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Nº 224400 -/ 22000077 / Nº AAññoo 2200

$$66,50 EDITORIAL QUARK

SABER

EDICION ARGENTINA

ELECTRONICA

EDITORIAL QUARK

Año 20 - Nº 240 JULIO 2007

Ya Ya está está en en Internet Internet el el primer primer portal portal de de electrónica electrónica interactivo. interactivo. Visítenos en la web, y obtenga información gratis e innumerables beneficios. Visítenos en la web, y obtenga información gratis e innumerables beneficios.

www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.ar SECCIONES FIJAS Sección del Lector

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ARTICULO DE TAPA Control de actuadores por computadora. Motores, servos, sistemas analógicos

3

MONTAJES Placa conversora USB a puerto serial (RS232)

18

Control de temperaturas por bandas

20

Detector de proximidad

57

Voltímetro a LEDs

60

Luces de Persecución

62

SERVICE Curso de funcionamiento, mantenimiento y reparación de reproductores de DVD Lección 14 - Análisis de servos fallas comunes

28

CUADERNO DEL TECNICO REPARADOR Cómo funcionan los hornos a microondas. La transferencia de calor hacia los alimentos

36

Cómo funcionan los teléfonos celulares - PA: Amplificador de potencia de transmisión WCDMA

42

Cómo medir transformadores de pulso y Fly-Backs

72

LIBRO DEL MES Arquitectura de un PLC y sus señales

45

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS Reparando un Nintendo NES de 8 BITS

Distribución en Capital Carlos Cancellaro e Hijos SH Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942

Distribución en Interior Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.

Impresión: Inver prenta S. A.,Osvaldo Cr uz 3091, Bs . Aires , Argentina

50

Uruguay RODESOL SA Ciudadela 1416 - Montevideo 901-1184

Publicación adherida a la Asociación Argentina de Editores de Revistas

EDICION ARGENTINA - Nº 240

DEL DIRECTOR AL LECTOR

Director Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redacción Pablo M. Dodero Producción José María Nieves Columnistas: Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute En este número: Ing. Alberto Picerno Ing. Ismael Cervantes de Anda Víctor R. Gonzalez Fernandez

EDITORIAL QUARK

EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRONICA Herrera 761 (1295) Capital Federal T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara Staff Olga Vargas Hilda Jara Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Daniel Oscar Ortiz Ramón Miño Javier Isasmendi Ing. Mario Lisofsky

Sistemas: Paula Mariana Vidal Web Master: hostear.com Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Internet: www.webelectronica.com.ar Club SE: Luis Leguizamón Editorial Quark SRL Herrera 761 (1295) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial.

CUMPLIMOS 20 AÑOS Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta para compartir las novedades del mundo de la electrónica. El 11 de junio se han cumplido 20 años desde que, por primera vez, fuera publicada nuestra querida revista y 21 años desde que se publicara la primera “Circuitos & Informaciones”. Para todos quienes mes a mes aportamos nuestro grantio de arena para que esta revista llegue a sus manos, es realmente un orgullo haber roto todos los pronóstico y seguir tan vigentes como hace 2 décadas. Pero, como siempre decimos, esta revista no sería posible si Ud. no la estuviera leyendo y es por eso que sostenemos que Ud. es el “eslabón” más importante de esta cadena que a lo largo de los años ha crecido hasta convertirse en una gran comunidad Americana. Y como queremos “agaSajarlo” como Ud. se merece, hemos solicitado la colaboración de sponsors de Argentina, Uruguay, México, Venezuela y Paraguay para poder ofrecer en dichos países diversos paquetes educativos a un precio mucho menor que el real. Sin el aporte de Redia, HASA, Universo, EDEME, Dicomse y tantos otros que, con sus avisos, han posibilitado que Editorial Quark posea recursos adicionales; estas promociones no hubiesen sido posible. A continuación listamos las 9 promociones que podrá adquirir tanto en nuestras oficinas como en casas adheridas de los países mencionados (los precios están en pesos argentinos) o solicitarlas al teléfono de Bs. As. (011) 4301-8804 o por mail a: [email protected].

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Tirada de esta edición: 12.000 ejemplares.

Vea más información y contenido de cada PROMO en la página 71. ¡Gracias por seguir eligiendo a Saber Electrónica! Ing. Horacio D. Vallejo

ARTÍCULO

DE

TAPA

Conttrol de Acttuadores por Computtadora Mottores - Servos - Sisttemas Analógicos La aparición de la computadora en la década de los 40 aceleró vertiginosamente el desarrollo de autómatas y robots. La cuestión es: ¿Podemos hacer servir a la PC como un autómata o un robot? Para poder responder es preciso verificar si se cumplen las siguientes condiciones: * ¿Podemos conectarle sensores? * ¿Podemos conectarle actuadores? * ¿Podemos programarlo (y reprogramarlo) para que tome decisiones en función de los sensores y de instrucciones previas para que los actuadores operen en consecuencia? La respuesta a las tres cuestiones es afirmativa: * La PC cuenta para comunicarse con sus periféricos, incluso en su versión más básica, con diversos dispositivos de entrada: puertos paralelo y serie, USB, joystick, micrófono, ... Además, es posible agregarle tarjetas especializadas que añaden otras muy diversas clases de entradas. * También cuenta con varios dispositivos de salida: puertos paralelo y serie, USB, sonido, video, ... Asimismo, se pueden añadir tarjetas especializadas que expanden el número y tipo de entradas. * Por otra parte, son muchos los lenguajes de programación utilizables en la PC que permiten leer las entradas y modificar las salidas: BASIC, LOGO, Pascal, C, Ensamblador, etc. En este artículo, que es parte del curso de robótica, veremos cómo se puede realizar el control de motores, servos y salidas analógicas por medio una computadora, empleando ejemplos reales mediante el uso de programas en Basic y C. Autor de esta Nota: Víctor R. González Fernández, Profesor de Tecnología, Dr. en Física, Ingeniero Téc. de Telecomunicaciones, Investigador de la Universidad de Valladolid, http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/control/index.htm

Saber Electrónica 3

Artículo de Tapa n este artículo, que es parte del curso de robótica, veremos cómo se puede realizar el control de actuadores a través de la computadora. De más está decir que en el concepto general de un robot, éste debe ser autónomo y, por lo tanto, no manejado por una PC, sin embargo, hoy es muy normal el uso de equipos portátiles en sistemas autónomos y es por ello que creemos oportuna la publicación de esta nota. En principio, veremos cómo controlar:

E

Figura 1

Motores de corriente continua Motores paso a paso Servomotores Actuadores o salidas analógicas

Control de un Motor de Corriente Continua Al realizar el control de un motor, para disminuir el riesgo de daños al puerto de control y mejorar la capacidad de manejo de corriente que necesita el motor, se puede utilizar una etapa de desacoplo. Estas etapas pueden realizarse por medio de relés directamente conectados al puerto tal como se sugiere en la figura 1; en ella se utilizan las dos primeras líneas de datos con la intención de activarlos, y hacer girar el motor en sentido horario o antihorario dependiendo de los valores alto o bajo de las líneas 2 y 3 (es decir, valores 0 o 1 de los bits D0 y D1 del registro de datos). Desafortunadamente, la corriente que proporcionan las líneas del puerto no es suficiente pa-

Saber Electrónica 4

ra permitir la conmutación de los relés mecánicos habituales. Así pues, es preciso poner alguna etapa intermedia de transistores entre la salida del puerto y el relé correspondiente, que sea

