundo, el teléfono con imagen es ya una realidad. En Japón, por ejemplo, la firma Hitachi ha empezado a comercializar un nuevo aparato al que llama “telefovisión”, esperando que se difunda rápidamente a otros países. El sistema completo consta de un aparato de muy reducidas dimensiones, con una pequeña pantalla de cristal líquido cuyo tamaño es de 6 pulgadas diagonales, sobre la cual se interconstruye una minúscula cámara de video (con CCD), que a su vez capta la imagen del usuario (figura 1). Dicha imagen, es convertida en una señal digital y comprimida mediante una serie de algoritmos para que ocupe el menor espectro posible, de modo que pueda transmitirse a través de las líneas convencionales de teléfono (que en realidad no están diseñadas para transmitir más que voz), con una velocidad de 32,000 bits por segundo, la misma velocidad que utilizan los módems más comunes para lograr el enlace entre computadoras personales, ya sea directamente o a través de Internet. Por supuesto que en este ancho de banda tan estrecho difícilmente podría transmitirse una imagen de muy alta definición, pero los resul-

tados obtenidos son adecuados si consideramos las limitaciones de las líneas telefónicas. Sin embargo, se espera que en un futuro cercano, cuando las compañías terminen la sustitución del tradicional cableado por avanzados sistemas de fibras ópticas, la calidad de la imagen que se pueda transmitir sea muy superior a la que se obtiene actualmente. Este sistema de comunicación puede ser una alternativa de otro que está tomando mucho auge en el mundo: la videoconferencia a través de Internet, mediante la cual se enlazan dos usuarios de computadoras de una forma similar a como intercambian los mensajes de correo electrónico, sólo que enviando audio y video en tiempo real. Habrá que esperar la difusión de estas nuevas formas de comunicación, para observar qué modalidad predomina.

Cámara fotográfica digital, de la marca Polaroid

Figura 2

Cámara digital Mavica MVC-FD7, de Sony

¿La desaparición de los rollos de película? Si usted es aficionado a la fotografía desde hace algunos años, seguramente habrá advertido los avances en el campo de la óptica y de la electrónica aplicadas en diversos procesos como el enfoque, el cálculo de exposición, etc. También, seguramente habrá notado que, hasta hace poco, el único medio de almacenamiento de las tomas fotográficas seguía siendo la película de celuloide, en la que se aprovechan los mismos principios físico-químicos desde que la fotografía fue una realidad, hacia fines del siglo pasado: la exposición a la luz del celuloide recubierto de un material fotosensible, el revelado de la película y la impresión en papel. Pues bien, ya existe un sistema que elimina a la película para el soporte de imágenes, y con ello los procesos de revelado e impresión: la cámara fotográfica digital, que aunque no es desarrollo realmente nuevo, ya se ha convertido en una alternativa muy barata que está desplazando a las tradicionales cámaras en algunos segmentos de la comunicación, como el diseño gráfico, el periodismo, la multimedia interactiva y el Internet (figura 2). Estas cámaras captan la imagen por medio de sensores CCD o CMOS, y convierten la luz

Cámara PowerShot 600, de Canon

que se refleja en su superficie en distintos niveles de voltaje, y por medio de un proceso de muestreo de líneas codifican la imagen en una representación eléctrica. Por supuesto que este método tampoco es nuevo, pues se ha utilizado desde hace muchos años en las videocámaras,

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DISCOS DUROS Leopoldo Parra Reynada

Un poco de historia El disco duro es un medio de almacenamiento de información no removible y de muy alta capacidad, a diferencia de los disquetes, aunque también trabaja mediante principios magnéticos. Por estas propiedades, los discos duros son utilizados en computadoras como dispositivos donde se graba el sistema operativo, los programas de aplicaciones y los archivos que se generan durante el trabajo cotidiano; también actúan como memoria temporal durante los procesos complejos en ambientes de trabajo avanzados (por ejemplo, en Windows u OS/2), e inclusive como almacén de datos que se obtienen de Internet, de un CD-ROM o de cualquier otra fuente externa. Cómo está formado un disco duro, así como los detalles interesantes de su operación, son los objetivos principales de este artículo. 62

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Aún antes de la aparición de las computadoras electrónicas comerciales (1951), el almacenamiento “masivo” era ya una necesidad. A mediados del siglo XIX, se utilizaban tarjetas perforadas como “recipiente” de la información que se introducía en las calculadoras mecánicas y otras máquinas de la época. En la década de los 40’s del presente siglo, el tubo de vacío llegó a emplearse para almacenamiento de datos, aprovechando su capacidad de conmutación y, por lo tanto, la posibilidad de “guardar” en ellos dígitos binarios; y a principios de los 50’s, las cintas magnéticas empezaron a reemplazar a las tarjetas perforadas. Poco tiempo después, aparecieron los tambores magnéticos y, en 1957 -como componente de las RAMAC 350 de IBM-, se lanzó al mercado el primer disco duro. Se requerían entonces 50 discos de 60 cm de diámetro cada uno, para almacenar apenas 5 megabytes (MB) de información, alcanzando un costo de 7,000 dólares por MB. Por supuesto que 5 MB es una capacidad ínfima para las necesidades actuales, pero considerando que en aquella época un programa

Disco Winchester fabricado a finales de los años 70’s. Podía almacenar más de 400 MB, pero su costo era de 35,000 dólares. Tenía el tamaño de un gabinete .

típico medía apenas unas cuantas decenas de kilobytes, y que los archivos de trabajo eran igualmente reducidos, era más que suficiente para satisfacer las necesidades de las empresas. Durante décadas los discos duros siguieron siendo enormes y costosas unidades, sin embargo, a principios de los 80’s, con la revolución de las computadoras personales, se produjo igualmente un cambio dramático en tales dispositivos. Los primeros discos duros que se utilizaron en computadoras personales, eran de 5.25 pulgadas (extraordinariamente pequeños, considerando los diseños previos), con una capacidad de almacenamiento de 5 a 10 MB, más que suficiente para entonces. De hecho, cuando IBM lanzó al mercado la PC/XT de IBM, aunque los discos duros no se consideraban un componente estándar en las computadoras personales (utilizaban disquetes para grabar el sistema operativo, los programas de aplicación y los archivos), ofreció la posibilidad de incluir como aditamento un disco duro de 10 MB (el equivalente a casi 30 disquetes de 360 KB). Esta opción era muy costosa (arriba de 1,500 dólares), pero muy atractiva para las empresas, pues la misma capacidad habría costado en años anteriores varias decenas de miles de dólares. Desde entonces a la fecha, al igual que la mayoría de dispositivos de computadora, los discos duros han mostrado una rápida evolución que se expresa en el incremento de la capacidad de almacenamiento, en la mayor velocidad de acceso a los datos y en una reducción de su tamaño (figura 1). Por ejemplo, en la actualidad la capacidad típica de un disco duro es de 2 a 6 gigabytes (GB), con un precio que no rebasa los 300 dóla-

Figura 1 Conjunto de platos removibles de una computadora de los años 70’s. Compare su tamaño con una unidad moderna.

res; pero lo más sorprendente de esta rápida evolución es que el principio de operación de estas unidades sigue siendo el mismo, únicamente se ha perfeccionado. En la tabla 1 presentamos un resumen de las diferentes tecnologías que se han utilizado.

Generalidades sobre la construcción física de un disco duro típico La unidad de disco duro toma su nombre de la parte donde se almacena la información (figura 2): un disco magnético rígido llamado “plato” (a), el cual es impulsado por un motor de giro (b). Para incrementar la capacidad de almacenamiento, la mayoría de las unidades contienen dos o más platos magnéticos. La información se escribe y se lee por medio de una cabeza magnética de lectura/escritura alojada en el ensamble del conjunto de la cabeza (c). Un brazo actuador (d) que mantiene a este ensamble en su lugar, es posicionado por dos imanes, uno superior y otro inferior; a estas placas se les llaman “placas magnéticas” (e), y su función es controlar el movimiento del brazo actuador a través de la superficie del plato. Dicho movimiento, en sincronía con la rotación del plato, permite a la cabeza de lectura/escritura acceder a puntos específicos de la superficie magnética. Las señales que lee o escribe la cabeza, son amplificadas por el preamplificador de lectura/ escritura (f), mismo que, en conjunto con la bobina actuadora (g) y conectores asociados, da forma a la “bobina de voz” (h); cerca de ésta se encuentra la palanca de estacionado (i). Cuando la unidad es desactivada, esta palanca mantiene a la cabeza de lectura/escritura en la “zona de

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Tabla 1 TECNOLOGIA

CAPACIDAD TIPICA

CARACTERISTICAS

MFM (Modified Frequency Modulation)

10 a 40 MB

Primer tipo de disco duro empleado en la PC. Tambié n conocido como norma ST506, corresponde a unidades con interface tipo IBM. Por lo general eran de gran tamañ o y se distinguían porque en su tarjeta controladora se utilizaban dos cables tipo listó n para comunicarse con la unidad.

