revista electronica y servicio 5 by leonardo duarte

CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS

Llegan los primeros televisores con pantalla ancha Desde hace casi 10 años, las grandes compañías relacionadas con el mundo de las comunicaciones, han sostenido una serie de consultas y propuestas respecto del formato de televisión de alta definición (HDTV) que sustituirá a los tradicionales sistemas NTSC, PAL y SECAM. Muchas compañías japonesas apoyan al sistema desarrollado por la televisora NHK (la principal de aquél país), y que ha venido funcionando en el ámbito de televisión de paga desde finales de los años 80’s. Por su parte, los europeos han desarrollado un sistema basado en la compresión de datos y sonido digital, que comenzó a trabajar a manera de demostración desde principios de los 90’s. Sin embargo, el gran consumidor mundial, y el que fija los estándares para la televisión que se transmite en casi toda América Latina, los Estados Unidos, no se habían pronunciado por un formato de HDTV; y aunque recientemente, al parecer ya dieron luz verde a un nuevo sistema diseñado por un conjunto de empresas entre las que destacan AT&T y Zenith, a la fecha todavía se están buscando mecanismos para conseguir un reemplazo gradual de la tecnología "antigua" y dar paso al nuevo formato.

A pesar de todas estas discusiones, hay un punto en el cual prácticamente todos los diseñadores están de acuerdo: la tradicional relación de 4-3 de las pantallas convencionales no resulta adecuada para las necesidades actuales, sobre todo considerando el caso de las películas pre-

Figura 1

ELECTRONICA y servicio

grabadas, que al ser "recortadas" de su pantalla ancha original al formato 4-3 de televisión, pierdan calidad, pues no es posible reproducir la amplitud relativa de una sala cinematográfica. Precisamente, adelantándose al inicio de transmisiones aéreas con el nuevo formato de alta definición, y enfocándose especialmente al espectador de películas grabadas en disco láser, a los formatos de cinta en alta definición y al nuevo DVD, Mitsubishi presentó una serie de televisores de pantalla ancha con una relación de 16-9 (figura 1). Estos aparatos se producen en tamaños de pantalla de entre 28 y 36 pulgadas, e incluso hay un modelo de 46 pulgadas en un modelo de retroproyección. Por ahora, el problema que tienen estos aparatos es su elevado precio, pero se espera que conforme se popularice el nuevo formato de alta definición lleguen a ser equipos de consumo masivo, preparando así el abandono de los formatos tradicionales.

gunos modelos específicos de cámaras miniatura; sin embargo, si este sistema tiene la aceptación esperada, no dude que en poco tiempo otros fabricantes lo adopten para facilitar la vida al usuario.

Navegación rápida entre videocassettes Imagine que le urge entregar un trabajo en documental sobre cierto tema, y que el material se encuentra disperso en distintos videocassettes, y peor aún, que no recuerda exactamente en cuales cintas grabó los segmentos deseados. ¿Qué hacer? Hasta ahora, la única solución era probar las cintas una por una, adelantando y regresando grandes fragmentos hasta localizar la porción deseada. Por fortuna, ya existe una alternativa a tan engorroso trabajo. La compañía japonesa Hitachi ha desarrollado un nuevo sistema llamado TAPE NAVIGATION, que se basa en la inclusión de una memoria de gran capacidad dentro de la videograbadora, así

¡Adiós a los cables! ¿Es usted aficionado a las cámaras de video? De ser así, seguramente sabrá de lo incómodo que resultan los cables para conectar la videocámara al receptor de TV. Y aunque algunos fabricantes de televisores han facilitado este procedimiento colocando entradas de audio y video al frente de sus aparatos, aún así existe el problema de que cada vez que se desea avanzar o retroceder la cinta el usuario tiene que acercarse al televisor, o usar unos cables largos desde la cámara a la TV. Pensando en este inconveniente, Sony ha ideado una ingeniosa solución: en algunos modelos de cámaras modernas ha incorporado un pequeño emisor láser, mismo que se comunica con una unidad receptora especial que se conecta al televisor (figura 2). Entonces, basta con activar el detector láser, colocar la cámara apuntando al televisor y comenzar a reproducir la cinta, para que la señal de video se transmita a través de un rayo luminoso desde la cámara al receptor. Este sistema recibe el nombre de LASER AVLINK, y por el momento sólo se incluye en al-

ELECTRONICA y servicio

Figura 2

LA VIDEOCONFERENCIA Julio Fernández Valenzuela

Introducción

La videoconferencia, es un servicio novedoso que ha surgido con el desarrollo de las computadoras personales. En este artículo, hablaremos de las principales generalidades de dicho servicio, básicamente con la intención de ubicar a nuestros lectores en el tema, por si desean establecer este tipo de comunicaciones mediante su computadora. De hecho, le recomendamos que adquiera un paquete con el hardware y el software necesario, y que establezca sus comunicaciones por Internet.

ELECTRONICA y servicio

El arribo del estándar MPC (computadora PC con el hardware necesario para la ejecución de programas multimedia) y la baja relativa de su costo de adquisición, ha permitido que cada vez más usuarios estén en posibilidad de manipular video, audio (música-voz) y texto. Las artes gráficas, el cine, la enseñanza y la comunicación se han visto enriquecidas y ya son parte integral de la vida cotidiana, gracias al uso cada vez más generalizado de las computadoras multimedia. Dentro de algunos años, tal vez muy pocos, la computadora formará parte del equipo electrónico habitual de todos los hogares. Comprar en línea (a través de un módem que interconecta computadoras caseras a centros de negocios), aprender, hacer amigos, charlar con ellos, ver las noticias y hasta trabajar, liberará en mucho al hombre de la molestia del transporte urbano. Este artículo enfoca una de las áreas quizá más importantes de la tecnología informática actual, posible gracias al estándar MPC: la videoconferencia.

Figura 1

¿Qué es la videoconferencia? Es una conversación en tiempo real, similar a una conferencia telefónica, con la diferencia de que ahora los interlocutores pueden verse y oírse, mostrar objetos, intercambiar ideas, puntos de vista, imágenes y archivos, e interactuar ampliamente con todos sus recursos, como si estuvieran en la misma habitación aunque se encuen-

tren en polos opuestos de nuestro planeta (figura 1). Dependiendo de la calidad del enlace y del equipo, las imágenes se transmiten a una velocidad que fluctúa entre 2 y 18 cuadros por segundo (se considera que, en promedio, las animaciones comprenden 16 cuadros por segundo); la voz y el sonido pueden sufrir algunas distorsiones pero, en general, el objetivo de “comunicar” ampliamente se cumple en la mayoría de los casos (figura 2).

¿Qué medios utiliza la videoconferencia? Las imágenes se transmiten con una velocidad de entre 2 y 18 cuadros por segundo.

Las vías utilizadas por los distintos sistemas comerciales disponibles, pueden ser básicamente:

Cable entre puertos serial o paralelo

Figura 2

Figura 3

ELECTRONICA y servicio

PC a PC a travéz de módem-línea telefónica Línea telefónica

d te

lefó

nic

Línea telefónica

Figura 4

Módem

a) Interpuertos (paralelo o serie). Dos o más computadoras, se interconectan a través de la salida de la impresora o el ratón serial, mediante cables configurados de una manera especial y la instalación del programa específico (figura 3). Este medio prácticamente queda limitado a sistemas de circuito cerrado en áreas relativamente pequeñas, con objetivos didácticos precisos, generalmente enfocados a la enseñanza de temas sencillos, o a la práctica de los mecanismos de comunicación en videoconferencia, como introducción al usuario para el uso de sistemas con mayor alcance. b) Vía módem de PC a PC. Cada computadora, equipada con un módem (interno o externo) y determinados accesorios, se conecta a la línea telefónica, para establecer un enlace a cualquier distancia (figura 4). Los gastos telefónicos resultan elevados bajo este esquema. c) Vía red (local o amplia). En los casos de redes locales, el enlace se realiza mediante el cableado y las tarjetas de red normales y cier-

Módem

tos protocolos; en redes de área amplia, que pueden conectarse a grandes distancias (podríamos mencionar como ejemplo de este tipo de red, la que utilizan los cajeros automáticos y el sistema bancario), es bastante común que las señales se transfieran a través de satélites contratados para ese propósito (figura 5). d) A través de Internet. Aun cuando las redes de área amplia suelen utilizar este esquema como una alternativa Intranet (redes que operan a través de Internet), lo mencionamos por separado, pues es un recurso al alcance de toda persona que cuente con una conexión activa de cualquier tipo. Cabe destacar que los gastos telefónicos equivalen a los de llamadas locales (figura 6). e) A través del televisor. Es un sistema más reciente, que combina el uso de las líneas telefónicas, con señales satelitales de TV, y no requiere de una computadora (figura 7); por tal motivo, merece un tratamiento aparte, de manera que no haremos más comentarios al respecto.