Figura 2

Figura 3

Control de Actuadores por Computadora

Saber Electrónica 5

Artículo de Tapa capaz de excitar a éste. En la figura 2 se da un ejemplo de cómo se puede realizar la excitación de un relé. Otra forma de realizar el control de motores, desde el puerto de una PC, es mediante el uso de módulos optoacopladores con salidas a relés. A través de optoacopladores, un módulo como el T-1 (de 4 E/S, aunque también existen de 1,2 y 8 E/S), como se muestra en la figura 3, aísla eléctricamente las señales de control de cada entrada. Dependiendo Figura 5 del lugar, existen diferentes módulos de este tipo en casas de electrónica. En la figura 4 se observa el esquema del optoacoplador situado entre las entradas y los relés, dentro de este módulo T-1. Al inyectar sobre cualquier entrada, una señal entre 3 y 24V de corriente continua, la correspondiente salida se activa, permaneciendo en ese estado hasta que la tensión de entrada baja a 0. El módulo incorpora LEDs señalizadores. Las entradas se pueden conectar a las líneas de datos del puerto paralelo para gobernar un motor c.c. (de corriente continua). Una alternativa simple a la interfase anterior, consiste en utilizar un circuito como el de la figura 5. Si opta por esta solución, deberá saber cuáles son los terminales de los transistores, lo cual se puede apreciar en la figura 6. En este circuito de excitación se utilizan transistores para la etapa de potencia del motor. Cuando el bit D0 se pone a 0 y el D1 a 1, el borne izquierdo del motor se encuentra a +6V y el derecho a tierra, con lo que el motor gira en un sentido. Cuando

Saber Electrónica 6

el bit D0 vale 1 y el D1 0, es el borne derecho el que está alimentado mientras que el izquierdo se halla conectado a tierra, de modo que el motor gira en sentido opuesto. Una de las ventajas de esta interfaz frente a las precedentes (con relés y optoacopladores) radica en que si las señales de control conmutan a frecuencia elevada, los transistores son capaces de seguirlas, mientras que los relés ya no lo ha-

Figura 4

cen cuando el período de la conmutación se halla en torno a los milisegundos.

Control de un Motor Paso a Paso Los principios básicos de funcionamiento de motores P-P se describieron en Saber Electrónica Nº 226, si Ud. desea obtener dicha información, puede bajarla de nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave “pasoapaso”. A continuación se ofrecen algunas nociones prácticas sobre identificación y control de este tipo de motores. Identificación del Motor Paso a Paso: Cuando se trabaja con motores P-P (paso a paso) usados o bien

Figura 6

nuevos, pero de los cuales no tenemos hojas de datos, es posible averiguar la distribución de los cables a los bobinados y el cable común en un motor de pasos unipolar de 5 o 6 cables (figura 7), siguiendo las instrucciones que se detallan a continuación: 1. Aislando el(los) cable(s) común(es) a la fuente de alimentación: Como se aprecia en las figu-

Control de Actuadores por Computadora

Saber Electrónica 7

Artículo de Tapa ras anteriores, en el caso de motores con 6 cables, éstos poseen dos cables comunes, pero generalmente tienen el mismo color, de modo que lo mejor es unirlos antes de comenzar las pruebas. Usando un multímetro para chequear la resistencia entre pares de cables, el cable común será el único que tenga la mitad del valor de la resistencia entre ella y el resto de los cables. Esto es debido a que el cable común tiene una bobina entre él y cualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cables tienen dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistencia medida en el mismo.

Figura 7

Figura 8

2. Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D): aplicar un voltaje al cable común (generalmente 12V, pero puede ser más o menos) y manteniendo uno de los otros cables a masa (GND) mientras vamos poniendo a masa cada uno de los demás cables de forma alternada y observando los resultados. El proceso se puede apreciar en el cuadro de la figura 8.

Observaciones: Un motor P-P con 5 cables es casi seguro de 4 fases y unipolar. Un motor P-P con 6 cables también puede ser de 4 fases y unipolar, pero con 2 cables comunes para alimentación. Pueden ser del mismo color. Un motor de pasos con sólo 4 cables es comúnmente bipolar.

Interfases de Conexión del Mo tor P-P En la figura 9 podemos observar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso a paso unipolar, mediante el uso de cuatro transistores que actúan como etapa de potencia. Si las bases de los cuatro tran-

Saber Electrónica 8

sistores se conectan a cuatro de las líneas de datos del puerto paralelo, el motor puede ser controlado desde la PC. Sin embargo, nos centraremos en un circuito de control más compacto. Vamos a controlar un pequeño motor P-P unipolar de cuatro fases RS351-4574 (similar, por ejemplo, al motor KP4M4-001 que llevan algunas de las disqueteras antiguas de 5“1/4). Tiene seis cables exter-

nos, dos “comunes” y cuatro correspondientes a las fases. Su consumo está en torno a los 180mA, con un par de retención máximo de 2.5 Ncm, y utiliza una tensión de trabajo de 12V. L afigura 10 muestra cómo debe hacerse el cableado externo del motor RS351-4574. El puerto paralelo trabaja a 5V y, como máximo a 20mA, por lo que no podemos conectar el motor directamente. Para ello utilizaremos un cir-

Control de Actuadores por Computadora

Saber Electrónica 9

Artículo de Tapa cuito interfase entre el motor y el puerto, que será el encargado de aumentar la potencia de nuestro puerto paralelo. Está basado en el integrado ULN2003, un driver Darlington de 7-bit, 500mA, entrada TTL npn, y su conexión es tan sencilla como indica el esquema de la figura 11. El diodo Zener se utiliza como medida de protección contra las inducciones que se producen en los bobinados, evitando así las fuertes corriente inversas generadas. El zener es de 12V, 0.5W. El integrado acepta un consumo máximo de 500mA, por lo que no será capaz de controlar nada que supere dicho consumo. Para un entendimiento más global, el integrado se comporta como una serie de 7 relés electrónicos. Por el puerto paralelo de la PC podemos enviar 1 Byte cada vez, una velocidad de aproximadamente a 30 kBytes por segundo, mucho más de lo que es capaz de girar un motor de estas características, por lo que deberemos frenar el envío de datos. La filosofía de control no es más compleja que la de tener que encender y apagar diodos LED mediante software.

Figura 9

Figura 10

Figura 11

Control de un Servomotor Los servos son un tipo especial de motor de c.c. que se caracterizan por su capacidad para posicionarse, de forma inmediata, en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar. Están generalmente formados por un amplificador, un motor, un sistema reductor formado por ruedas dentadas y un circuito de realimentación, todo en un misma caja de pequeñas dimensiones. El resultado es un servo de posición con un mar-

Saber Electrónica 10

Figura 12

Control de Actuadores por Computadora

Figura 13

Saber Electrónica 11

Artículo de Tapa Figura 14

gen de operación de 180° aproximadamente (figura 12). Se dice que el servo es un dispositivo con un eje de rendimiento controlado, ya que puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que exista una señal codificada en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señal codificada cambia, la posición angular de los piñones también. En la práctica, se usan servos para posicionar elementos de control como palancas, pequeños ascensores y timones. También se usan en radio-control, marionetas y, por supuesto, en robots. Los Servos son sumamente

útiles en robótica. Los motores son pequeños. Un motor como el de las imágenes posee, internamente una circuitería de control y es sumamente, potente para su tamaño. Un servo normal o estándar como el HS300 de Hitec proporciona un par de 3 kg·cm a 4.8V, lo cual es bastante para su tamaño, sin consumir mucha energía. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cuál es la corriente que consume. Eso no significa mucho si todos los servos van a estar moviéndose todo el tiempo. La corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado.