RLL (Run Lenght Limited)

40-100 MB

Prácticamente idé ntico a MFM, pero con un nuevo tipo de codificació n de datos que permite una mayor densidad de informació n.

80 a 200 MB

Fue un desarrollo posterior al MFM, con la ventaja de poseer una tarjeta de interface más confiable y rápida, apta para la mayor velocidad de transferencia de datos de los procesadores superiores al 8086. Llegó a utilizarse hasta en máquinas 386. El aspecto externo de su tarjeta controladora y de los cables de conexió n era prácticamente idé ntico al disco MFM.

ATA (AT attachement) o IDE (Intelligent Drive Electronics)

40 a 528 MB

Comercialmente se les conoce como "discos inteligentes" porque internamente incluyen una tarjeta acopladora para acceder directamente al bus de datos. Son las unidades más populares en este momento porque combinan un precio relativamemente bajo con un excelente desempeñ o. Su problema es que tienen como límite 528 MB. Cuando la tarjeta madre de la PC no llega a incluir el conector para el cable de datos y control de este disco duro (un cable plano de 40 hilos), se requiere entonces una tarjeta adaptadora para IDE, la cual usualmente tambié n actúa como controladora de las unidades de disco flexible y de los puertos de entrada/salida de datos. A estas tarjetas se les conoce precisamente como multi I/O y permiten ahorrar ranuras para el control de varios perifé ricos.

ATA-2 o EIDE (Enhanced IDE)

528 MB a 8 GB

IDE mejorado con las mismas características, pero diseñ ado para romper la barrera de los 528 MB.

200 MB a 20 GB o más

Los discos SCSI (se pronuncia "escoci") constituyen un desarrollo especialmente dirigido a sistemas de alto desempeñ o (por ejemplo, en servidores). Al igual que las unidades de tecnología IDE, tambié n son considerados "inteligentes" en la medida en que incorporan directamente una interface. Se reconocen porque el cable tipo listó n que comunica a la unidad es de 50 hilos en vez de 40. Una ventaja adicional de estos discos es que la tarjeta de interface adicional que se requiere cuando la tarjeta madre no dispone de conector para puerto SCSI, puede manejar más de dos discos, así como otros dispositivos como unidades de cinta magné tica, discos ó pticos, etc.

ESDI (Enhanced Small Device Interface)

SCSI (Small Computer System Interface)

aterrizaje”, un sitio de seguridad en el plato donde no se almacena ninguna información. Todas estas componentes se contienen en un ensamble de base (j) y una cubierta (k), los cuales son sellados en un ambiente totalmente limpio; de esta manera se aísla el polvo y otros contaminantes que pueden dañar o destruir a la unidad. Cada disco duro moderno, contiene un ensamble de circuito impreso donde se alojan los componentes electrónicos que le permiten comunicarse con la computadora y que todos sus elementos trabajen en sincronía. Entre dichos componentes electrónicos, se incluye un microprocesador encargado de controlar todas las funciones del disco, una interface que se comunica

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con el bus de la computadora, un ASIC de control que opera por completo al hardware de la unidad (ASIC corresponde a las siglas en inglés de “Circuito Integrado de Aplicación Específica”, y se refiere a una tecnología que, por medio de un solo circuito de alta escala de integración, lleva a cabo las principales tareas de control de un determinado equipo), un canal de lectura que codifica y decodifica la información y un ASIC de motor que dirige al motor y a la bobina actuadora. Ya con este panorama general de la construcción de un disco duro típico, podemos describir con más detalle las partes que lo componen.

Figura 2

Figura 3

(k)

(e)

(d) (c) (g)

(h)

(i)

(e)

(a)

(f) (j) (b)

(I)

Los platos magnéticos Como su nombre lo indica, los platos donde se almacena la información en un disco duro, son de un material rígido, en contraste con la delgada capa plástica de los disquetes (figura 3). Dichos platos son de aluminio, con un diámetro que se ha ido reduciendo gradualmente, a la par que se ha incrementado la capacidad de almacenamiento: han pasando de 5.25 pulgadas en las primeras unidades a 3.5 de los discos más usuales en máquinas de escritorio y a un tamaño de 2.5 ó 1.8 pulgadas para las máquinas portátiles (figura 4). Si bien el aluminio ha sido durante mucho tiempo el material más utilizado, conforme ha ido avanzando la tecnología de construcción de

cabezas magnéticas, ha mostrado limitaciones serias, sobre todo en la producción de superficies cada vez más planas y perfectamente lisas (todos los metales poseen protuberancias y depresiones naturales, que pueden minimizarse pero no eliminarse por completo). Ante esta situación, los fabricantes de discos duros están experimentando con nuevos materiales, como el vidrio (del cual ya existen algunos modelos de discos duros en el mercado) y componentes cerámicos de alta tecnología. Por ahora, el problema de estos materiales alternos es su alto costo. Para almacenar información, la superficie de los platos es recubierta con un material capaz de grabar por tiempo indefinido campos magnéticos de niveles apreciables; en este aspecto, los fabricantes han utilizado dos técnicas: la primera (utilizada desde los discos duros más antiguos) consiste en un depósito de partículas de óxido de hierro sumergidas en una solución adhesiva, misma que se aplica en el centro de los platos girando a alta velocidad, de tal manera que por fuerza centrífuga el material se distribuye de manera uniforme sobre toda la superficie. Con esto se consigue una capa de aproximadamente 7080 micras de grueso, con un acabado café opaco. Los discos más nuevos utilizan una técnica más avanzada, conocida como “de capa delgada”, pues es más fina, a la vez que más consistente y uniforme que la anterior, permitiendo mayores densidades de grabación y una mayor durabilidad. Físicamente, pueden reconocerse por su acabado en espejo. La profundidad de la

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Figura 4

Comparación de tamaños de discos duros

3.5 pulgadas

2.5 pulgadas

5.25 pulgadas

capa magnética que almacena los datos es de unas 3-8 micras de espesor, dependiendo de la tecnología empleada para aplicar esta capa (figura 5). Estos tipos de platos son los que más se utilizan en los discos actuales.

Cabezas de lectura/escritura Existen diferentes tipos de cabeza de lectura/ escritura. Entre las primeras, se cuentan a la cabeza monolítica de ferrita y a la cabeza construida con un block, también de ferrita. Un avance posterior, se dio con el uso de cabezas compuestas, las cuales se fabrican con una mezcla de un material no magnético al que se le agrega una pequeña porción de ferrita.

Las cabezas son el componente más costoso de un disco duro, y sus características ejercen gran impacto en el diseño y rendimiento de éste. Mas no obstante su alto costo, mantienen un diseño básico y un objetivo relativamente simple: una cabeza es una pieza de material magnético, cuya forma es parecida a una letra “C” con una pequeña abertura (gap); una bobina de alambre se enrolla en este núcleo para construir un electromagneto; de hecho, su estructura es básicamente la misma que la de las cabezas empleadas en las grabadoras de audio convencionales (figura 6). Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la bobina crea un campo magnético a través del gap, el cual magnetiza a la cubierta del disco bajo la cabeza. Para leer desde el disco, la cabeza sensa un pulso de corriente electrónica que corre por la bobina cuando la abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en el disco (figura 7). Gracias a las mejoras tecnológicas, en la actualidad los bits son empaquetados más densamente, por lo que el espacio necesario para su grabación se ha ido reduciendo. El bit de información almacenado, da origen a la señal producida por la cabeza cuando ésta lo lee; sin embargo, el reducido tamaño del bit ha implicado un mayor reto, pues las cabezas deben flotar aún más cerca del medio de almacenamiento, con el propósito de incrementar la amplitud de la señal. El siguiente paso en la evolución de las cabezas, fue el diseño de tipo MIG (Metal In Gap o Metal Insertado), en cuyo gap se le introduce una

Estructura de una cabeza magnética

Embobinado 1.5-2 mm (aluminio, vidrio o cerámica)

Capa ferromagnética (3 a 8 micras)

Gap no magnético

Figura 5

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Núcleo toroidal de ferrita

Figura 6

LOS MICROFONOS Oscar Montoya Figueroa

¿Qué es un micrófono?

Los micrófonos, esenciales en las comunicaciones y en el registro de sonidos, fueron el primer elemento capaz de convertir una señal externa en un equivalente eléctrico, convirtiéndose en el primer transductor conocido. Desde que fue inventado, a fines del siglo XIX, los micrófonos han evolucionado de acuerdo con las nuevas necesidades tecnológicas de la industria musical y de las comunicaciones, pero sus fundamentos no se han modificado de forma sensible. Precisamente, en este artículo, haremos una explicación mínima de los principios de operación de tales dispositivos.