A travéz de una red

Figura 5

ELECTRONICA y servicio

FIBRAS OPTICAS Oscar Montoya Figueroa

Generalidades

Uno de los más eficientes medios para transmitir información, con alta capacidad y bajo costo, es la fibra óptica, cuyas aplicaciones cada vez se expanden más: en las telecomunicaciones, en la interconexión de redes de computadoras, en los laboratorios clínicos, e incluso en los sistemas de reproducción de sonido casero. En este artículo revisaremos los principios de operación de estos dispositivos, haciendo énfasis en algunos aspectos teóricos como la física de la luz y del láser.

En casi todos los sistemas de comunicaciones, se emplea una señal básica que sirve de transporte a la información que se transmite; a esta señal se le llama “portadora” y a la información transportada “moduladora”. Y conforme mayor sea la frecuencia de la portadora, mayor será su capacidad de transportar información. En el caso de la luz, como su frecuencia es muy alta, resulta muy superior como portadora de señales com-

Figura 1

ELECTRONICA y servicio

parada con cualquier señal de microondas (figura 1). Desde el desarrollo del láser (castellanización de LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), a principios de los años 60’s, han ocurrido múltiples eventos que han transformado el concepto de las comunicaciones. Uno de ellos es la invención del diodo semiconductor láser (ILD), que ha cubierto satisfactoriamente la necesidad de una fuente barata, eficiente y de larga vida (típicamente 108 horas) de ondas luminosas coherentes para servir como ondas portadoras de señales codificadas; otro adelanto valioso es el uso de fibras ultrafinas de baja atenuación, conveniente para la transmisión de ondas luminosas a larga distancia. En definitiva, el diseño de microcircuitos ópticos para comunicaciones es una perspectiva práctica. En el terreno del audio y video, se han diseñado dispositivos láser para distintas necesidades. Dos de las más conocidas son el captor láser utilizado en los reproductores de CD, y los enlaces entre equipos de audio para la transmisión de las señales recuperadas del medio de almacenamiento; en este caso, se utiliza un LED convencional como fuente luminosa, un tramo de fibra óptica como medio de transmisión y un fototransistor como receptor, eliminando por

completo la posibilidad de interferencia externa que se suscita con los cables de cobre.

Enlace óptico con fibra El proceso de transmisión por fibra óptica lo podemos sintetizar de la siguiente forma: una señal eléctrica se transforma en una señal luminosa que se acopla dentro de la propia fibra óptica; después la señal se recupera en el otro extremo, se amplifica y se convierte nuevamente en una señal eléctrica. Existen dos tipos de modulación que se pueden emplear en el envío de información por fibras ópticas: digital y analógica. En la modulación analógica la intensidad de la portadora (rayo de luz) varía continuamente, siguiendo las variaciones de la señal que se desea transmitir. En tanto, en la modulación digital la intensidad de la señal portadora sólo tiene dos estados: encendido y apagado; esto es, la señal portadora se enciende y apaga de una forma extremadamente rápida, representado de esta manera a los bits de información. La comunicación digital es la más utilizada, pues permite la comunicación a grandes distancias con la misma potencia; aunque en el caso de la comunicación analógica es mucho más fácil de implementar.

Acoplamiento Modulador analógico Analógico CODEC

Fuente de luz

Digital Fibra óptica

Acoplamiento Señal analógica

Demodulador decodificador

Amplificador Detector

DECOD Señal original digital

Figura 2

ELECTRONICA y servicio

Como se indica en la figura 2, una señal de entrada se emplea para modular una fuente de luz, por ejemplo un LED (diodo emisor de luz) o un ILD (diodo de inyección láser). Ya se mencionó que la modulación puede ser digital o analógica, variando las necesidades para cada caso. Si se usa señal digital, se requiere de un codificador en la entrada y de un decodificador a la salida; por el contrario, si se usa señal analógica, el CODEC ya no es necesario. La señal procesada, ya sea analógica o digital, está lista para ser enviada a la fuente de luz para su transmisión. Para ello, dicha señal modulada debe acoplarse en la fibra óptica; y esta es la etapa más crítica del proceso, pues aquí se puede generar la mayor parte de las pérdidas de señal. Una vez que la luz se acopla en la fibra, ésta se atenúa en su viaje (aunque la atenuación es mínima a pesar de que la fibra mida varios cientos de kilómetros), y además está sujeta a distorsión. El grado de distorsión es el límite que tiene esta tecnología para la velocidad de datos máxima que se puede transmitir por una fibra. Al llegar al final de su trayecto, la luz se acopla en el elemento fotodetector (por ejemplo, un fotodiodo), donde también existe la posibilidad de pérdida, aunque considerablemente menos severo que en la fuente. La señal que se recibe es am-plificada, reprocesada o decodificada para reconstruir la señal de entrada original.

Ventajas de las fibras ópticas Enseguida hablaremos de algunas de las ventajas de los sistemas de fibras ópticas respecto de su competidor directo: el sistema de transmisión por cable.

Gran ancho de banda Queda claro que si se emplea una frecuencia de portadora alta en el sistema de comunicación, aumenta el ancho de banda (o sea la cantidad de información que puede transportar). Las fibras ópticas trabajan con frecuencias de portadora del orden de 1013 a 1014 Hz, mientras que un cable de cobre apenas alcanza un nivel de máximo de 107 - 108 Hz.

Tamaño y peso pequeño Una sola fibra es capaz de reemplazar a una gran cantidad de alambres de cobre individuales. Por ejemplo, un cable telefónico típico contiene hasta mil pares de alambre de cobre, los cuales abarcan un diámetro de sección transversal de siete a diez centímetros. Un solo cable de fibra de vidrio es capaz de manejar la misma cantidad de señales en un cable con un diámetro de menos de medio centímetro. Las fibras pueden ser tan delgadas como 70 micrómetros (aproximadamente el grueso de un cabello humano); el grosor adicional lo proporcionan el recubrimiento o vestidura y los elementos de refuerzo. Es evidente que al requerirse una menor cantidad de material, el peso del sistema de transmisión será visiblemente menor. Una aplicación donde resulta evidente esta ventaja es la aeronáutica: en los aviones es necesario tener el control de todas las partes del mismo, y todo el cableado convencional de cobre requerido producía un peso muerto adicional. Sólo con la utilización de sistemas de fibra óptica se ha podido resolver este problema.

Menor atenuación Tramo a tramo, la fibra óptica muestra menor atenuación que el cable trenzado y que el cable coaxial; además, la atenuación en las fibras ópticas es independiente de la frecuencia de la señal. A diferencia del cable, el vidrio no genera interferencia electromagnética (EMI), por lo que las fibras ópticas no requieren de técnicas costosas de control de campos electromagnéticos. El vidrio es 20 veces más resistente que el acero, relativamente inerte a los químicos, y menos activo en medios corrosivos. El material utilizado en la construcción de las fibras ópticas es tan puro que, si se construyera una ventana de un kilometro de espesor, la transparencia de ésta haría parecer opaca a la retina del ojo humano.

Seguridad Muchos sistemas por cable requieren de precauciones especiales para evitar cortocircuitos entre cables o entre cable y tierra; la naturaleza dieléctrica de la fibra hace imposible la apari-

ELECTRONICA y servicio

ción de chispas que ocurren durante las comunicaciones. Esto lo hace un medio ideal de comunicación en lugares que trabajan con medios explosivos, como en fabricas químicas, plantas de procesamiento de petróleo, etc.

Figura 3 Un haz de luz que pasa de un medio gaseoso (como el aire) a un medio más denso (como el agua), se refracta debido a la reducción de la velocidad de la luz.

Aire

Bajo costo

Luz

El costo de la fibra óptica continuamente baja, mientras que el del cable de cobre aumenta. En muchas aplicaciones actuales, el costo total de un sistema basado en fibra óptica es menor que el equivalente en un diseño con cable. Al paso del tiempo, más y más sistemas serán más baratos con fibras ópticas.