Para controlar un servomotor es preciso contar con la circuitería que lleve a cabo la modulación de ancho de pulso que éste precisa. Un ejemplo de interfaz de puerto paralelo que realiza esta función se muestra en la figura 13. Sin embargo en nuestro caso, con objeto de realizar un control programado directo a través del puerto paralelo, prescindiremos de dicha circuitería y generaremos por software los pulsos de anchura requerida. Esto simplifica notablemente el hardware, pero requiere la ocupación del microprocesador de la PC. Planteado de esta manera, el problema se puede resolver utilizando para controlar al servo una interfaz muy similar a la interfaz de transistores utilizada para el control de un motor c.c. Ahora se conecta el cable V+ del servo a los colectores de los transistores (activados mediante el bit D0 -pin 2) y la línea de control al bit D1 (pin 3). Es en esta última línea donde se aplicarán los pulsos modulados en ancho para posicionar al servo, figura 14. En la figura 15 se reproduce la ficha técnica de un servo bastante común, que puede conseguirse en casas especializadas de América Latina, nos referimos al Servo Hitec HS300. Figura 15

Saber Electrónica 12

Control de Actuadores por Computadora Figura 16

en 30º. Si hay una fuerza externa que intenta bloquearlo, el servo intentará resistir activamente (es decir, sí el brazo se mueve externamente, el servo dará entradas al motor para corregir el error). También es posible dejar de enviar pulsos después que el servo se ha movido a su posición. Si dejamos de enviar pulsos por más de 50 ms (dependiendo del servo), éste podría caerse. Esto significa, que éste no estaría aplicando ninguna entrada al motor, o activamente resistiendo fuerzas externas; solamente la fricción sostendrá el brazo (del servo) en su lugar. En la figura 16 se reproduce la ficha técnica del servo Futaba FPS148. Figura 17

Como ejemplo, supongamos que queremos mover el servo Hitec HS300 a 30º desde la posición neutra. Calculemos la anchura del pulso necesaria: 0º -> 0.5 ms 180º -> 2.5 ms Siguiendo una relación lineal, para 30º se tendrá: 30º -> 0.5 ms + 30 · (2.5 - 0.5) / 180 ms = 30º -> 0.833 ms. Así, si seguimos enviándole pulsos de 0.833 ms, lo posicionaremos

Control de Salidas Analógicas Una versión muy popular de un circuito conversor D/A (digital-analógico) para ser usado con el puerto

paralelo es la representada en el esquema de la figura 17.

Aprenda Practicando Sugerimos realizar una serie de ejercicios que le permitirán corroborar lo dado en este artículo. 1) Controlando un Motor de Corriente Continua Le proponemos realizar algunas actividades relacionadas con el control de actuadores por medio de una computadora, para ello móntese la interfaz de transistores para conectar un motor c.c al puerto paralelo. Verifique un programa que ordene al motor desplazarse en sentidos horario y antihorario. El programa propuesto, escrito en QBasic, se muestra en la tabla 1, se llama MOTOR_CC.BAS y Ud. puede bajarlo de nuestra web con la clave “controlactua”. Un programa similar, escrito en TurboC, se muestra en la tabla 2, se llama MOTOR_CC.C y también puede bajarlo de nuestra web con la clave dada anteriormente.

2) Controlando un Motor Paso a Paso Móntese la interfaz de control de un motor paso a paso unipolar, de 4 fases mediante puerto paralelo dada en este artículo y compruebe có∆mo puede realizarse el control mediante programas escritos en TurboC que

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Artículo de Tapa Tabla 1 - MOTOR_CC.BAS

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Control de Actuadores por Computadora Tabla 2 - MOTOR_CC.C

Saber Electrónica 15

Artículo de Tapa Tabla 3 - MOTOR_PP.C

ordene al motor girar un número de pasos elegido mediante teclado según una secuencia de paso completo doble. El programa, llamado MOTOR_PP.C se describe en la tabla 3 y también puede ser bajado de nuestra web.

3) Controlando un Servo Móntese la interfaz para conectar un servomotor al puerto paralelo. Ejecute el programa de la tabla 4, SERVO.C, escrito en Turbo C que ordena al servo desplazarse a cualquier posición angular entre sus posiciones extremas. A los efectos de fijar los conocimientos vertidos en esta página, es recomendable que realice las actividades sugeridas. Si Ud. no sabe programar y desea aprender, puede visitar la página del autor en la que encontrará abundante material sobre el tema, muy práctica y de fácil comprensión.

Fuentes Bibliográficas Guía para el programador para el IBM PC y PS/2. Peter Norton, Richard Wilton. Anaya Multimedia. Programación I. José A. Cerrada, Manuel Collado. UNED Del clavo al ordenador. UD 12. Ángel Sánchez, Máximo Bolea, Andrés Sánchez. PNTIC. MEC. BASIC básico, curso de programación. Autores editores: R. Aguado, A. Blanco, J. Zabala, R. Zamarreño. Página personal de Jordi Orts. www.arrakis.es/~j_orts/6703/robots.html Interfacing to the IBM-PC Parallel Printer Port. Ian Harries. www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc

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Control de Actuadores por Computadora Use of a PC Printer Port for Control and Data Adquisition. Peter H. Anderson. et.nmsu.edu/~etti/fall96/computer/printer/printer.html

Tabla 4 - SERVO.C

Using parallel port for I/O. Dage Scientific. www.dage.net/parport.html Jan Axelson's Lakeview Research. Jan Axelson. www.lvr.com Puerto Paralelo. Javier Pérez. www.cursoderobotica.com.ar Introduction to parallel port interfacing. W. A. Steer. www.ucl.ac.uk/~ucapwas Craig Peacock's Interfacing the PC. www.senet.com.au/~cpeacock, www.geocities.com/SiliconValley/Bay/8302/ Publications. GKDesign. www.geocities.com/SiliconValley/Lakes/7156/gkdpub.hmt El puerto paralelo del PC. Virgilio Gómez Negrete. www.modelo.edu.mx/univ/virtech Interfacing the Extended Capabilities Parallel Port. Craig Peacock. www.beyondlogic.org El Universo Digital del IBM PC, AT y PS/2. Ciríaco García. atc.ugr.es/docencia/udigital Tutorial sobre motores paso a paso. www.todorobot.com.ar Documentos. Club Robótica Mecatrónica ETSI UAM. www.ii.uam.es/~mecatron Control of Stepping Motors. Douglas W. Jones. www.cs.uiowa.edu/~jones Hacking a Servo. Kevin Ross. www.rdrop.com/~marvin/explore/servhack.htm ✪

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MONTAJES

Placa Conversora USB a Puerto Serial (RS232) Future Technology Devices Intl. Ltd. ofrece un circuito integrado USB UART (conversor USB - Serial) cuyo costo en casas de electrónica ronda los $20, con el cual se puede realizar un conversor para poder conectar dispositivos RS232 al Puerto USB de una computadora. La empresa coloca a disposición de los usuarios toda la información para que los interesados puedan construirse un dispositivo y, por medio de drivers apropiados (también provistos por la empresa) seleccionar a qué Puerto COM estará asociado este conversor que se conectará a un Puerto USB. En esta nota brindamos el circuito del conversor y damos algunas características del circuito integrado FT232BM. En la próxima edición detallaremos este tema con la profundidad necesaria para que no tenga inconvenientes en armarlo en una placa de circuito impreso. Comentarios: Ing. Horacio D. Vallejo e-mail: [email protected] l circuito integrado FT232BM resulta una solución ideal para poder “tener” un puerto RS232 desde el puerto USB de las modernas computadoras. La empresa fabricante provee los drivers “libres de royalties” para la mayoría de los sistemas operativos. Nosostros hemos realizado pruebas sobre Windows con resultados aceptables. Las principales características del chip son las siguientes:

E

* Maneja tanto las señales USB como la transferencia serie asíncrona. * La UART admite 7/8 bits de datos, 1/2 stop bits y Odd/Even/Mark/Space/No Parity. * Tasa de transferencia de 300 Baudios a 3MBaudio en teconología TTL. * Tasa de transferencia de 300 Baudios a 1MBaudio para protocolo RS232.