El primer paso en la amplificación, grabación o transmisión de los sonidos, es la conversión de las ondas sonoras en señales eléctricas para ser procesadas mediante circuitos electrónicos. El dispositivo encargado de este paso, es un transductor electroacústico llamado “micrófono” (figura 1). Como resulta obvio, la importancia del micrófono no sólo depende de la función que juega como enlace entre las fuentes sonoras y los equipos de audio, sino también de factores como la fidelidad con que transforma los sonidos, el rango dinámico, la correcta respuesta a todas las frecuencias audibles, la mínima distorsión, etc. El tipo de micrófono más sencillo y primitivo es el de carbón, utilizado fundamentalmente en los aparatos telefónicos. Otros tipos de micrófonos son: de condensador, de cinta, de bobina móvil, piezoeléctrico, etc.

Teléfonos y micrófonos Mientras continuaba experimentando con el telégrafo múltiple, Alexander Graham Bell (1847-

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Figura 1 Un micrófono es un dispositivo transductor que convierte el sonido en señales eléctricas

Micrófono

Sonido

Señales eléctricas

1922) sentó las bases para la creación y operación del teléfono. Apoyado por su colaborador Thomas Watson, completó con éxito su primer diseño funcional; y aunque su principal objetivo era construir un dispositivo de comunicación oral por cable -el teléfono-, primero tuvo que inventar de manera implícita el micrófono; por eso se le considera el inventor de este dispositivo (figura 2). Como ya se mencionó, este primer micrófono estaba basado en el uso de partículas de carbón

Primer teléfono comercial (1877) de Alexander Graham Bell

Figura 2

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para la transformación de una señal sonora en una señal eléctrica, y de hecho es un dispositivo que sigue utilizándose en la comunicación telefónica (figura 3). Durante los primeros años de la radio, los micrófonos fueron un elemento esencial. Al principio eran dispositivos voluminosos y de mínima fidelidad, pero debido a su papel fundamental comenzaron a ser ampliamente utilizados y, por consiguiente, perfeccionados.

El transductor Una particularidad muy importante de la energía, es que mediante un transductor puede ser transformada en otra forma de energía. Por ejemplo, haciendo uso de un dinamo, la energía mecánica (movimiento) de una bicicleta se transforma en energía eléctrica (corriente); a su vez, ésta es transformada en energía luminosa mediante una lámpara incandescente (figura 4). Y de esta manera podemos descubrir una gran cantidad de procesos en los que la energía se transforma de un tipo en otro. Un transductor, puede definirse como un dispositivo capaz de tomar en un extremo alguna variable física (temperatura, velocidad, presión, luminosidad, ondas sonoras, etc.) y expedir en su salida una señal eléctrica que refleje fielmente el comportamiento de dicha variable; entonces, tenemos que un micrófono, una celda solar, una fotoresistencia, un termopar, etc., son todos ellos transductores. Ahora pensemos en un micrófono como un transductor capaz de transformar la energía sonora en energía eléctrica; o dicho de otra forma, el sonido se convierte en señales eléctricas que siguen las variaciones de intensidad de las ondas de sonido. Para comprobar esto, puede hacer un experimento que consiste en colocar en serie un micrófono telefónico de carbón (figura 5), un foco de 1.5 volts y una pila del mismo voltaje (figura 6). Al conectar el circuito, observará que el foco enciende con una cierta intensidad luminosa; pero al hablar por el micrófono, se producen ligeras variaciones en la intensidad de luz del foco. La calidad del sonido que se reproduce, así como otras prestaciones propias de los micrófo-

Figura 3 Principios de operación del teléfono RECEPTOR MICROFONO Las ondas sonoras producidas por la voz del interlocutor, hacen vibrar en el micrófono un delgado diafragma metálico, el cual a su vez presiona a los gránulos de carbón, con variaciones y pausas, según la intensidad de la emisión.

En el otro extremo, las señales llegan a un electroimán que se ubica de manera contigua al diafragma, atrayéndolo y repeliéndolo según la corriente fluctuante, con lo que se producen vibraciones que a su vez generan las ondas sonoras que escucha el otro interlocutor.

Cada teléfono abonado se conecta a la central local mediante un par de alambres, y a su vez ésta se conecta a una central general por medio de una red de cables.

Ondas sonoras recibidas

Señal eléctrica

Electroimán

Ondas sonoras emitidas

CENTRAL TELEFONICA

Diafragma

Gránulos de carbón

Señal eléctrica

nos, dependen en cierta forma del tipo de trans-ductor utilizado.

Tipos de micrófonos Existen diferentes medios por los cuales un micrófono puede transformar la energía sonora en energía eléctrica; es decir, los micrófonos pueden

utilizar diferentes tipos de transductores. Según el tipo de transductor utilizado, los micrófonos se clasifican en pasivos y activos; para los primeros se requiere una fuente de voltaje externo, a fin de generar la señal electrónica; por su parte, los activos son capaces de generar una señal electrónica, aun cuando no estén conectados a ninguna fuente de voltaje.

Micrófono de carbón En este ejemplo, la energía sufre diferentes transformaciones. Química

Mecánica

Este tipo de micrófono pasivo, como el que se utiliza en los receptores telefónicos caseros, consiste en una cápsula cerrada de carbón, como la que mostramos en la figura 5. En cada extremo

Aspecto físico de un micrófono de carbón usado en un teléfono convencional

Eléctrica Luminosa

Figura 4

Figura 5

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Figura 6 Al hablar por el micrófono, se producen variaciones en la intensidad luminosa del foco.

de ésta, hay un electrodo, uno fijo y otro que actúa como diafragma (figura 7). Como el carbón posee una resistencia intrínseca, a través de él puede circular una corriente apreciable; sin embargo, cuando se trata de pequeños gránulos colocados ordenadamente, el punto de contacto entre esferas es relativamente pequeño, por lo que la corriente tiene menos espacio para circular, presentando la masa de gránulos una resistencia relativamente elevada (figura 8). Cuando una onda sonora llega hasta el diafragma, la presión del aire empuja los gránulos,

El micrófono de carbón varía su resistencia interna cuando las ondas de sonido inciden en él. Vcc

Micrófono de capacitor Este micrófono pasivo se construye con dos placas metálicas conductoras cuya área es muy pequeña (0.5 cm aproximadamente). En tanto una de estas placas se mantiene fija y mediante un conductor eléctrico actúa como si fuese placa de condensador, la otra -que se encuentra muy cerca y es metálica- tiene cierta libertad de movimiento. Cuando las ondas de sonido perturban a la placa móvil, ésta se separa ligeramente de la placa fija; a su vez, esta variación produce un cambio en la capacitancia del sistema. En otras palabras, el micrófono de capacitor cambia su valor de capacitancia en términos de la intensidad de la onda de sonido que recibe (figura 9). Se le considera de tipo pasivo, puesto

El sonido impulsa al diafragma

Señal de salida

I2 > I1

Micrófono de carbón

Diafragma

Gránulos libres Placa metálica base

Cápsula con gránulos de carbón

Figura 7

compactándolos e incrementando el área de contacto entre ellos, lo que facilita la circulación de la corriente y disminuye la resistencia que presenta la cápsula. En consecuencia, el micrófono de carbón produce variaciones en la circulación de la corriente que circula por su interior, y de esta manera, modula a una señal eléctrica que posteriormente es amplificada. Insistimos en el hecho de que, para que un micrófono de carbón funcione, siempre será necesario que se le conecte una fuente de voltaje; la razón es que ésta permite generar variaciones de corriente eléctrica en el circuito, con la misma forma de onda de la onda de sonido original.

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Gránulos comprimidos

A Si los gránulos en el interior del micrófono de carbón están libres, sus puntos de contacto son mínimos, lo que se traduce en una resistencia elevada. B Al comprimir los gránulos, el área de contacto aumenta, lo que reduce la resistencia y permite mayor circulación de corriente.

Figura 8

MODERNOS CINESCOPIOS QUE NO REQUIEREN ANILLOS DE CONVERGENCIA J. Luis Orozco C. y Leopoldo Parra R.

La eliminación de los anillos de convergencia en los televisores modernos, parece ser una tendencia que pronto ha de generalizarse. En principio, esto resulta desconcertante por el hecho de que tales elementos son necesarios para conseguir la nitidez de la imagen cromática desplegada en la pantalla, garantizando la sincronización de los tres haces electrónicos en la trayectoria que recorren desde los cátodos hasta el fósforo del cinescopio. En este artículo explicaremos la razón por la que se han eliminado tales anillos, y qué hacer para llevar a cabo el ajuste de convergencia en televisores General Electric y RCA.