Física de la luz El funcionamiento de las fibras ópticas puede ser analizado mediante las ecuaciones de campos electromagnéticos de Maxwell. Pero esta formulación matemática es muy compleja para estudiarse aquí, por lo que haremos una explicación del comportamiento de las fibras ópticas mediante la geometría de los trazos de la luz. Se ha demostrado que la luz (de hecho, energía electromagnética) viaja aproximadamente a 300,000 Km/s en el espacio vacío. También se ha demostrado que en materiales densos la velocidad de la luz se reduce. La reducción de la velocidad de la luz y su paso desde el espacio vacío a un material denso produce “refracción”; esto es, cuando la luz cambia de medio sucede una desviación de la trayectoria original, hecho que fácilmente podemos comprobar si colocamos una cuchara dentro de un vaso con agua. Al mirar lateralmente, notaremos que la imagen de la cuchara en la parte que queda dentro parece desplazada de la que se encuentra afuera (figura 3). De hecho, la reducción de la velocidad de la luz es diferente para cada longitud de onda o frecuencia (es decir, para cada color en el caso de la luz visible). Por lo tanto el ángulo de desviación es diferente para cada longitud de onda. Cuando la luz blanca (compuesta por luz de varios colores) atraviesa por un prisma, se suceden desviaciones graduales debido a las distintas frecuencias que componen la luz blanca;

ELECTRONICA y servicio

Vaso de agua

esto produce lo que conocemos como espectro, y cuando esto se produce en escala atmosférica entonces se observa un arcoiris (figura 4). El ángulo real de desviación de la luz en una interfase (unión física entre dos medios de distinta densidad), es predecible y depende del índice de refracción de la densidad del material. El índice de refracción comúnmente se representa por el símbolo "n" y se obtiene por la razón de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el material: n = (Velocidad de la luz en el vacío) / (Velocidad de la luz dentro del material) Aunque "n" está en función de la longitud de onda, la variación en muchas aplicaciones es lo suficientemente pequeña para ser ignorada, y se da un solo valor para cualquier frecuencia. En el cuadro siguiente se dan algunos valores típicos para "n":

La luz blanca es la combinación de seis colores. Cuando un haz de luz blanca cruza por un prisma los distintos colores se difractan en un ángulo diferente. Rojo Naranja Amarillo Luz blanca

Verde Azul Violeta Prisma

Figura 4

Indices de refracción representativos

Expliquemos qué sucede cuando un rayo de luz que atraviesa dos materiales con índices de refracción n1 y n2. Supongamos que el rayo de luz procedente del material que viaja por n1 incide en el punto de interfase "P" y atraviesa hacia el material con índice n2 (figura 5). La Ley de Estados de Snell indica que: n1 sen (A1) = n2 sen (A2) Por lo tanto, para determinar el ángulo de refracción A2 simplemente despejamos de la ecuación como sigue: A2 = arcsen [(n1 * senA1) / n2]

Material con índice

Rayo de luz

Interfase (P)

El ángulo Ac se conoce como “ángulo crítico”, y define el ángulo del rayo incidente con el cual no pasará a través de la interfase. Para ángulos mayores que Ac, el cien por ciento de los rayos son reflejados y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. La característica de la luz incidente para un ángulo mayor que el ángulo crítico es un concepto fundamental a partir del cual se basa la operación de las fibras ópticas (figura 6). Aplicando el concepto de reflexión total interna en la interfase n1 y n2, podemos ahora asegurar que la propagación por el corazón de la fibra y el contraste de la luz incidente asegura la propagación al final de la fibra. Cuando la luz

Los rayos de luz que inciden en una interfase con un ángulo mayor al ángulo crítico definido por la Ley de Snell, son reflejados completamente. Este es el principio en que se basa la operación de las fibras ópticas n2 n1

ó con A2 = 90º

R ay o

Si el material 1 es aire, entonces el índice de refracción n1 es 1; y si n2 es mayor de 1, A2 debe ser menor que A1. En el paso a través de la interfase la luz es refractada (cambia su ruta normal) de su ángulo normal. Si el material 1 no es aire pero tiene un índice de refracción menor que el material 2, el rayo será refractado de su ruta normal. (Nota: si n2 es menor que n1, A2 será menor que A1 ó, en otras palabras, el rayo será refractado de su ruta normal.) Un rayo que incide en la interfase presenta un ángulo de refracción de 90º, siempre que n1 > n2. Usando la ley de Snell: senA2 = (n1/n2)senA2

A2 = arcsen [ n1 sen A1 ] n2

1.0 1.0003 1.33 1.46 1.5 2.0 3.4 3.6 1.5 1.36

Vacío Aire Agua Cuarzo Vidrio Diamante Silicio Galio – Arsénico Fibra óptica Alcohol etílico

Figura 5 Un rayo de luz que pasa de un medio a otro sufre una refracción, la cual se puede calcular en términos de ángulo según:

sen A1 = (n2/n1) = senAc

Figura 6

ELECTRONICA y servicio

se acopla dentro de la fibra, es reflejada continuamente en de las paredes de la misma, hasta su otro extremo figura 7.

Figura 7 A través de una fibra la luz viaja mediante continuas reflexiones

Construcción de las fibras ópticas En la construcción típica de una fibra óptica, la parte central o corazón, es en realidad la ruta de propagación de la luz (figura 8); aunque éste algunas veces es construido de plástico, es más común construirlo de vidrio. Envolviendo al corazón se encuentra la capa de la vestidura (usualmente se emplea vidrio), aunque la vestidura de plástico para un corazón de vidrio no es poco común. La composición del vidrio puede ser ajustada durante su fabricación para variar el índice de refracción. Por ejemplo, en el vidrio con vestidura de silicio el índice de refracción para el corazón es de 1.5; y para la vestidura es de 1.485. Para proteger la vestidura de la fibra se recubre con una goma protectora o con una cubierta plástica. A este tipo de fibra se le llama “fibra de índice multimodo”. El índice se refiere al perfil del índice de refracción a través de la fibra. Tipos de fibras Como mencionamos, las fibras generalmente están hechas de vidrio o plástico; éstas son tres variedades disponibles actualmente. • Corazón de plástico y vestidura. • Corazón de vidrio con vestidura plástica, muchas veces llamadas PCS (siglas de plastic-clad silica o vestidura plástica y silicio). • Corazón de vidrio y vestidura (vestidura de sílice y sílice). Todas las fibras de plástico son extremadamente resistentes y son útiles para sistemas donde el cable está sujeto a un tratamiento rudo día tras día. Es particularmente atractiva para interconexiones de corta longitud, debido a su principal desventaja que es su alta atenuación característica. Los cables PCS ofrecen una mejor atenuación característica por estar construidas de vidrio; sus

ELECTRONICA y servicio

d yo Ra

fibra óptica

principales aplicaciones son de tipo militar. Todas las fibras de vidrio ofrecen baja atenuación y buena concentricidad; incluso los núcleos de diámetro pequeño son generalmente fáciles de fabricar en tecnología PCS; sin embargo, son menos resistentes mecánicamente. La elección de alguna fibra para alguna aplicación en particular, estará en función de los requerimientos específicos del sistema y las opciones del mercado.

Atenuación en la fibra La atenuación de la luz a través de la fibra es debida a las impurezas dentro del material, mismas que actúan selectivamente en cuanto a la longitud de onda que afectan. Por ejemplo, las moléculas hidróxido (-OH), son fuertes absorbentes de luz de 900 nm; por lo tanto, si un fabricante de fibra quiere minimizar perdidas en 900 nm, deberá tener excepcional cuidado en sus procesos para eliminar la humedad (fuente de los COH3). Otras impurezas se presentan en cualquier proceso de manufactura; el grado con que éstas son controladas, determinará la atenuación característica de la fibra.

Construcción de la fibra

Goma protectora

Vestidura Corazón

Figura 8

LA CONVERGENCIA DIGITAL Felipe Orozco y Leopoldo Parra

¿Equipos multifuncionales?

La invención del microprocesador en 1971, fue la llave que abrió la puerta de la convergencia digital. ¿Es posible pensar que en un mismo aparato se combine el poder de cómputo, las prestaciones multimedia, las comunicaciones y el entretenimiento? Técnicamente sí, y de hecho grandes firmas líderes en audio y video, como Sony y Toshiba, produjeron hace un par de años máquinas con estas características. Sin embargo, parece ser que tanto los hábitos del usuario como el hecho de tener que manejar formatos analógicos y digitales en un mismo equipo, no auguran por ahora un gran éxito al concepto de un aparato multifuncional. En este reportaje, hablaremos del concepto de la convergencia digital, basándonos sobre todo en las tendencias observadas en la industria informática. 10

ELECTRONICA y servicio

Hace ya algunos años, los autores de este artículo reflexionábamos sobre la posibilidad de integrar la videograbadora, la radio, el televisor y algunos otros aparatos de uso común en la computadora. Si mediante los periféricos multimedia había sido posible incluir el reproductor de CD’s de audio digital, y además tomando en cuenta que la arquitectura modular de los sistemas de cómputo representaba un gran avance de la ingeniería moderna, ¿qué podría impedir tal integración en un solo equipo multifuncional? En nuestras reflexiones decíamos que, así como cada cierto tiempo salían al mercado nuevas versiones de los programas de aplicaciones y de los sistemas operativos, quizás era posible que se produjeran versiones mejoradas de tarjetas sintonizadoras de señales de TV o de radio. De esta manera, el usuario sólo tendría que retirar un módulo y colocar el nuevo para obtener prestaciones adicionales, sin tener que adquirir todo un aparato nuevo. Y en efecto, al poco tiempo en algunas computadoras comenzaron a integrarse tarjetas para sintonizar señales de TV, a la vez que el lector de CD’s y la tarjeta de sonido se convertían en

elementos indispensables. Pensábamos entonces que la tendencia continuaría, hasta integrar todas las funciones de un modular de audio y de una videograbadora, llegando así al concepto de “aparato multifuncional”. Esa no fue exactamente la tendencia, pero sí muy parecida. El caso es que hace más o menos un par de años, comenzaron a surgir los “sistemas de convergencia”, es decir, computadoras en las que se combinaban diversos servicios que iban desde los multimedia y la recepción de señales de TV y de radio, hasta la contestadora telefónica y el Internet (figura 1). Todo en uno: la computadora se había convertido en un centro integral de productividad, de entretenimiento, de estudio y de comunicaciones (figura 2). Sonaba fascinante; sin embargo, el concepto no resultó tan exitoso como esperaban las compa-

ñías, pues surgieron algunos inconvenientes de los que hablaremos más adelante. A pesar de ello, el concepto de convergencia no parece haber caducado; más bien parece tomar otros derroteros aún más avanzados, como explicaremos enseguida.