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* Timeout ajustable para el buffer de recepción. * Soporte para USB “suspend/resume” a través de los pines SLEEP# y RI#. * Soporte para alimentar dispositivos directamente desde el bus USB a través del pin PWREN#. * Incluyue un circuito Power-OnReset. * Tensión de alimentación entre 4,35V y 5,25V. * Encapsulado 32-LD LQFP o QFN-32. * Compatible con el controlador de host UHCI/OHCI/EHCI. * Compatible con USB 1.1 y USB 2.0. * USB VID, PID, número de serie y descripción del producto almacenados en una memoria EEPROM externa. Con este chip se puede construir una tarjeta USB-RS232 que es un

conversor de USB a la norma RS232. Los diseñadores han intentado fabricar una tarjeta fácil de usar para evaluar el chip de conversión FT232BM, para su posterior uso en otros sistemas que persiguen reemplazar el uso del puerto serie por el del USB y, además, que pueda emplearse con los sistemas operativos más utilizados (Linux y Windows, entre otros). El circuito, mostrado en la figura 1 y cuya descripción daremos más detalladamente en la próxima edición, posee indicadores de transmisión y recepción independientes. En base al manual del FTD232 (data shett), en la próxima edición explicaremos el funcionamiento de este integrado, cómo es la tarjeta conversora, cuál es el circuito impreso y los detalles tanto de armado de la placa como de instalación de los drivers del correspondiente chip.

Placa Conversora USB a Puerto Serial (RS232)

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9 ,9 0 91- 2007 - $ º N 8 o ñ A -5 6 9 7 IS S N : 1 5 1 4

SERVICE Curso de Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de

Reproductores de DVD

Lección 14

Análisis de Servos Fallas Comunes En esta entrega analizaremos el método que debe seguir un reparador para determinar en qué etapa de servo está fallando un DVD. En efecto, una de las fallas más comunes de un DVD que comienza a leer, es que tenga congelamientos esporádicos de imagen, o cortes de audio o de datos. En este artículo aprenderemos a realizar esa reparación.

Por: Ing. Alberto Horacio Picerno [email protected] Introducción Muchos reparadores con gran experiencia prefieren pelear con 10 TVs y no con un CD o DVD; porque dicen que en un TV existen muchas fallas diferentes que nos guían en el momento de realizar un diagnostico. Falta vertical, no enfoca, pantalla gris, sin sincronismo etc, etc. En un DVD, en cambio, los reparadores suelen decir que hay dos fallas solamente: no funciona o funciona con cortes o congelamientos. Este es un concepto simplista que no tiene mayor asidero. Realmente un CD o un DVD tienen una gran cantidad de información para realizar un diagnóstico claro, si uno sabe realizar ese diagnóstico. Reconozco que no es tan claro como un TV, donde se puede sacar mucho de la observación de la pantalla, de oír los ruidos característicos e inclusive de olfatear el ozono de las fugas de EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRÓNICA EDITORIAL Herrera 761/763 Capital Federal QUARK (1295) TEL. (005411) 4301-8804

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AT. Lo único evidente de un CD o DVD es cuando escribe “no disc” o cuando se corta o congela. Algunas de las respuestas a un “no disc” ya las fuimos dando en las entregas anteriores, pero lo que no respondimos aún es cómo determinar el por qué de un corte o un congelamiento. ¿Qué servo está fallando? Esa es la cuestión, podríamos decir parafraseando a Willian Shakespeare con un DVD en la mano. La respuesta la podemos encontrar a poco de realizar algunas pruebas o mediciones concretas. Seguramente los lectores estarán esperando que yo comente: y para realizar esas pruebas se requiere un osciloscopio .....no, nada de eso. Si Ud. tiene un osciloscopio puede utilizarlo para realizar un buen diagnóstico, pero tal vez el mejor diagnóstico se puede realizar con la ayuda de nuestro amplificador paramétrico o de algunos otros dispositi-

vos que se irán presentando a la medida de nuestras necesidades. Lo más importante para aprender a reparar un servo es aprender cómo va a responder éste, en caso de una falla no catastrófica, en donde el servo no deja de funcionar pero lo hace deficientemente. Por ejemplo, cómo se manifiesta un servo con poca ganancia de lazo y qué es precisamente ese parámetro; o cómo se manifiesta una falla en la respuesta en frecuencia de un servo. Muchas respuestas a estas preguntas serán contestadas aquí; otras solo tendrán un comentario muy genérico, a la espera de que la práctica de la profesión nos vaya dejando las imprescindibles experiencias. Los DVDs tienen muy poco tiempo de existencia en nuestros países de América Latina, como para tener todas las respuestas en forma inmediata. Nosotros vamos a proponer méto-

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Publicidad Alejandro Vallejo Editorial Quark SRL (4301-8804) Web Manager - Club SE Luis Leguizamón

Director Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redacción Pablo M. Dodero Producción José Maria Nieves Staff Teresa C. Jara Olga Vargas Luis Leguizamón Alejandro Vallejo Javier Isasmendi

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Análisis de Servos - Fallas Comunes dos novedosos de diagnóstico. A Ud. le queda probarlos, criticarlos y proponer variantes.

Característica de los Servos de Lazo Cerrado Es lo mismo un servo de foco, de tracking, de rotación o de movimiento del trineo (bandeja de ingreso del disco). Los tres primeros pueden englobarse en un tipo de servo llamado de acción proporcional, que se pueden analizar en forma conjunta. El último es un servo mecanismo de otro tipo, aunque presenta similitudes con los anteriores, su reparación se debe encarar de diferente modo. El servo del trineo no es un servo proporcional y se debe reparar de un modo diferente. Por qué decimos que los tres primeros servos son similares si realizan operaciones o ajustes diferentes. Los dos primeros involucran el movimiento de la lente y queda claro que por ese hecho son similares. Pero el servo de rotación sirve para que el disco gire de un modo controlado, manteniendo fijo el flujo de datos provenientes del disco y no parece tener nada que ver con los otros dos. Sin embargo vamos a demostrar que se parecen mucho y su reparación tiene muchos puntos en común. Hasta ahora hablamos en forma intuitiva de “servo con lazo abierto” y “servo con lazo cerrado” pero jamás explicamos el concepto con toda claridad. Un servocontrol basa su funcionamiento en la toma de un parámetro de la realidad y la corrección del mismo en base a un actuador. El ejemplo del servo de tracking nos va a ayudar a aclarar este concepto. Como ya sabemos, el servo de tracking está para que el haz de láser siga al surco virtual, ubicándolo lo más cercano al centro del surco que sea posible. Si esta última condición se cumple, los fotodiodos E y F están igualmente iluminados. Si el haz está fuera del centro del surco, E tendrá un poco más

de luz que F o viceversa. Esa condición se refleja sobre la señal TE, que no es más que el resultado de la operación de resta E - F. En realidad esto es una simplificación didáctica; deberíamos decir que las corrientes circulantes por los fotodiodos E y F se transforman en tensiones en los conversores I/E y que luego esas tensiones se restan, para generar la tensión de error de tracking TE. Si el circuito integrado de servo está alimentado con una doble fuente de +5V y -5V, TE oscilará realmente alrededor de 0V. Pero éste no es el caso más común. Por lo general el circuito integrado conversor I/V y matriz TE, está alimentado sólo con 5V positivo y entonces la señal de error TE oscilará alrededor de la tensión de referencia del integrado, que por lo general es igual a la mitad de la tensión de fuente, es decir 2,5V. Podemos decir que el equivalente a la condición de nulidad de la tensión de error es que la tensión de error sea igual a la tensión de referencia TE = 2,5V para un seguimiento perfecto del surco. Nota: muchos DVDs de última generación usan CIs de entrada que trabajan con 3,3V; en este caso la tensión de referencia es de 1,2V.