Generalidades En el tubo de imagen o cinescopio, las señales eléctricas que se han manejado desde la recepción por la antena hasta su placa base, se convierten en información luminosa, reconstruyendo así la imagen enviada desde la estación emisora. Como seguramente es de su conocimiento, en el cinescopio se aplica el principio de los tubos al vacío y la transmisión de electrones desde un cátodo caliente hasta un ánodo alimentado por un alto voltaje. Esto produce una emisión electrónica que, al chocar con el fósforo que recubre por dentro la pantalla, se traduce en puntos de luz, los cuales al ser observados a cierta distancia no se perciben de manera individual, sino como una imagen homogénea (figura 1). Así, el cinescopio cumple la función contraria a la cámara de televisión, donde la imagen se

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Figura 1

descompone en una señal eléctrica que posteriormente es modulada y radiada al espacio circundante, una vez que se le ha agregado el audio y otros componentes de información. De hecho, en el desarrollo de la televisión fueron determinantes los avances conseguidos en la exploración de imágenes mediante un tubo de rayos catódicos, pues sentó las bases para el diseño de un dispositivo encargado de la tarea contraria: explorar la pantalla del receptor de TV conforme una señal eléctrica, para reconstruir la imagen original.

Estructura y operación del cinescopio en color El principio teórico en el que se apoyaron los pioneros de la televisión en color fue el de la “mezcla aditiva de los colores”, según el cual prácticamente todos los colores pueden ser producidos mediante una combinación precisa de los tres básicos: rojo, verde y azul. Esto llevó a los investigadores a incluir en un mismo cinescopio tres cañones electrónicos y tres tipos distintos de fósforo, uno para producir luz roja, otro

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verde y el último azul, desplegando de esta manera imágenes cromáticas. En efecto, dicho sistema requiere para el despliegue de imágenes en color, que se inyecte al cañón no sólo una señal, como es el caso de los tubos de imagen en blanco y negro, sino de tres flujos de información eléctrica independientes, para excitar sendos cátodos en una intensidad que resulta en cada momento de la combinación de colores desplegados en pantalla. De hecho, es en los cátodos del cinescopio donde finalmente llegan las señales RGB obtenidas de la jungla Y/C, para modular los haces electrónicos producidos, permitiendo así la exploración o barrido de la pantalla para reconstruir la imagen cromática. Adicionalmente, en la figura 2 se puede apreciar que en el interior de la pantalla del cinescopio se incluye un revestimiento de fósforo, formando miles de diminutas tríadas RGB (redgreen-blue), distribuidas en toda la superficie. Gracias a este recurso, el ojo humano no alcanza a percibir los puntos individuales de color, sino que éstos se funden conformando un campo uniforme. Para lograr que el haz de cada cañón excite única y exclusivamente a los puntos de color que le corresponden, justo antes de la pantalla se coloca un elemento llamado “máscara de sombras”, el cual no es otra cosa que una delgada lámina de acero con infinidad de minúsculas perforaciones. En la figura 3 puede notar que se han hecho coincidir las perforaciones con las tríadas de puntos de fósforo en la pantalla, de tal forma que sólo deja pasar los haces electrónicos en el momento en que sus ángulos les permiten excitar a su tipo de fósforo en particular, bloqueándolo en los demás puntos de la exploración. Hay otros elementos necesarios en la operación de un cinescopio, por ejemplo, enseguida de los cátodos se incluyen algunos cilindros metálicos huecos, cuya función no resulta tan evidente, pero de capital importancia en la operación del dispositivo. Estos pequeños tubos son en realidad las rejillas de aceleración y enfoque, encargadas de dar a los electrones la velocidad necesaria para golpear con fuerza al fósforo (pro-

Figura 2

Ampolla al vacío

Haz azul Haz verde Haz rojo Base Puntos de fósforo de colores (en la superficie interna de la pantalla)

Máscara de sombras

Cañones electrónicos

Aquadag Pantalla

Sellado Banda de protección Banda de tensión

Puntos de fósforo

Orificio de la máscara de sombras

En esta imagen se muestra la convergencia de los tres haces en cada punto de la tríada RGB, pasando por el orificio de la máscara de sombras.

Máscara de sombras Haces electrónicos

Fotografía ampliada de un grupo de tríadas o deltas de fósforo de un cinescopio RCA convencional.

Verde

Rojo

Azul

duciendo un punto brillante) y afilar el haz electrónico para que no tome una trayectoria divergente (lo normal en una emisión electrónica), permitiendo que produzca un punto definido al llegar perfectamente concentrado a la pantalla (figura 4). También, en la parte externa aparecen algunos elementos auxiliares, como los yugos de deflexión (que son los encargados del desplaza-

miento lateral y vertical de los haces electrónicos) y los imanes de pureza y convergencia (que garantizan la adecuada superposición de las imágenes obtenidas con cada cañón electrónico). Además, también podemos localizar la bobina demagnetizadora, la que evita que los campos magnéticos adyacentes se concentren en la máscara de sombras, produciendo aberraciones cromáticas (figura 5).

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Pantalla

Figura 3

Electrones reflejados Haz de electrones

(A)

Fotografía con microscopio de los orificios cónicos en la máscara de sombras, desde la cara de la placa frontal. La forma del orificio en las máscaras de sombras afecta la calidad de imagen. En (A) los electrones se reflejan en los bordes de orificio en la máscara de sombras. En (B) cambia la forma del orificio en la máscara de sombras (como se muestra) y se eliminan los reflejos indeseables.

Máscara de sombras

Haz de electrones

Máscara de sombras

(B)

Finalmente, el tubo está cubierto en la parte externa por una sustancia conocida como aquadag, (figura 2) que consiste en una delgada capa de pintura con base en ferrita con propiedades conductoras. El interior de la campana también está recubierto con una capa similar, y el objetivo de esto es formar una capacitancia con un voltaje de ruptura muy alto entre ambas capas, aprovechando el vidrio intermedio como aislante. Así se evitó la necesidad de incluir un condensador

de muy alto voltaje, aprovechando el mismo cinescopio para dicha función. Recuerde que para que un tubo de rayos catódicos funcione adecuadamente, es necesario aplicar al ánodo un voltaje que fácilmente excede de 20,000 voltios, y esta tensión se genera por medio de un conmutador de alta frecuencia (la salida horizontal) y un transformador especial (el fly-back); pero aunque el voltaje ya sale rectificado de este último elemento, aún es necesario filtrarlo, y para ello se aprovecha la capacitancia del cinescopio.

Trayecto de los haces electrónicos.

Los ajustes de pureza y convergencia

Trayectoria del haz sin rejillas de aceleración y enfoque (muy exagerado)

Los ajustes de pureza y convergencia son un procedimiento de servicio cuyo objetivo es aumentar

Yugo

Rejillas

Trayectoria del haz con rejillas de aceleración y enfoque

Haz verde Haz rojo

Rojo Verde Azul

Haz azul

Figura 4

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Imanes

Figura 5

EL GALVANISMO Y LAS RADIOCOMUNICACIONES Felipe Orozco y Leopoldo Parra

La electricidad considerada como “fluido vital”

El galvanismo no tuvo una influencia directa ni inmediata en las radiocomunicaciones; de hecho, son acontecimientos separados por casi un siglo. Sin embargo, podemos decir que las investigaciones realizadas por Galvani, son un antecedente remoto de una serie de pasos consecutivos, aunque desorganizados (así como avanza la ciencia), que vendrían a desembocar en el desarrollo de la teoría electromagnética y, por consiguiente, de las radiocomunicaciones. Hemos tomado como referencia al galvanismo, para hacer un viaje en la historia del descubrimiento del electromagnetismo, pues nos parece interesante que las ideas sobre “electricidad animal”, se hayan desarrollado en un contexto en el que las hipótesis sobre electricidad y magnetismo estaban a punto de fusionarse.

“Disequé una rana y la preparé en la forma debida. Luego, y proponiéndome una cosa distinta, la coloqué encima de una mesa sobre la cual se encontraba una máquina eléctrica. La rana no estaba en contacto con el conductor de la máquina y aún se hallaba a bastante distancia de ésta. Uno de mis ayudantes tocó casualmente con la punta de un escalpelo los nervios crurales del animal, e inmediatamente los músculos de los nervios inferiores se contrajeron como si hubiesen sido atacados de violentas convulsiones tetánicas”. Con estas palabras describió Galvani sus experimentos sobre “electricidad animal” (en contraposición a la “electricidad natural”, producida por las tomentas), hacia fines del siglo XVIII, una época en que los investigadores se hallaban obsesionados con los fenómenos eléctricos (figura 1). Luigi Galvani no se circunscribió a estudiar los efectos de la electricidad en los nervios y músculos de los animales, en los que llegó a conclusiones desarcertadas; también hizo aportaciones a la física, a la biología y a la medicina, su principal profesión. De hecho, en su honor se conoce como “galvanismo” al proceso mediante el cual se coloca una delgada capa de un metal sobre otro utilizando cargas eléctricas; y también

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Figura 1

Imágenes antiguas de Luigi Galvani de su experimento con la rana.

se bautizó como “galvanómetro” a un dispositivo que se utiliza ampliamente en instrumentos de medición (aunque ambos fueron descubiertos mucho después de la muerte de Galvani). Pero en aquella época, cuando aún no se tenían bases científicas sobre el origen de las cargas eléctricas, la posibilidad de contraer las patas de una rana mediante choques de electricidad, estimuló la imaginación de los científicos, muchos de los cuales, y sobre todo cuando se inventó la pila de Volta (en 1800), hicieron fantásticos experimentos de tipo “galvánico”, utilizando cadáveres de bueyes, de perros, de ranas y hasta de humanos. Hubo incluso un científico inglés que, en 1837, creyó haber creado arácnidos artificiales con una pila de Volta. Pero no todos estaban de acuerdo con estas hipótesis, por ejemplo, Alessandro Volta fue uno de los principales detractores de la teoría de la “electricidad animal” de Galvani, proponiendo, por el contrario, que la contracción de los múscu-

Imágenes antiguas del Conde Alessandro Volta y de sus experimetos con las pilas húmedas.