El concepto de la convergencia En electrónica, el término “convergencia” se emplea para referirse a equipos o sistemas en los que se combinan dos o más tecnologías, en principio diferentes. Por ejemplo, la revolución del fax, fue producida por la convergencia de las tecnologías de telecomunicaciones, del escaneo óptico y de impresión. Caso aparte es el de las computadoras de convergencia, donde se incluyen varias tecnologías domésticas en una solu-

Computadora Toshiba de la serie Infinia, con prestaciones muy completas para procesamiento de datos, multimedia, centro integral de comunicaciones, audio y video. Es una de las computadoras que se ubican en el concepto de sistemas de convergencia.

Computadora ACER de la serie Aspire, con prestaciones orientadas a multimedia e Internet.

Uno de los modelos Presario de Compaq, también con prestaciones similares a la Infinia.

Computadora Sony de la serie VAIO, similar a la Infinia de Toshiba, pero de menor rango.

Figura 1

ELECTRONICA y servicio

Figura 2 Radio

CD TV

En pocos años, el avance tecnólogico ha permitido integrar prácticamente todas las características de entretenimiento, comunicaciones y productividad en un solo aparato multifuncional.

Computadora

Un sólo equipo multifuncional

Consola de juegos

Video FAX

Modem

ción simple; gracias a ello, se obtiene una mezcla de poder de cómputo, prestaciones multimedia, comunicaciones y entretenimiento. Grandes compañías como Toshiba, Sony, Gateway, Compaq, Acer y Packard Bell, lanzaron al mercado máquinas que, además de satisfacer de una manera poderosa las necesidades del cómputo de escritorio, añadían las prestaciones de multimedia, comunicaciones y recepción de señales de radio y TV. Hablemos rápidamente de cada una de estas modalidades.

Multimedia Se refiere a un método en el que, para presentar información, se emplea más de un medio de comunicación de manera interactiva: texto, imágenes, sonido, animaciones y video (figura 3). En la práctica, la multimedia interactiva depende de dispositivos como el CD-ROM (ahora ya el DVD-ROM) y la tarjeta de sonido (que en muchos casos ya se incluye en la propia tarjeta madre de la computadora), con sus respectivas bocinas; además requiere de un equipo con un poder de cómputo suficiente y de un monitor

ELECTRONICA y servicio

capaz de desplegar gráficos en alta calidad, cosa común en la actualidad. Gracias a estas prestaciones, la computadora también puede reproducir los convencionales discos compactos de audio digital.

Comunicaciones Se refiere a la posibilidad de utilizar la computadora como centro de comunicaciones, es decir, como máquina de fax, contestadora telefónica, sistema de videoconferencia, central de correo electrónico, módem (comunicación directa entre computadoras a través de la línea telefónica), exploración y consulta de información diversa vía Internet, etc. (figura 4). En la práctica, se requiere una tarjeta de fax-módem interconectada en la computadora, el aprovechamiento de la tarjeta de audio y una pequeña cámara de CCD, así como cierto software para dar de alta y manejar todos estos dispositivos.

Recepción de señales de radio y televisión Se refiere a la posibilidad de utilizar la computadora como aparato de radio y televisión, aña-

Figura 3

En una computadora multimedia convencional, podemos disfrutar de muy diversos medios de comunicación máquina-hombre. Esto la hace ideal para aplicaciones didácticas y de entretenimiento.

México D.F. Estimado proveedor: Le comunicamos que a partir de esta fecha nuestra nueva dirección es.....

diendo simplemente una tarjeta sintonizadora de tales frecuencias (figura 5). Obviamente que para la función de televisor se requiere un monitor de buena calidad y una tarjeta de sonido; pero como dichos elementos ya son parte integral de una computadora multimedia típica, prácticamente lo único que debemos incorporar son los módulos respectivos de recepción y detección de los canales de TV, así como el receptor de radio. Además de dichas prestaciones, las computadoras que poseen estas características tienen diseños ergonómicos, son de colores oscuros -

similares a los equipos de audio y video-, y disponen de control remoto y botones para acceder a las diversas funciones; incluso, en algunos casos, cuentan con auricular. De esta forma, se ya avizora que la computadora está dejando de ser una herramienta exclusivamente de la oficina, para entrar de lleno en el hogar como un electrodoméstico más.

Datos digitales para la convergencia Es muy atractivo el concepto de una computadora con las características ya descritas. Ade-

Con la adición de un módem, la computadora se convierte en un completísimo centro de comunicaciones. Módem Fax Internet

Módem

Video-conferencia Contestadora telefónica

Línea telefónica

Correo electrónico

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

Figura 5 Sintonizador de radio para conectarse al puerto serial de la PC.

Tarjeta sintonizadora de señales de TV

Sintonizador

más de evitar la necesidad de tener un equipo para cada operación (un teléfono, un televisor, un reproductor de CD’s, una radio, etc.), permite el surgimiento de funciones que no podrían existir de manera separada; por ejemplo, la videoconferencia por Internet, mediante la cual

ELECTRONICA y servicio

es posible enlazar visualmente a dos usuarios de computadoras desde distintas partes del mundo, al costo de una llamada local (figura 6). Sin embargo, tal vez lo más importante de la fusión de numerosas prestaciones en un mismo equipo, es que dependen de la posibilidad técni-

Cortesía de USRobotics

Figura 6 Con una tarjeta capturadora de video y una pequeña cámara con CCD, es posible efectuar videoconferencias de computadora a computadora vía Internet, aun cuando éstas se encuentren en diferentes partes del mundo. Aunque el movimiento no es continuo, ni la resolución muy elevada, es suficiente para la videoconferencia.

Cámara de video

Toma recibida con un módem de 33.6 kbps

ca de crear, almacenar, manipular, reproducir y transmitir información en formato digital. Es decir, gracias a que la información gráfica, visual, sonora, etc., puede descomponerse en un insumo simple (ceros y unos), es que es posible alcanzar tales prestaciones. A pesar de ello, hay que considerar que no toda la información que directamente recibe una computadora de convergencia es digital (figura

7); por ejemplo, las señales de radio y televisión son analógicas; y lo mismo sucede con las señales telefónicas y las que provienen de un reproductor de CD’s. Pero por lo menos intervienen sistemas digitales en el control de los mecanismos y en la activación de los circuitos encargados de realizar los procesos, así como en la conversión de señales de un formato en otro. Y de hecho, cabe esperar que se refuerce

Para conformar un equipo de convergencia, es necesario que se maneje tanto la información digital (propia de una PC) como las señales analógicas de tecnologías "antiguas".

Digital

Analógica Señal de TV

Señales de radio

Señales de audio

Figura 7

ELECTRONICA y servicio

ENCONADO DE BOCINAS Y CONSTRUCCION DE BAFFLES Segunda yy última última parte parte Segunda Oscar Montoya Figueroa

En el artículo anterior hicimos un repaso de las principales características de las bocinas, así como de las estructuras básicas de las pantallas acústicas o baffles. En esta segunda parte veremos un ejemplo práctico de cómo construir un baffle que le permita aprovechar plenamente las características de un equipo de audio. Sin duda, este es un tema de gran utilidad tanto para el estudiante como para el técnico de servicio. 70

ELECTRONICA y servicio

Una prueba inicial Sabemos que en todo sistema de sonido se busca obtener un máximo de fidelidad, es decir, que el sonido reproducido sea lo más idéntico posible al de la fuente original; por obvias razones, aquellos sistemas que logran una mayor fidelidad tienen un costo superior en el mercado. Por otra parte, en muchas ocasiones encontramos que los baffles que el fabricante incluye para un determinado sistema de sonido están por debajo de lo que el amplificador de salida puede alcanzar. Para comprobarlo podemos realizar una pequeña prueba: coloque un cassette o un disco compacto y reproduzca (play) de manera normal; lentamente incremente el volumen de salida hasta tres cuartas partes arriba en la escala del valor más bajo (tenga cuidado, pues la intensidad puede ser muy alta); si con esta intensidad se deforman los sonidos graves, significa que la capacidad de respuesta del baffle es inferior a lo que el aparato puede reproducir.

En este caso lo más recomendable será construir un baffle apropiado que nos ayude a incrementar la fidelidad del sonido a fin de aprovechar al máximo el equipo.