¿Qué forma de señal tendrá TE entonces, en un servo de fuente única? Su forma dependerá del apartamiento del surco con respecto a su dibujo en espiral. Como ya sabemos, el surco debe ser una espiral divergente que comienza cerca del centro del disco y se va abriendo hacia el exterior. Para que el haz siga a este dibujo, las bobinas deben tener aplicada una tensión que crezca lentamente para seguir la apertura de la espiral. Pero para simplificar consideremos que la espiral no diverge (lo cual es casi cierto, considerando que el radio de la espiral sólo cambia un par de micrones por vuelta). En este caso, si el surco fuera perfecto la señal TE sería igual a 2,5V. Pero el surco no es perfecto, porque la matriz de acero que lo genera por estampado, tiene desgastes y problemas de fabricación. En algunos puntos está más adentro del disco que lo ideal y en otros está más afuera, siguiendo una curva totalmente casual. Y esa palabra “casual” ya nos indica que se trata de una señal de ruido que en un momento está alta y en otro baja, sin poseer un período característico o mejor dicho poseyendo múltiples períodos y múltiples valores de pico.

Figura 1 - Típica señal de ruido rosa sobre una tensión de referencia de 2,5V.

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Service En la figura 1 se puede observar una señal de este tipo generada en el Workbench Multisim 9.0 que posee un generador de ruido de muy fácil uso, equivalente al ruido térmico que genera un resistor típico de carbón depositado. Esta sería, entonces, la señal que aportaría la matriz de tracking. Para corregir el error de posición del haz sobre el surco, esta señal debería ser filtrada y amplificada antes de ser aplicada a la bobina de tracking (en este caso el actuador). Cuando la señal se aplica a la bobina, la lente se mueve compensando el error del surco, de modo que TE se reduce. La reducción depende de la amplificación de la señal de error. A mayor amplificación, menor es la señal de error; pero es imposible que TE desaparezca. Analicemos el problema con todo detalle para poder entenderlo. En determinado momento el surco se aparta de su línea, de modo que la lente debería moverse por ejemplo 1 micrón hacia el centro del disco. Los fo-

todiodos se iluminan de tal modo con este error, que TE pasa de 2,5 a 2V (es decir TE = -0,5V). Como el amplificador de error y el driver amplifican 10 veces, la bobina recibe una tensión de 5V. Pero con esa tensión, la lente se mueve por ejemplo 0,9 micrones, de modo que termina con un error de sólo 0,1 micrones con respecto al centro del surco. Así debemos continuar con el cálculo, realizando una segunda vuelta en donde el error de posición es de 0,1 micrones y que por lo tanto va a generar una tensión sobre las bobinas de sólo 0,5V, que posteriormente va a realizar una corrección prácticamente inexistente porque va a generar sólo 0,01 micrones de desplazamiento de las bobinas. En una palabra, que el error inicial se reduce a prácticamente un valor 10 veces menor, pero de allí no pasa. Se dice que es asintótico con 0,1 micrón que se da en llamar error permanente del servo. Ver la figura 2. A poco que analicemos el problema nos damos cuenta que termi-

Figura 2 - Corrección de la posición de una lente

Figura 3 - Diagrama en bloques del servo de tracking.

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naremos con una reducción del error de posición inicial, que jamás se corrige del todo. Como se puede observar, el único modo de estar exactamente en el medio del surco es cuando la posición de reposo mecánico se encuentra allí por pura casualidad. Cuando se debe efectuar una corrección, el servo necesita tener una señal de error para que el driver mueva la bobina. En todo sistema de servo a lazo cerrado, el sistema tiende compensar los errores, pero jamás llega a anularlos debido a su forma de funcionamiento. Ver la figura 3. En nuestro ejemplo, el error se reduce a prácticamente hasta el 10% del error original cuando el servo trabaja a lazo cerrado. Si eso no es suficiente, sólo se debe cambiar la ganancia del amplificador de tracking. En efecto, si la ganancia es de 20, la tensión aplicada a la bobina de tracking es de 10V y el error permanente se reduce de 0,1 micrón a 0,05 micrones. Y si el error se reduce al aumentar la ganancia del amplificador de tracking ¿por qué no le damos a éste la mayor ganancia posible y así reducimos el error permanente? Para responder a esa pregunta deberíamos estudiar la teoría de los servos con una gran profundidad matemática y eso corresponde a la ingeniería de diseño de un equipo y no a su mantenimiento y reparación. Pero lo que sí podemos hacer, es darle al reparador una idea intuitiva del problema. Observe que el sistema tiene una red de filtrado entre TE y el amplificador de error. En principio parecería que esta red jugara negativamente en el funcionamiento del servo, porque hace que la lente no pueda moverse a una gran velocidad. Es decir que permite las correcciones de posición pero solo si éstas se hacen lentamente. Si el surco tiene un cambio de radio abrupto, la señal TE tendrá un salto de tensión, pero el filtro RC alisará los flancos de esa señal antes de aplicarlos al amplificador de error de trac-

Análisis de Servos - Fallas Comunes king y esto significa que la lente se moverá con un salto suave. Por supuesto, esto puede generar una pérdida de datos mientras la lente va a su nueva posición y entonces parecería que esa red RC es contraproducente. Imaginemos ahora que Ud. saca esa red (que es virtual en los servos digitales y real en los servos analógicos) y que el driver es capaz de mover la lente a gran velocidad. La corrección de posición se aplica rápidamente y parece que no se pierden datos. Pero, ¿cómo hace ahora el servo para frenar a la lente justo cuando llega a la posición correcta? Es imposible, la lente, las bobinas y todo sus montajes tienen una masa mecánica considerable y su movimiento no puede ser detenido en forma instantánea, a no ser que se cuente con una energía infinita para el frenado. La lente llegará a su posición final correcta, pero lo hará en forma oscilatoria. En efecto, llega a la posición correcta y como no puede frenar se pasa, luego corrige en sentido contrario y se vuelve a pasar, vuelve a corregir y así genera una oscilación amortiguada asintótica con la posición correcta. No es raro que un servo más rápido tarde más en encontrar la pista que otro más lento. “Vísteme despacio que estoy apurado” le decía Napoleón Bonaparte a su ayudante cuando aquel se equivocaba por apresurado. Un servo más lento hace mejor papel que uno más rápido y de allí surge una de las razones para la existencia de la red RC. Pero la razón expuesta no es la única. Por la misma razón anterior, la masividad de la lente y sus asociados, ocurre un fenómeno muy particular si el equipo se mueve. En efecto, la lente que posee un montaje flotante, puede llegar a moverse en la misma dirección aunque el surco siga perfectamente la curva en espiral. Al mover el equipo, es como si la lente tuviera vida propia. Se mueve cuando no debería moverse. En ese caso se comprende que un capacitor de filtro grande es lo más adecuado, porque

no permite que la señal TE varíe y eso traba el movimiento oscilatorio natural de la lente. En una palabra que TE sólo debe variar cuando el surco pierde su ley de variación en espiral y no por el movimiento del equipo que mueve por igual al surco y a la lente. Los equipos analógicos poseían un circuito llamado AS que detectaba los movimiento por análisis de la señal TE y conectaba una red de filtrado más grande hasta que cesara el movimiento brusco. Los equipos digitales poseen un subprograma AS guardado en el micro de servos, que realiza una función similar. ¿Qué diferencia conceptual de comportamiento existe entre el servo de foco y el de tracking? En realidad ninguna. En los dos servos existe una matriz que genera una señal de error, un sistema de filtrado, un driver y un actuador o bobina. Ambos servos tienen una determinada ganancia y ancho de banda similares, etc, etc. Las diferencias están en las condiciones de funcionamiento. El servo de foco necesita un posicionamiento inicial de la lente, para que los fotodiodos puedan detectar alguna diferencia de iluminación entre ellos. Es decir que la lente debe estar en la zona activa del sistema detector de altura, porque en caso contrario nunca se concreta el proceso de enfoque. Una vez que la lente entró en la zona activa, el servo se pone a lazo cerrado y comienza el proceso realimentado de ajuste de altura. En el servo de tracking no existe este problema. Si Ud. pudiera pararse sobre la lente y mirar hacia arriba vería que el surco que está justo por arriba de su cabeza se traslada radialmente a medida que gira el disco. Cuando casualmente el haz pegue en el medio del surco, comienza el proceso de seguimiento a lazo cerrado. El tema de acomodarse en la zona activa tiene su equivalente en este servo. En efecto, cuando el disco gira va arrastrando a la lente hacia fuera; en un determinado momento la lente