Figura 2

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los de la rana se debía a la electricidad generada por el uso de instrumentos de metales distintos (como colocar las patas de la rana en una mesa de hierro y tocarla con algún instrumento de cobre), teoría que a la larga dio origen al desarrollo de sus baterías húmedas (figura 2). Sin embargo, en el ambiente científico de la época, se consideraba que la electricidad podía ser el fluido vital del que dependiera la vida; y estas ideas no sólo eran estimuladas por los experimentos de Galvani, sino por los planteamientos de los científicos y filósofos de fines del siglo XVIII, que se habían preocupado intensamente por los efectos biológicos de la electricidad. Galvani mismo había propuesto que el cerebro era un enorme generador eléctrico, que enviaba impulsos a través de los nervios hasta el último músculo del cuerpo, consiguiendo así la riqueza de movimientos de los seres vivos. Otro investigador, llamado Erasmus Darwin (abuelo de Charles Darwin, el autor de El Origen de las Especies), también había llegado a la conclusión de que los influjos nerviosos eran de naturaleza eléctrica. Con estas ideas reinantes, era lógico que algunos científicos de la época se preguntaran incluso si sería posible “restituir a las carnes muertas su calor vital” a través de estimulaciones eléctricas. Y al parecer, esas teorías influyeron a Mary Shelley para su célebre novela Frankenstein o el Prometeo Moderno (figura 3).

El estudio de la electricidad La electricidad comenzó a ser estudiada más formalmente en el siglo XVIII, aunque desde los griegos ya habían observaciones al respecto; por ejemplo, se dice que el filósofo Tales de Mileto (que vivió aproximadamente en el año 550 A.C.) descubrió que frotando un trozo de ámbar con una piel, éste obtenía la propiedad de atraer objetos ligeros (una manifestación de la electricidad estática); también a él se le atribuye el primer ensayo describiendo las propiedades de la “magnetita”, óxido de hierro con propiedades magnéticas que se encuentra en forma natural (la famosa “piedra imán”). A pesar de ello, debido al escaso interés que suscitaba en los griegos encontrar aplicaciones

Figura 3

La idea de que la criatura del doctor Víctor Frankestein recibió el impulso vital de cargas eléctricas, ha predominado en la cinematografía.

prácticas a sus especulaciones filosóficas, esos conocimientos cayeron en el olvido por más de mil años; y no fue sino hasta el siglo XVI cuando se retomaron las investigaciones en el área del magnetismo (hablaremos de ello más adelante). Aunque en el siglo XVI el científico inglés William Gilbert “redescubrió” el experimento de Tales de Mileto, y encontró que el ámbar no era el único material que podía “cargarse” eléctricamente, las investigaciones sobre la electricidad estática iniciaron formalmente con el químico francés Charles-Francis de Cisternay du Fay, quien en 1733 descubrió que al frotar dos varillas de ámbar con una tela, y acercarlas una a la otra, éstas se repelían mutuamente, y lo mismo sucedía con dos varillas de vidrio cargadas eléctricamente. También observó que, al acercar una varilla de vidrio a un trozo de ámbar, ambos materiales se atraían, lo que evidenciaba que la electricidad se podía presentar en dos formas; con el tiempo, estas observaciones serían la base del descubrimiento de las cargas eléctricas “positivas” y “negativas”. Un nuevo impulso a estas investigaciones lo dio, en 1745, “la Botella de Leyden” en la Universidad de Leyden (de ahí su nombre), en Alemania. En este dispositivo, se almacenaba una carga eléctrica mediante pequeños trozos de láminas metálicas, colocadas dentro de una botella de vidrio recubierta interna y externamente por delgadas capas metálicas. Del tapón de la botella

sobresalía una varilla con una esfera en su extremo, y precisamente en esa “terminal” se aplicaban cargas eléctricas que la botella podía almacenar por largo tiempo. Ya en 1708, el investigador británico William Wall había propuesto que los rayos que normalmente vemos durante una tormenta en realidad eran enormes descargas eléctricas; esta afirmación (junto con los experimentos de chispas eléctricas obtenidos con la botella de Leyden) animó al científico estadounidense Benjamín Franklin a realizar su famoso experimento de la cometa en 1752, con el que comprobó la naturaleza eléctrica del rayo y desarrolló los pararrayos. Hubo también algunos experimentos con electricidad estática, como los del científico francés Charles-Augustin de Coulomb, relacionados con las fuerzas que las cargas eléctricas podían generar; pero no fue sino hasta el invento de la pila de Volta, y el consecuente estudio de la electricidad dinámica, cuando los investigadores empezaron a estructurar una base teórica y experimental más acabada y verificable en la práctica.

Electricidad y magnetismo En aquella época, se sopechaba ya que la electricidad y el magnetismo eran aspectos diferentes del mismo fenómeno. El mismo doctor Erasmus Darwin, antes de los experimentos de Galvani y Volta, había formulado hipótesis sobre los “éteres” eléctrico y magnético; otros investigadores pensaban que el “fluido vital” tenía que ver con fluidos calórico, magnético y eléctrico; etc. Mas la línea de investigaciones que finalmente permitiría comprobar la íntima relación entre electricidad y magnetismo, fue la de Coulomb, con sus experimentos de medición de la fuerza ejercida por las cargas eléctricas y magnéticas, en los que quedó claro que ambas fuerzas, aunque semejantes en algunas de sus manifestaciones, eran distintas: la electricidad se comporta como un flujo de “cargas” positivas o negativas, y éstas pueden manifestarse independientemente; en tanto, el magnetismo siempre se manifiesta como un dipolo norte-sur, siendo imposible encontrar un imán que sólo tenga un polo norte, y viceversa (más adelante volveremos a referirnos a los experimentos de Coulumb). ELECTRONICA y servicio

ENCONADO DE BOCINAS Y CONSTRUCCION DE BAFFLES Primera de dos partes Oscar Montoya Figueroa

Las bocinas

En este artículo explicaremos las bases teóricas mínimas para que comprenda los principios de operación de una bocina típica, así como el procedimiento para reparar uno de estos dispositivos en caso de que se llegue a dañar; en el próximo número estudiaremos cómo construir baffles que cumplan con los principios de la acústica, garantizando así un sonido claro y agradable en todo momento. 72

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Denominamos “bocinas” o “altavoces” a los dispositivos capaces de transformar una señal eléctrica en sonido audible. Como las bocinas son dispositivos electromecánicos, su uso continuo durante cierto tiempo provoca el deterioro de sus partes mecánicas; además, puesto que el costo de su reparación es muy pequeño comparado con el precio de la unidad completa, es muy conveniente conocer el procedimiento que debe seguirse para repararlas. Una bocina está formada por tres partes básicas: un cono que impulsa el aire y genera las ondas de sonido, una bobina móvil de alambre unida al cono y un imán permanente fijo que, en interacción con esta última, produce el desplazamiento del cono (figura 1). Algunas otras partes de refuerzo mecánico son necesarias para el buen desempeño de la bocina; entre ellas se puede mencionar a la suspensión, la cual, apoyada en la propia estructura

Figura 1

Partes de una bocina de bobina móvil

Figura 2

Suspensión

Bobina

Cono

Imán permanente Suspensión

Conector Estructura metálica

Cono

Principio de operación

Imán permanente

Estructura metálica

de la bocina, sostiene al cono; a la vez, permite que éste se desplace longitudinalmente. El grado de rigidez del cono repercute en las características de reproducción del sonido; mientras que una suspensión muy rígida provoca que la bocina tenga un espectro de sonidos agudos, una suspensión suave permite que la misma tenga cierta capacidad para reproducir sonidos graves. El espacio en que se coloca la bobina móvil es muy estrecho; es el área entre el imán permanente y la estructura metálica. Si la bobina es mal colocada, seguramente hará contacto con las paredes de la cavidad; para evitar este problema se coloca una tela rígida, la cual mantiene en posición a la bobina (figura 2).