Figura 1

Características de operación del baffle Sabemos que un baffle debe contar por lo menos con tres tipos de bocinas para las áreas de frecuencia que necesita cubrir (figura 1): bajos (graves), medios y altos (agudos). Los baffles que utilizan más de dos bocinas suelen presentar diferentes tipos de problemas; uno de los más frecuentes es que las señales reproducidas por cada bocina se obstaculizan entre sí o con las señales provenientes del ambiente exterior, dando como resultado variaciones del sonido original que se irradia al espacio. Debemos agregar a esto que el espacio físico en el que se encuentra el baffle (como una habitación o una sala), así como la posición en que éste se ubica dentro del recinto afectan también de distinta manera las características del sonido que se reproduce, provocando en cada caso efectos distintos. Todas estas situaciones provocan la ineficacia del baffle. Para determinar la buena operación de los baffles o recintos acústicos, es necesario realizar una serie de mediciones para los diferentes rangos de operación. Existen diferentes equipos para la medición de las respuestas de los baffles; a partir ellos se obtienen gráficas de resultados que sirven para realizar comparaciones entre los diferentes sistemas y determinar su correcta operación. Una de las gráficas más conocidas es la de respuesta del baffle, en la cual se indican los niveles de audición generados por el altavoz para el rango de frecuencias que comprende el oído humano. Con apoyo de estas gráficas el usuario podría calcular aproximadamente el efecto de sonorización del baffle dentro del recinto en el que piensa utilizarlo, evitando con ello los problemas anteriormente descritos. Los fabricantes en ocasiones publican estas gráficas, pero su interpretación es difícil tanto para el consumidor (que normalmente no se relaciona con información de este tipo) como para el propio técnico (que no está entrenado en su

interpretación o aplicación). También hay que tomar en cuenta que las gráficas que proporcionan los fabricantes son realizadas en sus propios laboratorios y bajo determinadas condiciones, lo cual dificulta la comparación de las curvas con las de otros fabricantes de un equipo similar. En efecto, durante el diseño de los baffles se utilizan diversos sistemas de medición que se realizan en distintas condiciones acústicas y con oyentes entrenados, usando programas musicales de gran calidad sonora. El resultado de estas pruebas, junto con el material del laboratorio (gráficas, distorsiones) permiten al diseñador conocer qué parámetros son los más adecuados para los oyentes y cuales se pueden sacrificar para mejorar otros. Recordemos que no existe el baffle perfecto y que siempre los baffles que encontramos en el mercado son soluciones por compromiso, que atienden al costo de los materiales de construcción o a las características del aparato establecidas por el fabricante. Los diseñadores siempre se inclinarán por dar preferencia a ciertas características más que a otras. La curva de respuesta obtenida en cada gráfica informa del comportamiento del baffle o de la bocina en específico; pero por sí sola no pue-

ELECTRONICA y servicio

Figura 2

Cámara anecoica utilizada para la medición de altavoces y pantallas acústicas. Con esta cámara se atenúan las reflexiones sonoras.

de dar una idea del comportamiento del baffle, ya que en el resultado influyen varios factores. La curva de respuesta publicada por los fabricantes es tomada en una habitación llamada

“anecoica” (figura 2), cuya superficie se encuentra cubierta de material absorbente que elimina los ecos y las réflexiones del sonido, de manera que el micrófono únicamente recupera la señal

Curva de respuesta a una señal senoidal Nivel en DB Potenciometer range______Db______Lower Lim Freq._______Hz Wr Speed_______mm/seg

PaperSpeed_____mm/seg

Medición 50 25 del objeto

10 75

dB dB

40 20

Pantalla l'acord

Senoidal 1W 1mt Cámara anecoide 30 15

20 10

Nota: (logarítmica) 10 5

Rec No. a Date: 12/7/83 Sign: A.T 0 0

10 Hz 20

100

200

500

1 Khz 2

40 D A B C Lin Frecuencia

0 0

Figura 3

ELECTRONICA y servicio

Figura 4 Nivel en DB

Curva de respuesta al ruido rosa

50 75 Pantalla L'acord ruido rosa analisis 1/3 octava camara anecoide

-40 60

-30 45

-20 30

-10 15

1.6 2 160k 2.5

5 4

8 6.3

12.5 20 31.5 50 80 125 200 315 630 1.25K 2.5K 5K Weight net 10 16 25 40 63 100 160 250 400 800 1.6k 3.15k 6.3k 10k 16k 25k 40k 63k 100k 16 500 1k 2k 4k 8k 12.5k 20k 31.5k 50k 80k 125k

1.3 octavas de la banda central de frecuencia octavos de la banda central de frecuencia

proveniente del baffle o de la bocina que se está probando, y la habitación no tiene ningún efecto sobre el resultado de las mediciones; como podrá suponer, esta situación ideal difícilmente reflejará la aplicación real del baffle, el cual seguramente será colocado en la sala de un hogar. El baffle se puede alimentar con una señal senoidal de frecuencia variable, obteniéndose una curva de respuesta parecida a la mostrada

Frecuencia

en la figura 3. Esta gráfica fue tomada a un metro de distancia en un rango de frecuencia que va de los 10 a los 20,000 hertz, por lo que el baffle presenta diferentes tipos de intensidad en la señal según el valor de la frecuencia que se está utilizando. Otro método para comprobar la operación del baffle consiste en aplicar un “ruido rosa” en vez de una señal senoidal. El “ruido rosa” es un rui-

Curva de respuesta utilizando papel logarítmico a otra escala Nivel en DB Medición 50 25 del objeto dB dB Pantalla 40 20 l'acord

10 75 8

Senoidal 30 15 1W 1mt

Cámara 20 10 anecoide

10 5

Rec No. a 0 0 10 Date: 12/7/83 Sign: A.T

dB dB

20 Hz

100

200

500

1000

2000 Hz 5000

10000 20000 40000 D A B C Lin

0 0

(1612/2112) A B C Lin Frecuencia

Figura 5

ELECTRONICA y servicio

EL CCD Y LOS CAPTORES DE IMAGENES Leopoldo Parra Reynada

Hacia finales de los años 70’s y principios de los 80’s, un nuevo dispositivo irrumpió en el ámbito de los equipos electrónicos: el CCD. Este elemento primeramente se utilizó en cámaras de video, para reemplazar al tradicional tubo de cámara en la conversión de imágenes en señales eléctricas; sin embargo, poco a poco ha invadido diversos campos de la tecnología. En este artículo haremos un breve repaso del principio de operación de este dispositivo, así como de sus aplicaciones más comunes y de otras tecnologías competidoras. El objetivo es que usted tenga un panorama general del estado actual de los captores de imagen y su posible evolución.

Los primeros sistemas de captura de imágenes ¿Por qué las modernas cámaras de video pueden ser tan pequeñas como para caber en el bolsillo (figura 1)? Básicamente, por las siguientes razones: 1) Por la miniaturización de los circuitos de manejo y proceso de señal, lo mismo que el diseño de mecanismos cada vez más reducidos. 2) Por la sustitución del tradicional tubo de imagen por el CCD como elemento de captura de las imágenes y su respectiva conversión en señales eléctricas. Fue en la década de los años 20’s, cuando se realizaron los primeros experimentos que conducirían al desarrollo de la televisión moderna; específicamente, debemos a John Logie Baird, un ingeniero escocés, el primer sistema de captura, transmisión y expedición de imágenes en movimiento, al cual se considera como el precursor más importante de la televisión. Particularmen-

ELECTRONICA y servicio

Figura 1

te, lo que se considera la principal aportación del sistema de Baird, fue el ingenioso procedimiento para la captura de imágenes (figura 2).

A) Fotografía de John L. Baird, considerado el “padre“ de la televisión. B) y C) Ejemplo de mecanismos de captura de imágenes. Note el disco perforado que producía los barridos. D) Aparato receptor de TV que usaba el sistema Baird. Note la presencia de un disco similar al de la “cámara“, que servía para reconstruir la imagen. E) yF) Ejemplos de imágenes procesadas por el sistema Baird.