va a tocar contra su cubierta externa. Antes que esto ocurra se debe encender el motor de sled para que el pickup se corra un poco hacia fuera. Para encender el motor de sled se debe analizar la misma señal TE. Si la lente se mueve hacia fuera significa que la tensión TE aumenta, ya que ambos hechos son proporcionales. Esto significa que el servo de sled debe contar con un detector de nivel o comparador, que es el responsable de encender el motor. La señal de TE aplicada a este comparador tiene su propio filtro, para que el comparador siempre reciba una señal retardada y genere de ese modo pulsos cortos de algunos milisegundos, por cada segundo de tiempo que transcurre aproximadamente entre encendido y encendido. El servo de velocidad es un poco diferente. Para comenzar, su funcionamiento no parte de la señal de ningún fotodiodo y no posee ninguna matriz generadora de señal de error. Esto no quiere decir que no posea una señal de error. Lo que ocurre es que los fabricantes nunca se pusieron de acuerdo en un nombre determinado. Como no existe un nombre propio para la señal de error del servo de rotación, nosotros la bautizamos VE (velocity error). VE es una señal que aplicada al driver, regula la velocidad del motor de rotación y como en cualquier otro servo, cuenta con un filtro para evitar que pueda variar bruscamente produciendo oscilaciones amortiguadas. ¿Cómo se regula el funcionamiento del servo de velocidad? No es éste el momento para explicarlo con precisión. Cuando analicemos este servo vamos a tener tiempo para hacerlo. Por ahora no basta con saber que se ajusta midiendo el flujo de datos entrantes desde el disco. Si entran pocos datos se acelera y si entran muchos se frena. También el servo de velocidad tiene que situarse primero en la región de control para poder luego comenzar a funcionar a lazo cerrado. El servo de velocidad comienza con

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Service una patada de arranque que lo pone en funcionamiento a una velocidad un poco mayor a la normal. Cuando dicha velocidad decae, en algún momento pasa por la zona activa de control. Allí el servo engancha y mantiene la velocidad estable, aunque es mucho más exacto decir que mantiene el flujo de datos constante, variando la velocidad de rotación. Cuando decimos que el servo engancha, seguramente la mente del lector se ubica en la etapa de deflexión horizontal de un TV, en donde el oscilador horizontal se engancha con los pulsos de sincronismo horizontal de la emisora. Está muy bien que lo haga porque la sección horizontal de un TV es un sistema de servo; es tal vez el servo más conocido por todos los reparadores y el que siempre nos permite aclarar los conceptos actuando por comparación. En el TV hay un CAFase que nos permite comparar la fase de los pulsos de sincronismo con los pulsos del oscilador horizontal. Si los pulsos de horizontal no se producen en el momento correcto, el CAFase genera una tensión continua que se aplica al oscilador horizontal para que éste cambie su frecuencia (en los servos del DVD se cambia la posición de la lente). Entre el CAFase y el oscilador se coloca un filtro que tiene un nombre muy conocido: “el filtro antihum” y que realiza un trabajo similar al filtro de los servos: evita que la tensión de error llegue a su valor definitivo en forma oscilatoria amortiguada, causando el conocido efecto engranaje sobre la pantalla. ¿Si conecto un osciloscopio sobre la tensión de error del CAFase se observará una señal de ruido? Si Ud. tiene una señal muy fuerte y no tiene nada de nieve, seguramente se observará una tensión continua, que tiene lentas variaciones para ajustar la frecuencia del oscilador cuando se corre por problemas térmicos. Pero si Ud. conecta la señal de antena con un atenuador por pasos, de modo que

aparezca una fuerte nieve en la pantalla, seguramente comenzará a observar variaciones rápidas de la tensión de error del CAFase debido a que los flancos del pulsos de sincronismo se adelantan y atrasan con el ruido y el CAFase horizontal trata de seguirlos. Es una señal de ruido como la de los servos de foco y tracking, pero con un ruido de menor ancho de banda. Es un ruido más rojo. Si Ud. tiene experiencia en TV, seguramente conocerá todas las posibilidades de fallas del sincronismo horizontal. Si faltan los pulsos de sincronismo, el oscilador no tiene con qué engancharse y no genera señal de salida. El oscila libre y la imagen se ve como una serie de rayas en diagonal, por un efecto de batido. Si Ud. ajusta la frecuencia mirando la pantalla, puede conseguir observar una imagen casi detenida, pero un poco después se corre la frecuencia y vuelve a las rayas diagonales tanto más finas cuanto más alejada está la frecuencia libre de la nominal. El equivalente, en el servo de traking, ocurre cuando algún componente de la etapa se abre. Entonces no se genera la señal TE y el haz se queda sin movimiento radial. Apunta para arriba y entonces cuando el surco pasa casualmente por allí, se obtiene una señal RF alta y cuando pasa por el espejo entre dos surcos desaparece y así sucesivamente generando una señal parecida a la de una AM modulada pero con el semiciclo negativo cortado. Es un efecto de batido similar al del TV, pero aquí no tenemos cómo seguir la divergencia del surco modificando la tensión de TE a mano y no podemos estabilizar la señal RF de modo que esté siempre cerca de su máximo. Otra falla posible es cuando se reduce la ganancia del CAFase. En ese caso la imagen puede ser estable por corto periodos de tiempo, pero si el oscilador se corre mucho, térmicamente termina por desengancharse porque el rango de sostén del servo se reduce al reducirse la ganancia. También es posible

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que el horizontal se desenganche al cambiar de canal, porque también se reduce el rango de reenganche. La similitud con el servo de tracking ocurre en aquellos equipos en que funcionan adecuadamente, pero que cada tanto tienen un corte. En realidad debería tener muchos más cortes que los que se escuchan, pero el sistema de recuperación de datos y la memoria de datos, llenan los agujeros cortos de señal, de modo que permanecen ocultos. Pero cuando un agujero es suficientemente largo, como agotar la memoria aparece el corte de audio irremediablemente. Todo el funcionamiento depende de la cantidad de memoria asignada a acumular los datos (el “colchón de datos” decimos en Argentina, porque aquí decimos “acumular dinero guardándolo debajo del colchón” como una imagen equivalente a “ahorrar”). En el momento actual es difícil encontrar un DVD o un CD con servo digital, cuyo problema sea una baja ganancia de alguno de sus servos. Esta falla era muy común en la época de los AIWA 330 porque los servos de tracking y de foco tenían ganancia ajustable por preset y el desconocimiento hacía que esos ajustes fueran constantemente retocados por reparadores que desconocían el modo de ajustarlo. En los equipos con servo digital, la ganancia de cada servo es ajustada automáticamente con cada nuevo disco colocado, junto con el bias de foco y de tracking. Es por esa razón que un equipo digital puede reproducir casi cualquier disco, rayado sucio o inclusive mal grabado. Pero aun así, puede ocurrir que un equipo tenga una falla de sensibilidad en uno de los servos. Por ejemplo puede ocurrir que un driver funcione pero con poca ganancia y de ese modo afecte la ganancia de lazo cerrado del servo de traking (una falla bastante probable es, por ejemplo, una salida diferencial que queda fija en el valor central, en ese caso es como si la