Cuando una corriente eléctrica es aplicada en las terminales de la bobina, ésta genera un campo magnético que interactúa con el campo del imán permanente, obligando al cono a desplazarse hacia adelante y hacia atrás, según sea la polaridad de la corriente aplicada. En sus partes frontal y posterior, el cono de la bocina genera ondas de sonido inversas entre sí; o sea, cuando en la parte frontal el aire se comprime en la parte posterior se hace menos denso, y viceversa. Para entender mejor el proceso observe la figura 3. Las características mecánicas de las bocinas evitan que éstas, de manera individual, puedan emitir sonidos perfectamente fieles; se requiere entonces de por lo menos tres en conjunto, que de manera especializada cubran toda la gama de sonidos y armónicas requeridos (figura 4). Por

La bobina genera dos ondas inversas, una al frente y la otra en la parte posterior. Si ambas ondas se encontrasen en el espacio, se anularían reduciendo la intensidad del sonido generado.

1 1 E x p a n s i ó n

C o m p r e s i ó n

E x p a n s i ó n

1 Durante el ciclo positivo el cono avanza, comprime el aire al frente y lo expande atrás. 2 Durante el ciclo negativo el cono retrocede, expandiendo el aire al frente y comprimiéndolo atrás.

Figura 3 ELECTRONICA y servicio

esta razón se construyen bocinas para bajos (sonidos graves), medios y altos (sonidos agudos). La suma de los espectros de emisión de frecuencias de cada una, hace que se pueda tener una reproducción de mayor calidad.

Figura 4 Bocina para agudos

Bocina para medios

Descripción de fallas

No hay sonido Si no se escucha absolutamente nada, recurra a baterías o directamente a la línea comercial (según sea el caso) para verificar que el sistema esté alimentado; también asegúrese de que esté encendido y con un nivel de volumen medio.

Verificar señal de salida Si lo anterior no es la causa del problema, use un juego de bocinas o audífonos para verificar que exista señal de salida. Si no se recibe respuesta, significa que el problema se encuentra en la sección de salida de los amplificadores internos del aparato (fallas que quedan fuera del objetivo de este artículo).

Bocina para graves Cortesía: ONKYO

Si su sistema de audio (estéreo casero, reproductor del automóvil o radio portátil) pierde sus características de reproducción fiel, se producen ruidos o distorsiones en el sonido, o simplemente éste ha dejado de escucharse, significa que se ha producido una falla. A continuación señalaremos algunas de las condiciones y puntos a considerar al momento de hacer la revisión de su equipo de sonido.

d) En caso de encontrar algún corte interno, sustituya el cable o elimine el tramo afectado.

Falla en la bocina Si ha determinado que la falla se encuentra en la bocina, pruebe primero la conductividad de la bobina; para ello debe conectar un óhmetro entre las terminales de la misma. Observe las condiciones del cono de la bocina; una suspensión deteriorada o un cono fracturado o roto, son indicios de una mala operación. En caso de haber un falso contacto en los conectores de la bocina o un cable suelto en ella, será necesario resoldar o remplazar las terminales dañadas.

Daño en el cono Problemas en bocinas de salida En caso de que el problema no sea interno, sino que esté en las bocinas de salida, le recomendamos ejecutar los siguientes pasos: a) Verifique visualmente el estado del conector. Si se encuentra oxidado, trate de restaurarlo con la ayuda de una lija suave o de una goma para tinta. b) Si se encuentra dañado, proceda a sustituirlo. c) Si se encuentra en buen estado, pero su sistema no lo utiliza, pruebe la continuidad de los cables de las bocinas; para el efecto, utilice un multímetro o un circuito de continuidad.

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Si hay un daño mayor en el cono o la bobina, deberá ejecutarse el procedimiento de enconado; puesto que se reemplaza con todas las partes dañadas, la unidad quedará como nueva.

Enconado de bocinas Supongamos que se encuentra dañada una bocina para medios de ocho pulgadas, con cono circular. Para la reparación de la misma, se requiere del siguiente material (figura 5): • Pegamento negro o blanco para bocina (el único equivalente es el de la marca UHU).

Figura 7

Materiales

PE G

A M E N TO

Pegamento cristalino

Cono con suspensión

Bobina

• Una bobina con el tamaño adecuado (según sea el tamaño del centro de la armadura de la bobina) y de la misma impedancia que la bobina original (4, 8 ó 16 ohms). • Un cono de ocho pulgadas (o del tamaño de la bocina que se va a enconar). • Un centrador del tamaño apropiado. • Una tapa para centro (es una tapa de plástico o cartón, que cubre la parte superior de la bobina y evita que el polvo entre a la cavidad de desplazamiento de la misma). • Alambre trenzado flexible, que permite realizar las conexiones entre la bobina móvil y el conector fijo. Tiene que ser este tipo de cable, ya que es capaz de soportar los continuos movimientos mecánicos que se producen cuando la bocina suena; si se coloca un cable que no sea trenzado flexible, después de cierto tiempo terminará por romperse. En tiendas de electrónica especializadas, usted puede encontrar todos estos artículos. Cuando los vaya a adquirir, fíjese que tengan las mismas características de los originales; de preferencia lleve la bocina dañada en cuestión, para asegurarse de que los artículos sean los apropiados. Por otra parte, recuerde que un buen trabajo depende también de contar con la herramienta

Retire la bobina y el cono, y limpie adecuadamente la estructura de la bocina. Suspensión Cono

Orilla para fijar la suspensión

Bobina

Espacio para la bobina móvil

Figura 6

Centrador

Cable trenzado flexible

Tapa para centro

necesaria: una navaja (cutter), un cautín de 15 a 30 watts, unas pinzas de punta, unas pinzas de corte y un multímetro.

Procedimiento 1) De la estructura de la bocina, separe cuidadosamente la suspensión con la navaja. Enseguida corte la orilla del centrador y, finalmente, los cables que van hacia el conector de la bocina; entonces el cono y la bobina podrán ser separados libremente de la estructura metálica (figura 6). No tire esta parte, ya que le servirá más adelante. 2) Retire por completo los restos de pegamento que hayan quedado en el lugar de la suspensión y del centrador, y limpie la superficie con un poco de thinner u otro solvente (evite dañar la pintura de la estructura). 3) Observe atentamente la cavidad en que se alojaba la bobina; si en el interior encuentra polvo o restos de materiales no identificados, retírelos con ayuda de una aguja delgada; limpie ese mismo sitio con un poco de alcohol industrial. Si en él existe óxido, elimínelo con trozos pequeños de lija fina para metales. 4) Cumplido lo anterior, hay que unir las nuevas piezas: la bobina móvil y el cono; al hacerlo, procure que éste quede a la misma altura que estaba el original y compárelos; si es necesario, utilice una regla para medir la distancia adecuada (figura 7). Por lo que respecta a la nueva bobina, si la coloca a una distancia mayor de la original, es muy probable que se detenga en el fondo de la armadura y que, por consecuencia, se produzcan distorsiones durante su funcionamiento; si la coloca a una distancia menor de la original, el campo magnético generado por ésta no podrá inte-

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VIDEOGRABADORAS MODERNAS Leopoldo Parra Reynada

Qué es un videograbadora

En este artículo vamos a dar una explicación general de los principios de operación de las videograbadoras domésticas, enfatizando los aspectos funcionales más relevantes de estos sistemas electrónico-mecánicos. También comentaremos algunas prestaciones que ya se incluyen de manera común en dichos aparatos, pero que en su momento representaron un logro tecnológico. En la elaboración del presente artículo, se ha pensado en estudiantes que requieren un textoresumen que facilite la comprensión general del tema; aunque el técnico especializado, puede consultarlo para puntualizar sus conocimientos al respecto. 26

ELECTRONICA y servicio

Una videograbadora es una máquina electrónico-mecánica diseñada para reproducir y grabar señales de video compuesto en cinta magnética. En términos generales, los procesos que se llevan a cabo para la lectura de la información grabada en cinta son (figura 1): recuperación de la información previamente grabada; separación de las bandas correspondientes a luminancia y color; manejo de la señal de luminancia y demodulación, para obtener nuevamente la señal de blanco y negro; manejo de la señal de croma para elevar su frecuencia al estándar de 3.58 MHz; mezcla de ambas señales y expedición de las mismas, ya sea directamente por las terminales de video o a través del modulador de RF hacia el televisor. Y al contrario, los procesos que se efectúan para grabar las señales de video compuesto son: sintonía de la señal de TV, demodulación y obtención de las señales de luminancia y croma, manejos individuales a cada una de ellas, mezcla de ambas señales debidamente procesadas y grabación en la cinta magnética. Por supuesto que en ambos procesos hay que considerar la grabación y reproducción del audio respectivo.