El método de Baird se basaba en un sistema electromecánico para la conversión de imágenes en señales eléctricas, donde se utilizaba una placa fotosensible capaz de variar su resistencia dependiendo de la magnitud de luz recibida. Sin embargo, no se proyectaba toda una imagen simultáneamente, pues en dado caso la resistencia resultante sería producto del promedio de las zonas claras con las zonas oscuras de la imagen (con lo que se obtendría una “imagen eléctrica” que no correspondería con la “imagen óptica”). En lugar de ello, Baird optó por un procedimiento en el que se dividía la imagen en pequeños puntos, los cuales eran “muestreados” para posteriormente unir la información eléctrica de todos ellos y reconstruir así la imagen original. Para conseguir esta división, Baird colocó la placa fotosensible detrás de una rueda en rotación, en cuya superficie había pequeños orificios dis-

Figura 2

ELECTRONICA y servicio

Figura 3

Tubo de Crookes

Anodo

Pantalla cubierta con fósforo

Rayos catódicos Cátodo

Sombra producida por el ánodo

puestos en un patrón muy específico (figura 2B y 2C). Con esto conseguía que, en un momento dado, tan sólo se tuviera un punto en movimiento sobre la placa fotosensible, y cuando dicha perforación terminaba de rastrear una “línea”, el siguiente orificio entraba de inmediato y rastreaba la línea inmediata inferior. Repitiendo este procedimiento una y otra vez, era posible descomponer la imagen original en delgadas líneas horizontales (30 en el primer experimento, y más de 200 en las últimas aplicaciones prácticas que se llevaron a cabo con este sistema), mismas que ya convertidas en señal eléctrica, se transmitían por cables o señales radiales para ser captadas en un receptor donde se reconvertían en las imágenes originales. El receptor también seguía un método similar, teniendo una fuente luminosa de intensidad variable detrás de un disco con perforaciones idénticas a las usadas en el sistema de captura (figura 2D). Este sistema podía reproducir imágenes con muy baja resolución (figura 2E y 2F), pero en las primeras décadas del siglo, esto representó un avance impresionante. Este método, aunque muy primitivo, resultó ser el punto de arranque para las investigaciones que llevarían al desarrollo de toda la industria televisiva. De hecho, el captor de imagen mecánico de Baird nunca se utilizó de manera masiva; no fue sino con la aparición del “iconoscopio”, un dispositivo diseñado por Vladimir Kosma Zworykin, que los captores de

+++

---

imagen de televisión tuvieron la suficiente resolución como para producir imágenes de alta calidad, ideales para el nuevo medio de comunicación que tan prometedor parecía.

Aparato de corriente variable Placas deflectoras

Cátodo

Pantalla cubierta con fósforo

Haz electrónico

Anodo Punto en la pantalla

Rayos catódicos ante campos eléctricos o magnéticos campo electrónico o magnético

Anodo Cátodo

Haz electrónico

Haz desviado

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

El principio de operación del iconoscopio se basó en las aportaciones de William Crookes y de Carl F. Braun: el tubo de rayos catódicos y el aparato de corriente variable, respectivamente (figura 3). El primero de ellos descubrió que, al colocar dos electrodos dentro de una ampolla de vidrio al vacío y aplicar una tensión considerable entre ambos puntos, se producían dentro de la ampolla unos “rayos” que se dirigían hacia el cátodo y hacia el ánodo, mismos que podían visualizarse gracias a una delgada capa de fósforo que cubría la parte interna de la ampolla. Descubrimientos posteriores determinaron que los supuestos “rayos” no eran mas que electrones en movimiento, y que debido a la carga eléctrica inherente al electrón, éste podía ser manipulado mediante campos eléctricos o magnéticos. Precisamente, en el aparato de corriente variable de Braun se aprovechó esta característica de los electrones, colocando un par de placas electrostáticas en la trayectoria del haz de electrones (figura 4). Así se consiguió un instrumento de medición capaz de reflejar en una pantalla las variaciones más sutiles de una señal eléctrica. Este aparato es el antecedente más remoto de los modernos osciloscopios. Sin embargo, fue hasta que Zworykin hizo adaptaciones a este instrumento, cuando por fin se contó con un dispositivo electrónico para la captación de imágenes, con una precisión adecuada para impulsar el desarrollo de la incipiente industria de la televisión. En la figura 5 vemos una fotografía del dispositivo, al que se le llamó “iconoscopio”. Al igual que en el tubo de Crookes original, se tiene una ampolla de vidrio al vacío, en el interior de la cual hay un cátodo que produce electrones y un ánodo que los atrae; sin embargo, adicionalmente se colocaron dos elementos nuevos: una rejilla de aceleración y una de enfoque, cuyos objetivos son, respectivamente, conseguir un haz de electrones muy afilado y que estas partículas viajen a una alta velocidad. Además, en el sitio donde normalmente estaría la pantalla de fósforo se colocó un material fotoresistivo; esto es, que varía su resistencia dependiendo de la cantidad de luz aplicada. Así, considerando al haz de electrones como una

ELECTRONICA y servicio

corriente eléctrica, y de acuerdo con la ley de Ohm, tenemos la siguiente conclusión: como una corriente circulando a través de una resistencia produce un voltaje, y como la resistencia de la pantalla fotosensible depende directamente de la cantidad de luz recibida, en su salida se obtiene un voltaje que varía proporcionalmente con los cambios de luminosidad experimentados por la misma. Y no sólo eso; gracias a la acción de un par de bobinas deflectoras, es posible hacer que el haz electrónico vaya “barriendo” toda la superficie de la pantalla línea por línea, consiguiendo así líneas de imagen muy delgadas, lo que a su vez se traduce en una mayor resolución horizontal que la obtenida con la “cámara” de Baird (con el iconoscopio se obtenían resoluciones superiores a las 300 líneas horizontales). El iconoscopio superó ampliamente a los dispositivos mecánicos para la captura de imágenes; y esto, aunado a sus otras ventajas, como su resolución y fidelidad de la imagen obtenida, fue determinante para que el dispositivo fuera adoptado ampliamente por las compañías televisoras pioneras. Tan efectivo resultó el diseño de Zworykin, que el iconoscopio (con sus correspondientes mejoras tecnológicas) se siguió utilizando hasta muy recientemente (el conocido tubo “vidicón”). Inclusive, podíamos encontrarlo en las primeras cámaras de video caseras que surgieron a finales de los 70’s y principios de los 80’s (figura 6).

En esta imagen se muestra una pantalla de televisión fabricada en 1936 y un tubo iconoscópico fabricado por la RCA en 1935

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Iconoscopio fabricado en 1935

Vidicon utilizado en los añs 50's

Sin embargo, gracias a los avances obtenidos en la elaboración de circuitos integrados, a principios de los 80’s apareció un elemento semiconductor que podía realizar la misma labor de un tubo vidicón, con múltiples ventajas operativas. Este elemento fue el CCD, y precisamente a continuación hablaremos de cómo trabaja este moderno dispositivo.

Funcionamiento básico del CCD CCD son las siglas de Charge Coupled Device o dispositivo de carga acoplada (figura 7); y aunque este nombre no nos diga mucho, describe el principio de operación de estos modernos elementos. Si observáramos con un microscopio la superficie de un CCD, veríamos que parece un mosaico formado por cientos de miles de celdas individuales, cada una de las cuales recibe el

nombre de “unidad de imagen” o pixel (figura 8). Estas celdillas están fabricadas con tecnología CMOS, y aprovechan un fenómeno descubierto recientemente en circuitos electrónicos: cuando se fabrica un condensador utilizando tecnología CMOS, la capacitancia de este elemento varía dependiendo de la magnitud de luz que se aplique al dispositivo; por lo tanto, al aplicar dichas emisiones cuánticas al CCD, la imagen obtenida por la lente se aplica directamente en la superficie del mosaico de celdillas (y, por consiguiente, cada una de las celdas almacena una determinada carga, que depende directamente de la cantidad de luz recibida). Y por medio de un método de rastreo línea por línea, se explora toda la superficie del CCD y se genera en su salida una señal que refleja las variaciones de luz experimentadas en la superficie del mosaico. Fue precisamente gracias a este comportamiento del CCD, que pudo ser utilizado para la captura de imágenes, convirtiéndolas en señal eléctrica para su posterior manejo. Precisamente a continuación describiremos algunas de las aplicaciones más comunes de estos dispositivos de captura de imagen.

Las cámaras de video La aplicación más conocida de los CCD’s, está en las cámaras de video, tanto las de tipo casero como las profesionales (figura 9). El tamaño reducido, la confiabilidad, la resistencia y otras características que hacen del CCD un dispositivo más adecuado que los tradicionales tubos

ELECTRONICA y servicio

Figura 8

Sección de recepción de luz

Registro V

V1 V2

V3 V4

vidicón, influyeron en un rápido movimiento de sustitución por parte de los fabricantes, de tal manera que a mediados de los 80’s prácticamente no existía fabricante en el mundo que siguiera produciendo cámaras de video basadas en los antiguos tubos de imagen.

El CCD basa su funcionamiento en una enorme cantidad de elementos captores de luz semiconductores, colocados en forma de mosaico, donde cada celda está diseñada específicamente para captar sólo uno de los tres colores básicos que forman el espectro luminoso (rojo, verde, azul, o R-G-B por sus iniciales en inglés).

Para que un captor de este tipo pueda manejar señales en color, es necesario colocar minúsculos filtros de colores frente a cada celdilla, de modo que algunas capten solamente la luz roja, otras la azul y finalmente otras la verde (vea figura 8); así se obtienen las señales RGB necesa-

Las modernas cámaras de video utilizan un captor CCD para convertir la información luminosa en señal eléctrica. Las cámaras más avanzadas incluyen un captor CCD para cada color primario (rojo, verde y azul). En la figura podemos apreciar la disposición de los tres CCD's en el ensamble óptico (B), y se señala la ubicación de éste en la cámara (C), que en este caso es una de tipo profesional.