Análisis de Servos - Fallas Comunes salida fuera la mitad de la nominal). El servo va a funcionar y el haz va a seguir la divergencia del surco pero cuando deba corregir un error muy grande de la posición del surco, se va a desenganchar y el haz va a perder el surco. Por un instante van a faltar datos leídos y puede ocurrir que un instante después se produzca otro corte y poco a poco la memoria de lectura se vacíe y se corte el sonido. Si estamos reproduciendo video, lo más probable es que se produzcan congelamientos de la imagen, porque aun los reproductores más viejos, tienen suficiente memoria como para recordar una o varias imágenes completas, de modo que repiten la última imagen guardada una y otra vez dando como resultado una pantalla congelada. Ni qué decir tiene que el equipo con falta de ganancia de un servo va a ser sensible al movimiento. Un suave golpe sobre él no debería producir cortes. Pero si la ganancia de lazo cerrado no es buena, el seguimiento será flojo y un pequeño movimiento lo hará desenganchar y es probable que su misma falla no le permita encontrar nuevamente el surco con facilidad. Es decir que se demora en volver a recobrar el enganche y eso magnifica las fallas.

¿Cómo Determinar Cuál es el Servo que Falla? Los cortes o congelamientos debidos al servo de foco, no se diferencian en nada con respecto a los del servo de velocidad o a los del servo de tracking. Todos terminan en un corte o un congelamiento. ¿Entonces es imposible saber qué servo es el culpable? Si Ud. actúa en forma metódica, no va a tener problemas en hallar el servo fallado. El servo fallado se ubica por descarte y lo primero que se descarta es el servo de rotación. Para descartar el servo de rotación se lo debe reemplazar por una fuente ajustable de CC. Sí, aunque

parezca mentira, si Ud. conecta el motor a una fuente de CC y la ajusta a 1,5V para un disco CD o a 2,5V para un disco DVD, el disco comienza a girar aproximadamente a la velocidad correcta y el equipo lee la TOC y posteriormente el disco sin mayores problemas. Por supuesto que esa tensión es diferente para cada equipo y si el disco no es leído se la deberá ajustar; pero por lo general no es muy difícil encontrar la velocidad aproximada que permite leer un disco completo sin cortes. Inclusive, en algún caso realizamos reparaciones provisorias (hasta poder conseguir un circuito integrado) colocando una llave para conectar y desconectar la fuente con el fin de poder sacar el disco. Ocurrió que un usuario que utilizaba una máquina para trabajar, no podía esperar dos meses para importar un CI. Entonces se me ocurrió tomar la tensión de 5V, alimentar un LM317 con un preset de ajuste de la salida y conectar el motor allí, pero a través de una llave. El usuario debía encender el equipo, colocar el disco como siempre, encender el motor de rotación y leer el disco normalmente. Luego, cuando quería terminar con la lectura, debía cortar el motor; esperar un instante hasta que el disco dejara de girar y luego sacarlo normalmente. La importación se atrasó y el usuario trabajó así durante 4 meses sin que le fallara un solo disco. Luego cambiamos el CI decodificador y el equipo recuperó su servo de rotación original. Sacamos el agregado y nuestro cliente quedó muy agradecido. Sólo queremos agregar que el ajuste de la tensión es tan poco sensible, que el equipo prácticamente reproducía CDs y DVDs casi sin reajuste de la tensión. No obstante, en caso de necesidad se puede agregar una segunda llave que seleccione CD o DVD variando la tensión continua de salida de la fuente. Nota: este método puede confundir al reparador cuando se trate de una falla en el motor de rotación. En

efecto, un motor con sus delgas sucias funciona bien si se lo alimenta de una fuente de CC con suficiente capacidad de corriente y se ajusta la tensión de trabajo para lograr la velocidad deseada. En una palabra, que el motor pierde mucho rendimiento (potencia eléctrica consumida sobre potencia mecánica entregada) pero funciona y el reparador puede suponer que el motor se encuentra en buenas condiciones. Para determinar el estado del motor, se debe comparar su tensión de alimentación con otros similares cuando se coloca un disco CD estroboscópico (por ejemplo el PLUSCD) y se lo hace girar a la velocidad normal de CD. Un motor bueno funcionará con 1,5V aproximadamente, pero aclaramos que hay por lo menos dos tipos de motores con diferentes RPM en los equipos que llegan a nuestro país y cada uno requiere una tensión algo diferente. Si el equipo tiene un motor de impulsión directa no vale colocar continua sobre él. En este caso se debe usar el driver especial del motor como intermediario. Este driver tiene una pata de entrada que se conecta al servo; debe levantarla y aplicar en ella una tensión continua con un preset de 1K conectado a los 5V para hacer girar el motor a la velocidad nominal. Si su equipo, luego de alimentar el motor con una fuente se sigue cortando, es porque la falla está en otro servo diferente al de velocidad. Puede ser foco o tracking. Para saberlo con exactitud, hay que escuchar las dos señales de error al mismo tiempo que se observa la pantalla del monitor. Tome un juego de parlantes para PC y conéctelos sobre las señales TE y FE del equipo. Reproduzca un disco DVD o un disco CD (el que más falle) y relacione los sonidos y el video. Conecte el parlante izquierdo a FE y el derecho a TE a través de un capacitor de 10µF, con el negativo para el lado del bafle y un resistor en serie de 10K (respete el orden para unifor-

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Service mar las pruebas). Supongamos que se trate de la reproducción de un disco DVD. Cuando comienza la lectura Ud. escuchará un ruido rosa en ambos parlantes y observará una imagen normal, un instante después va a escuchar cortes del ruido rosa y un poco

después, luego de varios cortes de ruido rosa, un congelamiento. Preste atención a la coincidencia de los cortes. Cuando se corte FE y sobre todo si el corte es largo, seguramente se va a cortar TE un instante después. En ese caso lo que falla es

EXAMEN DE AUTOEVALUACIÓN Nº 14 1- Al realizar una reparación se debe llegar a nivel de determinar ..... ( ) a) Una etapa fallada y cambiar plaquetas ( ) b) El sector fallado dentro de una etapa ( ) c) Un grupo chico de 2 o 3 componentes dudosos ( ) d) Un único componente fallado 2- El movimiento del mecanismo de sled…… ( ) a) .....puede ser discontinuo y con saltos ( ) b) .....debe ser suave y lento ( ) c) .....debe ser suave y rápido ( ) d) ….debe ser suave y muy lento 3- El mecanismo de sled…… ( ) A) …..debe tener un importante juego muerto ( ) B) ...... debe tener un mínimo juego muerto para que no se trabe ( ) C) ...... no debe tener juego muerto ( ) D) Las respuestas B y C son correctas 4() () () ()

Para reducir el juego muerto se utiliza......... A) .....grasa pesada en el mecanismo de sled B) .....engranajes partidos C) .....engranajes lineales con cupla antagónica D) Las respuestas B y C son correctas

5- Cuando un pick-up tiene bujes de bronce sinterizado se debe...... ( ) A) ......lubricar con aceite de máquina de coser ( ) B) ......con kerosene ( ) C) ......con alcohol ( ) D) ......dejar sin lubricar

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el servo de foco, que arrastra al servo de tracking porque es imposible seguir el surco con un haz desenfocado. En cambio si se corta TE sin que se corte FE, el problema está en el servo de tracking. Un equipo puede seguir enfocado aunque el servo de