Figura 1 Y

Sintonía

Proceso Y REC

Sep. Y/C

+ Proceso C REC

Proceso REC

C i n t a

Proceso Y-PB Modulador RF Al televisor

Proceso PB

Nota histórica Ya mencionamos en un artículo de esta publicación (ver Del Fonógrafo al Disco Versátil Digital, No. 3), que los conceptos de la grabación magnética datan de finales del siglo pasado, y que fueron descritos en forma teórica por Oberlin Smith en 1888. Unos años más tarde, en 1898, el inventor danés Valdemar Poulsen patentaría el primer grabador magnético de sonidos. Los primeros aparatos utilizaban como medio de almacenamiento un alambre de acero, aunque posteriormente se experimentó con el uso de una cinta metálica y luego de celulosa, dando origen en 1936 al magnetófono, el cual sentó la base de toda una generación de medios basados en cinta (las populares grabadoras de carrete abierto). Pero, sin duda, el factor que marcó el despegue de las cintas magnéticas como medio popular de distribución y almacenamiento de audio, fue el desarrollo del cassette (introducido por Philips en 1964), pues gracias a este dispositivo el usuario no tenía que enhebrar la cinta manualmente (como sucedía con los carretes), ni ésta quedaba sujeta a los maltratos propios del ambiente. En el campo del video, también se hicieron diversos experimentos para la grabación de programas de TV en cinta magnética; sin embargo, por distintas dificultades tecnológicas y por su elevado costo, durante mucho tiempo estos aparatos estuvieron dedicados exclusivamente a grandes corporaciones teledifusoras. Fue hasta mediados de los 70’s, cuando dos compañías presentaron con pocos meses de diferencia, un par de sistemas que reunían las prestaciones y el

Proceso C-PB

Amp. RF

precio adecuados para llevar a la videograbación a niveles de consumo masivo: el formato Betamax de Sony y el VHS de JVC (éste es el que prevalecería, desplazando definitivamente al Betamax, que fue el primero en salir al mercado). Las bases teóricas y tecnológicas de estos formatos, permitieron el diseño de nuevos sistemas como los discos láser de video, el formato de 8 mm, los formatos de alta resolución (S-VHS, ED-Beta y Hi-8) y, a últimas fechas, al desarrollo del DVD o el nuevo formato en cinta DVC (ver Cámaras de Video Digital para Consumidor, No. 3); sin embargo, aun en la actualidad más del 90% de los equipos de grabación y reproducción de video que se venden mundialmente siguen siendo VHS. Es por ello que el presente artículo estará basado en máquinas de este tipo.

La grabación magnética Desde hace muchos años se descubrieron las propiedades electromagnéticas de ciertos materiales (se atribuye a los griegos el descubrimiento de la electricidad estática y de los primeros imanes naturales); sin embargo, es hasta el siglo XIX, cuando el físico inglés, Michael Faraday descubrió la estrecha relación que existe entre la electricidad y el magnetismo. Faraday descubrió que cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de las espiras de una bobina de alambre, en su núcleo se forma un campo magnético cuya intensidad es proporcional a la corriente aplicada (figura 2A). También descubrió que si en una bobina se introduce un imán en constante movimiento (aplicando así un campo magnético variable), el campo induce

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Figura 2A

I V

Campo magnético

Figura 2B

en las espiras de la bobina un voltaje, es decir, en su salida se obtiene una señal eléctrica proporcional a la variación del campo magnético en su interior (figura 2B). Por otra parte, existen materiales que tienen la propiedad de almacenar campos magnéticos por tiempo indefinido; es decir, si se aplica un campo magnético en dichos materiales, éstos quedan imantados en proporción a la intensidad del campo aplicado. Precisamente, combinando los fenómenos descubiertos por Faraday con los materiales susceptibles de imantación, es que se logra la grabación en cinta magnética. Para llevar a cabo este proceso de grabación/ reproducción, es necesario un dispositivo muy particular: una cabeza magnética. En la figura 3 se muestra la estructura de este elemento; puede apreciar que se trata de un toroide de material ferromagnético (una variedad especial de ferrita), rodeado por una bobina. En un punto de este toroide se ha introducido una discontinuidad no-

magnética a la que se da el nombre de gap, y cuya función se muestra en la figura 4A. Note que cuando comienza a circular una corriente a través de la bobina, se forma en el interior del toroide un campo magnético intenso, que trata de seguir una trayectoria circular; sin embargo, al llegar al gap, no puede seguir su camino en línea recta, por lo que el campo tiene que “brincar” la discontinuidad. Así, el campo magnético abandona por breve tiempo al toroide de ferrita y se transmite por el aire. Si se coloca una cinta con material ferromagnético frente del gap, al aplicar corriente en la bobina, el campo magnético generado en el interior del toroide tiene a concentrarse en la cinta (figura 4B). De esta manera, es posible aplicar un campo muy concentrado en puntos específicos; y como el campo magnético generado es proporcional a la corriente que circula por la bobina, con este sencillo elemento se puede aplicar en la cinta una inducción de amplitud controlada, pasándola lentamente frente a la cabeza. Así, a lo largo de la propia cinta se van almacenando campos de magnitud variable según la intensidad de la corriente eléctrica, que a su vez corresponde a una información específica (figura 5). Para recuperar o dar lectura a la señal grabada en la cinta, se utiliza la misma cabeza magnética, pero ahora actuando como elemento receptor.

I Líneas de flujo magnético

Figura 4A

Bobina

Gap Núcleo toroidal de ferrita

Figura 3

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Cinta magnética Campo magnético muy concentrado

Figura 4B

Figura 5

Campo magnético almacenado en la cinta

Cinta

En tal caso, se hace pasar frente a ella la cinta grabada, con lo que los campos magnéticos almacenados se transmiten hacia el núcleo de ferrita, induciendo un voltaje en las espiras del embobinado. Ahora no se le aplica ninguna corriente, sino al contrario, se coloca un monitor para captar el voltaje en la salida del embobinado. Como resultado, en la salida de la cabeza magnética se produce un voltaje proporcional a la intensidad del campo magnético almacenado en la cinta, el cual a su vez es proporcional a la corriente aplicada durante la grabación. Este es, a grandes rasgos, el principio de operación de la grabación y reproducción por medios magnéticos; veamos ahora las adaptaciones que se requieren para grabar señales de video.

Grabación lineal contra grabación helicoidal Lo que hemos descrito se aplica en las grabaciones de tipo lineal, es decir, donde la cinta corre frente a una cabeza magnética fija; en tal caso, la calidad de la grabación que se puede almacenar está estrechamente relacionada con dos factores: el ancho del gap y la velocidad con que la cinta transcurre frente a la cabeza. Para la grabación de señales audio, el sistema de cabeza estacionaria es adecuado, ya que el ancho de banda de los sonidos que puede captar el oído humano se ubica en el rango de 20 a 20,000 Hz; esto significa que una cabeza magnética con un gap de un tamaño mediano (unas cuantas micras) y una cinta corriendo a baja velocidad, es capaz de almacenar toda la banda sonora sin que se produzca pérdida aparente. Por ello, la calidad del audio que se consigue con

los tradicionales cassettes es satisfactoria para las aplicaciones de usuario. Pero cuando se utiliza el mismo método para grabar señales de un ancho de banda muy amplio, como la de video compuesto (que va de 0 a 4.5 MHz), surgen dificultades. En tal caso, se necesitarían gaps extremadamente pequeños (difíciles de producir) y velocidades de cinta muy elevadas, consumiendo grandes cantidades de cinta. Como ambos factores son antieconómicos, los diseñadores tuvieron que desarrollar un nuevo método de grabación que permitiera almacenar señales de muy altas frecuencias, sin incurrir en estos inconvenientes. Fue así como se desarrolló el sistema de grabación helicoidal con cabezas rotatorias. Este método se basa en un mecanismo con las siguientes características: las cabezas de grabación/reproducción se montan sobre un tambor rotatorio, el cual gira a alta velocidad. La cinta, a su vez, rodea al tambor en una trayectoria ligeramente inclinada, por lo que la información se graba en una serie de delgadas líneas (tracks o pistas) inclinadas sobre la superficie de la cinta (figura 6). De esta manera, aunque la cinta se mueve con una velocidad muy baja (unos cuantos centímetros por segundo), la velocidad relativa cabeza/cinta es lo suficientemente alta para poder grabar señales de muy alta frecuencia; típicamente, la velocidad relativa es de alrededor de 5 metros por segundo. Para lograr una grabación continua de la información, es necesario que la cinta rodee por lo menos 180 grados la periferia del tambor; y como en este cilindro se montan por lo menos dos cabezas ubicadas en extremos opuestos, mientras pasa una cabeza grabando informa-

Tambor de cabezas giratorias

Tracks grabados en patrón helicoidal

Cinta

Figura 6

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ción, la otra estará pasando por la porción que no está rodeada de cinta; pero cuando la primera cabeza está a punto de abandonar la cinta, la cabeza contraria apenas estará entrando a la porción de cinta (figura 7). Con este sencillo procedimiento es posible grabar señales complejas y de alta frecuencia como las de video, manteniendo un consumo de cinta razonable.