Figura 9

ELECTRONICA y servicio

EL MECANISMO DE CARRUSEL DE MAS DE 20 DISCOS EN REPRODUCTORES DE CD’s La demanda del público por sistemas de audio cada vez más sofisticados, se refleja de muy diversas formas; uno de los principales requerimientos del usuario, es el de contar con la disponibilidad casi inmediata de su música preferida sin tener que estar buscando y cambiando discos compactos. Fruto de esta demanda popular son los sistemas de carrusel de 3 ó 5 discos y los sistemas de magazine externo o interno; sin embargo, todos estos sistemas tenían un inconveniente desde el punto de vista de un sector de los consumidores: su cupo limitado no permitía tener a la mano todos los discos favoritos, lo que representaba una imposibilidad para reproducir la melodía deseada con la sola presión de una tecla. Precisamente para complacer a esta porción del público, diversos fabricantes están produciendo reproductores en cuyo interior se pueden almacenar de forma más o menos permanente una gran cantidad de discos compactos (cantidades que van desde 20 hasta más de 100). En este artículo analizaremos el principio de operación del mecanismo de este tipo de reproductores. 44

ELECTRONICA y servicio

Leopoldo Parra Reynada

Una sinfonola en casa ¿Recuerda las típicas sinfonolas que podíamos encontrar en fuentes de sodas y restaurantes? Si es así, seguramente vendrá a su mente la forma tan particular como los fabricantes de estos aparatos conseguían almacenar dentro de ellos una gran cantidad de discos sencillos de 45 r.p.m.; cuando un usuario introducía una moneda y presionaba cierto código, el mecanismo se ponía en movimiento, elegía el disco solicitado, lo colocaba en el plato del tornamesa y se iniciaba la reproducción (figura 1). Este principio de operación resultó tan efectivo, que desde su invención a mediados del presente siglo, ha sufrido muy pocas modificaciones y se sigue empleando inclusive en las modernas sinfonolas que en vez de discos de acetato utilizan los modernos CD’s con la consiguiente mejoría en la calidad de sonido resultante.

Figura 1

Ahora bien, sería absurdo y un tanto estorboso el tener una sinfonola en nuestro hogar; debido al espacio de las actuales viviendas representaría más una dificultad que un beneficio, ya que estos muebles se construyen grandes y vistosos con el objetivo de que destaquen dentro de un establecimiento. Sin embargo, existen usuarios a los que les gustaría tener en su hogar un aparato con la flexibilidad de una rockola, esto es, tener sus discos preferidos permanentemente montados dentro del equipo y simplemente presionando el código adecuado (número de disco y número de selección), accesar prácticamente de inmediato a las melodías sin tener que estar buscando en su discoteca particular el CD deseado; el usuario se evitaría con esto el estar colocando alternativamente los CD’s en caso de desear otra melodía y tener que repetir el procedimiento tantas veces como sea necesario. Esto ha llevado a algunos fabricantes de reproductores de CD ha desarrollar una variante del mecanismo de las sinfonolas pero con la característica de ser lo suficientemente compacto para ser insertado en un aparato de tamaño reducido, al grado que fácilmente pueda incorporarse a un equipo de sonido tradicional sin modificar su funcionalidad. Estos aparatos se reconocen porque tienen un tamaño vertical considerable. Cuentan con un carrusel semejante a los usados en los proyectores de diapositivas, debido precisamente a la necesidad de alojar tal cantidad de discos. Para minimizar los movimientos mecánicos en estos aparatos, lo normal es que el ensamble lector

del disco se encuentre colocado de tal modo que la captura y reproducción del CD se lleve a cabo estando en posición vertical. Con todo lo anterior, el mecanismo de este tipo de aparatos se vuelve menos complejo, permitiendo un análisis rápido de su funcionamiento.

Análisis de caso: el reproductor de CD Pioneer CF-D906 Para aterrizar las explicaciones que se darán a continuación, tomaremos como base un apara-

Figura 2

ELECTRONICA y servicio

Figura 3

to muy representativo de esta tendencia tecnológica: el Pioneer CF-D906, que es un aparato capaz de almacenar en su interior 100 discos compactos en posiciones fijas, más uno de inserción temporal. En su aspecto externo se puede observar una ventana donde se alcanza a apreciar los discos compactos guardados en su interior (figura 2). Cuando abrimos la ventana de inserción por medio de la tecla open/close, se revela ante nuestros ojos la naturaleza del mecanismo de almacenamiento de discos: una gran cantidad de ranuras donde el usuario manualmente podrá colocar cada uno de los discos que desee almacenar en del aparato (figura 3). Una vez que se tengan todos los discos dentro del equipo, estaremos listos para iniciar la reproducción de los mismos. Si retiramos la tapa superior del reproductor queda a la vista, de forma más evidente, el mecanismo tan parecido al carrusel de un proyector de transparencias. Puede notar que en toda la periferia del carrusel se encuentran ranuras

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

SERVICIO EN LA ETAPA DE SALIDA DE AUDIO EN MINICOMPONENTES Alvaro Vázquez Almazán

Introducción

Uno de los problemas más comunes con que se tiene que enfrentar el técnico de servicio en su labor diaria de reparación, es la sección de audio. El presente artículo pretende contribuir a que esta tarea sea mucho más sencilla y rápida. Los procedimientos aquí indicados tienen una efectividad del 90%, por lo que son especialmente útiles para quien no tiene experiencia en el servicio electrónico.

ELECTRONICA y servicio

La función principal de la sección amplificadora de audiofrecuencia es tomar del selector de funciones la señal de A.F. proveniente ya sea del sintonizador, del tocacintas, del reproductor de CD’s o de alguna otra entrada auxiliar; controlar el nivel del volumen obtenido en las bocinas; ecualizar la señal y controlar el equilibrio entre canales de audio (balance), para finalmente darle ganancia en voltaje y corriente y aplicarla a las bocinas, permitiendo así escuchar la información de audio con un nivel adecuado. Por supuesto, todo el proceso necesita de circuitos diseñados especialmente para cumplir con su función de llevar y amplificar la señal de audio hasta las bocinas.

El diagrama a bloques El técnico de servicio sabe de la necesidad de conocer el diagrama a bloques de la sección que se analiza, así como el funcionamiento de cada

Figura 1 El diagrama a bloques nos indica el proceso que sufre la señal y nos ayuda a ubicar los errores

Sintonizador (turner)

Impulsor de motor

Microcontrolador

Silenciamiento M

Tornamesa (phono) Selector de funciones

Pre Amplificador

Ecualizador

Cassetera (deck)

Amplificador de poder

Control de volumén

Bocina

C.D. Protecciones

Activador del relevador

una de las etapas; esto con el objeto de poder identificar fácilmente donde se encuentra la falla y poder dirigirse sin contratiempos a solucionar el problema (figura 1).

que proviene de una pastilla piezoeléctrica de un tornamesa), con el objeto que a la salida de este preamplificador todas las señales, sin importar su procedencia, tengan una forma de onda básicamente idéntica.

El selector de funciones Este bloque tiene como finalidad seleccionar la señal de audio procedente ya sea del sintonizador, del tornamesa, de la cassettera, del reproductor de CD’s, de alguna entrada auxiliar, etc. La señal se puede seleccionar mecánicamente, a través de interruptores accionados por el usuario, o digitalmente, por medio de un circuito integrado de conmutación controlado por un microprocesador (figura 2).

El preamplificador En este bloque se le da ganancia a la señal de audio que anteriormente se había seleccionado, con la finalidad de que cuando pase por el proceso de ecualización llegue con la amplitud adecuada para su posterior manejo. También se le da un filtrado especial dependiendo de la fuente de la señal (no se puede tratar igual a una señal que viene de una cabeza magnética que a una

Actualmente la forma de seleccionar funciones es por medios digitales, y no por medios mecánicos. IC,BU4052B VDO 16 INH 6 A 10 B

Level converter

Binary to 1 of 4 decofer with inhibit

VSS 8 VEE 7 X0 12 X

X1 14

X2 15 X3 11 Y0 1 Y

Y1 5

Y2 2 Y3 4

Figura 2

ELECTRONICA y servicio

El bloque ecualizador El bloque ecualizador es una prestación adicional donde el usuario tiene la posibilidad de modificar el sonido reproducido en las bocinas, dándole ganancia o limitando los tonos graves, medios o agudos. Con este manejo se puede reproducir en el ambiente hogareño la sonorización de distintos recintos acústicos, como sería una sala de conciertos o una presentación en vivo (claro que este manejo es muy elemental, nada comparado con los modernos “procesadores de sonido” que incluyen los más modernos componentes de audio; pero la ecualización es una forma sencilla y económica de dar al usuario más control sobre el sonido que va a escuchar).

El circuito silenciador (mute) Seguramente recordará que en una radio tradicional, cuando cambiaba de estación, se escuchaba ruido de fondo, el cual era desagradable para el usuario, sobre todo si el nivel de volumen era considerable. Para evitar esta molestia, los diseñadores de equipos de audio decidieron incorporar esta sección, la cual es la encargada de detectar el nivel de la señal, cortándolo (silenciándolo) si éste no cumple con un valor determinado, mediante la activación de un par de interruptores electrónicos (figura 3).

Analógico

Canal izquierdo Microcontrolador Mute

Canal derecho

El control de volumen Este bloque tiene la finalidad de elevar o disminuir el nivel de señal que se envía a las bocinas, lo cual obviamente se traduce en un sonido débil o fuerte. Este bloque en la actualidad se puede controlar de tres formas: 1) Resistencia variable (analógicamente). 2) Híbrido (resistencia variable y motor controlado digitalmente). 3) Digitalmente. El primer sistema es el más común y económico, ya que sólo necesita una resistencia variable para controlar el nivel de señal (el famoso control de volumen “de perilla”).

Control remoto

Híbrido Control remoto

Microcontrolador

Impulsor de motor

Cuando se detecta que no hay señal o se da la orden desde el control remoto, el microcontrolador manda la orden para que los transistores envíen la señal de audio a tierra.

Digital

Vol + Vol -

Independientemente del tipo de control de volumen, la función es controlar el nivel de audio reproducido en las bocinas

Convertidor Digital / Analógico

Entrada

Procesador de volumen

Salida

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

Figura 5 Gracias a la incorporación de circuitos integrados en la etapa de salida de audio, es posible conseguir potencias elevadas y una mayor fidelidad en el audio reproducido. IC304

CH-1 + Bias circuit

Protecciones Los actuales equipos de audio tienen incorporado un sistema de protección que detecta si no hay bocinas conectadas, si están en corto o si existe un corto en el integrado de potencia, eliminando inmediatamente el audio para proteger al integrado de potencia si es que las mismas están en corto o no están conectadas, o apagando el equipo si es que el integrado de potencia se encuentra en corto (figura 6).

GND

+ CH-2 -

Standby switch

Amplificador de poder En esta parte del circuito, a la señal de audio se le da la ganancia necesaria para que llegue con la suficiente potencia para poder excitar a las bocinas. En la actualidad, los amplificadores de potencia tradicionales con base en dispositivos discretos (resistencias, transistores, diodos, condensadores, etc.) han sido sustituidos por circuitos integrados de potencia, dentro de los cuales se encuentran todos los elementos para llevar a cabo la amplificación de la señal de audio, con el apoyo de muy pocos elementos externos. Esto ha redundado en secciones más sencillas, que fallan con menor frecuencia (figura 5).

LA4597

GND

El segundo sistema hace uso de una resistencia variable y de un motor, el cual está controlado electrónicamente por el microcontrolador; con esto, el volumen puede ser controlado manualmente con el simple hecho de girar la perilla o mediante el control remoto, que indica al micro que debe poner a funcionar el motor, el cual girará la perilla automáticamente. El tercer sistema necesita de circuitos integrados que reciben datos digitales provenientes del microcontrolador y los convierten en variaciones de voltaje, las cuales se dirigen hacia la sección de audio (figura 4).

T.S.D 5

rápida. El orden apropiado para verificar las secciones es el siguiente: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Fuente de alimentación. Selector de funciones. Ecualizador y control de volumen. Transistores de silenciamiento (mute). Protecciones. Circuito integrado de salida de audio. Conector para audífonos. Bocinas.

Equipo de prueba El equipo de prueba recomendado para dar servicio en esta sección es: a) Multímetro digital. b) Trazador de señales de audio. Con este equipo los procedimientos de servicio serán más sencillos y, por lo tanto, permitirán localizar más rápidamente al componente defectuoso.

Verificación de la fuente de alimentación Procedimiento de servicio Para dar servicio a esta sección, necesitamos seguir un procedimiento lógico y sistemático que nos permite ubicar la falla de una forma fácil y

Primo hay que verificar la fuente de alimentación, ya que si esta sección no funciona correctamente en alguno de los voltajes que debe entregar, el equipo no funcionará adecuadamente.

ELECTRONICA y servicio

GUIA DE FALLAS Y SOLUCIONES EN TELEVISORES MODERNOS J. Luis Orozco Cuautle

Considerando que la fuente de alimentación en televisores es una de las secciones con más incidencia de fallas, nos abocaremos en este apartado a hablar de dos circuitos muy conocidos en el medio del servicio electrónico; nos referimos a las fuentes de alimentación de los televisores RCA, chasises CTC-175 y CTC176/177. Igualmente, se comentan diversas experiencias del autor en el terreno práctico, organizadas como “guía de fallas”. 58

ELECTRONICA y servicio

Circuitos de fuentes de alimentación RCA El chasis CTC-175 La fuente de alimentación del televisor CTC-175 tiene un regulador en serie (Q4150), con una entrada de 150 voltios que son entregados por el puente rectificador. La conducción del transistor Q4150 es modificada por una señal de pulso modulado por anchura (PWM), que proviene de la terminal 29 de U1001 del circuito “T”; El voltaje que entrega el transistor Darlington Q4150 es de 140 voltios (figura 1). Para verificar la operación correcta de la fuente, modifique el voltaje con un variac en la entrada (de 105 Vca a 130 Vca), y mida el voltaje en la salida; éste deberá ser de 140 voltios. Si fuera necesario reajustarlo, entre al modo de servicio y modifíquelo con el parámetro 18. En caso de que el voltaje no cambie, le sugerimos sustituir la memoria EEPROM, no sin antes anotar los valores de ajustes del sintonizador para instalarlos en la memoria nueva.

Figura 1 R4155

Fuente de alimentación del chasis CTC175 F4150 1A

Q4150 R4150

+150V +

C4007

B+140V R4157

R4175

R4172 +

C4150

R4152

C4153

R4158

R4152

R4153

C4155 +12V RUN

PWM 29 COMP

R4169 6200

R4162 R4165

U1001

Q4151 R4163

Q4153

R4170

R4154

R4166

PWM IN 30

Le recomendamos que cuando verifique una fuente de alimentación, determine la corriente de consumo de corriente alterna, que deberá ser de 0.6 amperios para televisores de 20 pulgadas; es importante que considere que cuando se enciende este televisor, generalmente consume una corriente ligeramente superior al amperio, pero inmediatamente baja al valor antes señalado.

El chasis CTC-176/177 Otro tipo de fuente de alimentación es la utilizada en los televisores RCA chasis CTC-176/177, que es de tipo conmutado. Al respecto, cuenta con un circuito integrado (U4101) que incluye en su interior un transistor FET que actúa como interruptor (figura 2). Esta fuente puede modificar su conmutación de acuerdo con los pulsos de frecuencia variable que se apliquen en su compuerta, a fin de mantener un voltaje regulado; este proceso provoca una conmutación de encendido y apagado

entre las terminales 11 a la 9 del propio circuito integrado, generando una inducción del primario a los secundarios del transformador T4101. De hecho, el inicio de conducción del FET ocurre cuando parte de los 150 voltios de corriente directa, son aplicados en la terminal 4 por medio de la resistencia R4104 (conocida como “resistencia de arranque“). Este voltaje provee un bias necesario que llega a la compuerta del FET, impulsándolo a conducir para crear una corriente que pasa de a tierra a través de R4124, del FET y por las terminales 3 y 1 de T4101. Dicha corriente induce un voltaje en las bobinas conectadas en las terminales 5 y 6; el voltaje de la terminal 5 pasa por R4125 y C4123, y de ahí se dirige a la terminal 4 del circuito integrado, lo que provoca que el FET conduzca aun con mayor potencia, induciendo una caída de voltaje a través de la resistencia R4124, que está conectada entre tierra y la terminal fuente del FET. Cuando el voltaje llega a un nivel lo suficientemente elevado, el circuito de protección sobre-

ELECTRONICA y servicio

Fuente de alimentación del televisor CTC 176/177 T4101 REGULADOR

ELECTRONICA y servicio

C4122

R4126

C4109 CR4106

FB4106

FB4107

140V DC B+

8 FB4113

C4128 C4123

R4104 150 Volts B+ no regulada

C4106

R4125

C4137

+ C4107

CR4112 4 FB4112 U4101 REGULADOR

C4135

FB4102 11

Salida 12

DRIVER C4126 5 OCP CIRCUIT

AMP R4129

Protección de sobrecorriente

ERROR AMP _

R4122 5

7 CR4109 7.5V

C4136 6

330 500V C4124 CR4111

+ 1

C4127 10µF + 63V

R4105

R4135 FB4109

FB4108 19.5 VCC

12 CR4107

R4128

R4124 C4103

C4008

CR4102

C4110 + C4108 A

Figura 2

Caliente (conectado a tensión)

Frio (no conectado a tensión)