El formato VHS Expliquemos ahora el formato VHS, enfatizando el aspecto de sus parámetros operacionales y sus dimensiones físicas. Vea en la tabla 1 un resumen de las principales características de este tipo de videograbadoras. Puede notar que en este formato se utiliza un tambor de cabezas con un diámetro de aproximadamente 6 cm, girando con una velocidad de 1800 RPM, es decir, el tambor da 30 vueltas por minuto. Una de las características principales del estándar NTSC (el que rige las transmisiones televisivas en nuestro país y en la mayor parte de América), es que las imágenes de TV se forman con 60 campos entrelazados por segundo, o sea, 30 cuadros completos en el mismo lapso; por lo tanto, en cada revolución del tambor de cabezas, se graba un cuadro completo, un campo por cabeza. Gracias a este arreglo, es posible que la transición inevitable que se forma cuando se hace la conmutación entre una cabeza y otra, pueda ubicarse, por ejemplo, en las 16 líneas en blanco que aparecen después del pulso de sincronía ver-

Características

VHS

Ancho de la cinta

1/2"(12.7mm)

Sistema de grabació n

Helicoidal con dos cabezas de video rotatorias

Tipo M Enhebrado de la cinta

Diámetro del tambor

62mm

Velocidad relativa cabeza/cinta

Alrededor de 5.80 m/s

Azimuth del gap de cabezas

+/- 6˚

Tamañ o del gap

Aprox. 0.3 µ m

Velocidad lineal de la cinta

SP 33.3 mm/s LP 16.6 mm/s EP 11.1 mm/s

Disposició n de señ ales en la cinta

Audio Video CTL

Ancho del track audio

1.0 mm

Ancho del track CTL

0.75 mm

Angulo de los tracks de video

Aprox. 6˚

Consumo de cinta por hora

SP 120 m/h LP 60 m/h EP 40 m/h

Grabació n de luminancia

Modulada en FM con una desviació n de 3.4-4.4 MHz

Grabació n de crominancia

Heterodinada con 4.21 MHz para obtener 629 KHz con fase rotada

Resolució n

Alrededor de 240 líneas horizontales Croma

Y-FM

Espectro de frecuencias Cuando la cabeza 1 está apunto de abandonar la porción del tambor rodeada de cinta, la cabeza 2 apenas está entrando. De esta forma se consigue una grabación continua de señal. Cabeza 2

Cabeza 1

Figura 7

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629

4.4

3.4

Grabació n del audio HiFi

Grabació n de profundidad con cabezas adicionales

Máximo tiempo de grabació n

6 Hrs. (EP.T-160)

Tamañ o del cassette

8.8 x 10.4 x 2.5 cm (488.8 Cm3)

Detecció n de inicio/fin de cinta

Metodos ó pticos por cinta transparente

Tabla 1

Figura 8

tical, presentando así al espectador una imagen siempre clara y nítida. Y para conseguir que la cinta rodee poco más de la mitad de la periferia del tambor de cabezas, en el formato VHS se recurre a un enhebrado conocido como “tipo M”, debido al trayecto que sigue la cinta una vez colocada en su posición correcta (figura 8). Para ello, el cassette posee unas cavidades en donde entran sendos postes que, una vez detectado que está en su posición adecuada, extraen la cinta de forma automática, rodeando al tambor de cabezas y poniéndola en contacto con las cabezas de audio y control. Este procedimiento automático evita que el usuario tenga que manipular de forma directa la cinta, garantizando así mayor vida útil de las películas y una operación más confiable en general.

Grabación de audio La información de audio no se graba junto con la de video, sino que se almacena siguiendo el método tradicional (una cabeza fija) en un track lineal que se encuentra en la parte superior de la cinta (figura 9). Debido a este arreglo tan peculiar, y a la baja velocidad con que se desplaza la cinta magnética, el ancho de banda que se puede guardar en el formato VHS deja mucho que desear; alcanza un máximo de 15 KHz en velocidad SP, la más alta, y cae drásticamente a menos de 10 KHz cuando se graba en velocidad EP, la más lenta. Para compensar este problema, se han diseñado métodos que permiten que la información de audio se grabe utilizando el mismo tambor de cabezas. Pero debido a que tanto el ancho de banda de la grabación en VHS como la superficie de la cinta ya estaban totalmente saturadas, no quedó más remedio que idear un sistema completamente novedoso para conseguir estos objetivos; a este sistema se le conoce como “grabación con profundidad”. En este caso un par de cabezas de audio adicionales pasan antes de que se grabe el video y graban con mucha potencia la información de audio, de modo que penetre profundamente en el sustrato de partículas magnéticas. Inmediatamente después pasa la cabeza de grabación de video, y borra la grabación de audio que hay en la superficie, colocando ahí los datos de video, pero dejando intacta la grabación en lo más profundo de la cinta (figura 10). Gracias a este procedimiento, y al uso de avanzadas técnicas que permiten evitar que ambas grabaciones se interfieran (las cuales se describirán enseguida), se consigue la grabación de Información de video

Track lineal de audio

Cabeza de video

Cabeza de audio Hi-Fi

Porción del video Información de audio Hi-Fi

Track lineal de control

Figura 9

Figura 10

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MECANISMO DE SEIS DISCOS CON ENTRADA UNICA EN REPRODUCTORES DE CD’s Leopoldo Parra Reynada

Continuando con la serie de artículos sobre sistemas mecánicos en reproductores de CD’s, en esta ocasión hablaremos del mecanismo de seis discos con entrada única. Para el efecto nos apoyaremos en un modelo representativo, incorporado en la radio-grabadora Sony CFD-606. Dicho mecanismo es un ejemplo de la evolución de estos sistemas, en la medida que pueden ser incluidos en aparatos portátiles sin modificar sensiblemente las dimensiones de éstos.

Reproductores de múltiples discos tipo sinfonola Si usted se dedica al servicio electrónico, seguramente habrá observado que en fechas recientes han aparecido diversas marcas y modelos de aparatos que tienen una característica común: son minicomponentes o radio-grabadoras con reproductor de discos compactos aparentemente idéntico a los convencionales de un disco; esto es, en la sección de CD aparece la tradicional charola de entrada-salida de discos. Sin embargo, al observar la carátula del aparato se advierte que este sistema puede almacenar “N” discos en su interior; el número varía entre 4 y 25, e incluso más (figura 1). Cómo funciona este sistema multi-disco de una sola entrada, y la forma correcta de diagnos-

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Figura 1

Figura 2

char que estos aparatos poseen un almacén en su interior; al abrirlo, sin embargo, encontramos una estructura un tanto compleja (figura 3). Puede notar que existen seis charolas internas, mismas que van siendo expedidas una a una a través del mecanismo de expulsión, según la posición que solicite el usuario. Para fines prácticos estaríamos ante un mecanismo que se comporta casi de forma idéntica a un sistema de magazine convencional multi-disco, aunque con las adaptaciones correspondientes para que la introducción de los discos pueda llevarse a cabo a través de una entrada individual.

Circuito de control

ticar un mal funcionamiento, es lo que veremos en el presente artículo.

Centrémonos en un modelo Tratar de explicar cómo funcionan todos los mecanismos de multi-disco con una sola entrada, sería punto menos que imposible; así que hemos tomado como referencia una marca y modelo de aparato muy representativo: la radio-grabadora Sony modelo CFD-606 (figura 2). Este es un aparato muy atractivo, que a pesar de sus reducidas dimensiones posee una grabadora-reproductora de cassettes, sintonizador de radio y, por supuesto, un sistema cambiador de CDs con entrada única, capaz de almacenar hasta seis discos. Como mencionamos arriba, exteriormente no existe ninguna indicación que nos permita sospe-

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Para controlar los movimientos del sistema mecánico, los reproductores de múltiples discos tipo sinfonola incluyen un microprocesador especialmente dedicado a esta función, al cual le llegan las indicaciones que provienen del sistema de control y también las señales que se generan en

Figura 3

CN801

CN305

10 10

CONTROL BOARD

13 13

MAIN BOARD

12 12 11 11

5 5

4 4

3 3

2 2 X600 500KHz

+5V +5V IC652 MOTOR DRIVE

27 28 29 30

CE CLK D1 D0 8 Tray load motor

1 RST

Unload

M 7

Load

LM1 2

LM2 3

10 LM2

CD 7.5 V

X IN

D.P/R 23

F.P/1 22 M1 15

M2 16

M3 19

M.STOCK 21

Q602,QO603 Buffer

Q601

CHUCKING 20

Q600 6V REG S666 (MODE 1)

6 8 UP

UDM2

S667 S669 (MODE 2) (MODE 3)

S668 (STOCK)

S663 (Chucking)

M M651 UDM1 3 7 DOWN IC651 Motor drive

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

Floor up/down motor

X OUT

IC CHANGER CONTROL

LM1

UDM2 UDM1 11 12

VCC

CD CHANGER BOARD

PH661 DSC DET. PH663 Floor point DET