6 - Para determinar si un mecanismo de sled funciona correctamente se debe.... ( ) A) …..relacionar el corte con el movimiento del motor de sled ( ) B) …..relacionar el corte con el movimiento del motor de CLV ( ) C) …..relacionar el corte al movimiento del pick-up ( ) D) …..relacionar el corte con el movimiento del equipo 7- Cuando se enciende motor de sled la señal FE....... ( ) A) ...no debe tener ninguna variación ( ) B) ...puede tener una variación muy grande ( ) C) ...puede tener una variación pequeña ( ) D) ....se debe cortar por un instante 8 - Cuando la ganancia de un servo se reduce......... ( ) A) .....se incrementa la señal de error ( ) B) .....se mantiene constante la señal de error ( ) C) .....se reduce la señal de error ( ) D) .....las respuestas B y C son correctas 9- Las señales de error son ........ ( ) A) ........ inaudibles porque están en el rango de las frecuencias subsónicas. ( ) B) ........inaudibles porque están en el rango de las frecuencias ultrasónicas ( ) C) ........inaudibles porque tienen una amplitud de microvoltios ( ) D) ........ audibles. 10- ¿Por qué la señal de error tiene forma de ruido? ( ) A) Porque acompaña al parámetro que corrigen ( ) B) Porque la ganancia del servo es tan grande que se genera ruido térmico ( ) C) Porque el filtro RC está alterado ( ) D) Las respuestas B y C son correctas

Análisis de Servos - Fallas Comunes tracking directamente no funcione (bobina cortada por ejemplo). En la figura 4 se puede observar el oscilograma de una señal de error con cortes. Esta señal se genera con un generador de ruido superpuesto a una tensión de 2,5V de referencia. Los generadores en serie producen una tensión al azar que operan la llave de corte aleatoriamente. Realmente se trata de un método simple en su ejecución y muy económico en su aplicación. ¿Cuánto tiempo puede llevar conectar los dos bafles y la fuente de CC? Probablemente un par de minutos y como dicen mis alumnos, se evitan el “peludeo” (palabra vulgar utilizada en Argentina para indicar a un individuo que repara cambiando componentes, sin estar seguro de cuál es el fallado). ✪

Figura 4 - Señal de error con desenganches de un servo.

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Cuaderno del Técnico Reparador

¿Cómo Funcionan los Hornos a Microondas?

La Transferencia de Calor hacia los Alimentos En Saber Nº 238 comenzamos a explicar los “primeros conceptos” sobre el funcionamiento de los hornos a microondas, también explicamos cómo funciona un magnetrón y cuáles son los primeros pasos a dar para el mantenimiento y la reparación de estos equipos. Prosiguiendo con este tema, en esta nota veremos cómo se realiza la transferencia de calor desde las microondas hacia los alimentos para que éstos se cocinen. La transferencia energética es sencilla pero requiere un profundo análisis para que pueda ser comprendido por completo. AUTOR: Ing. Alberto H. Picerno [email protected]

Introducción La forma de transferir y transformar la energía eléctrica depende, fundamentalmente, de la frecuencia de la misma. Para frecuencias iguales a cero (CC) o a 50Hz se busca un tipo de circuito en donde lo que importa es que todas las cargas estén correctamente excitadas con la tensión de red. Cuando se trabaja con frecuencias más elevadas se suele trabajar más de acuerdo con el teorema de la máxima transferencia de energía que implica que toda la energía generada en la fuente se disipe en la carga. El último caso es el que se da en nuestro dispositivo “horno de microondas” cuando se lo utiliza correctamente, es decir con una carga adaptada que puede interpretarse como “un adecuado trozo húmedo de alimento para cocinar o para calentar”.

Para entender los principios del calentamiento por microondas vamos a realizar un análisis de los circuitos en baja frecuencia (50Hz), en frecuencias medias (1MHz) y en altas frecuencias (2GHz). Los tres casos son similares pero diferentes, sobre todo cuando se analiza la línea de transmisión involucrada. En el primer caso se utilizan líneas paralelas de baja resistencia de dos o de tres conductores (red monofásica o trifásica), en el segundo caso se emplean líneas de transmisión planas o coaxiles y en el tercer caso guías de onda. Ya en posesión de los principios de funcionamiento de los circuitos de baja, media y alta frecuencia queda por analizar el problema de cómo contener las ondas electromagnéticas para que no causen daño al operar el horno y cómo contener el alimento a calentar antes de introducirlo en el

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horno. Este problema que llamamos el problema de los contenedores, será analizado en detalle porque uno de los mayores problemas que se presentan al utilizar los hornos de microondas es porque la comida a calentar no se presenta en los envases adecuados. Por último veremos el circuito práctico a las frecuencias de microondas de un horno clásico y cómo se altera por el mal uso, dando lugar a que se produzcan fallas reiteradas que podrían evitarse fácilmente leyendo las instrucciones de uso del horno.

Transferencia de Energía en Bajas Frecuencias El ejemplo más claro de transferencia de energía, desde una usina generadora hasta un domicilio, puede observarse en la figura

Hornos a Microondas: La Transferencia de Calor hacia los Alimentos tencias internas finitas y el teorema cobra un valor significativo. El teorema nos indica que un generador con una resistencia interna (Ri) transfiere la máxima energía a la carga cuando la carga Rl tiene un valor idéntico a la resistencia interna del generador. Ver figura 2. Un sencillo cálculo permite determinar que cuando la resistencia de carga iguala a la del generador la potencia en la carga es la mitad de la potencia generada; la otra mitad se disipa en la resistencia interna del generador. Si el lector lo desea puede probar cambiando el valor de la carga por cualquier otro y calculando la potencia disipada en la carga. Por ejemplo para una resistencia de carga de 20 Ohm circulará una corriente de:

Figura 1

I = 20/30 = 0,66A Figura 2 1 en donde se conectan 3 cargas diferentes sobre la misma línea. El lector observará que la energía se transfiere desde el generador a la carga, de modo tal que la tensión de la red sea siempre de 220V eficaces (o de 110V según las zonas). Esto implica que el resistor que representa a la impedancia interna del generador se debe minimizar todo lo que se pueda. Inclusive la característica de la línea es que debe tener una

Figura 3

resistencia mínima, en lo posible nula, para evitar que las cargas produzcan una caída de tensión significativa sobre ellas. Este circuito no respeta el conocido teorema de la máxima transferencia de energía, que no puede aplicarse porque requiere que el generador tenga una resistencia interna mensurable. En circuitos de dispositivos electrónicos, en cambio, los generadores equivalentes tienen resis-

La potencia disipada en la carga será: Pcarga = I2.R = 0,444 x 20 = Pcarga = 8,88W Dejamos al lector que, de modo similar, calcule la potencia disipada en la carga para un valor de 5 Ohm para que observe que la máxima potencia en la carga sólo ocurre con Rl = 10 Ohm. ¿Siempre se cumplen las leyes fundamentales de la electricidad y de la física en general? Sí, las leyes de Kirchoff, Ohm y de conservación de la energía siempre se cumplen aunque existen experimentos que parecen demostrar lo contrario. Ocurre que cuando se comienza a aumentar la frecuencia de trabajo, de modo tal que la inversa de la frecuencia multiplicada por la velocidad de propagación de las ondas (fórmula que permite determinar la longitud de onda de una transmisión electromagnética) se hace comparable con la longitud de la línea,

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Cuaderno del Técnico Reparador ocurren fenómenos de irradiación y la energía se emite en forma de radiación electromagnética y parece que desapareciera. Pero no es así, se puede decir que la ley de la conservación de la energía siempre se cumple y lo que se genera se transfiere a la carga, se transforma en calor irradiado por la línea o el generador o es emitido como energía electromagnética (vea la figura 3).

Transferencia de Energía en Frecuencias Medias Para transferir la energía desde un generador a una carga a frecuencias considerablemente altas, se deben cumplir algunas premisas que no se consideran cuando se trabaja a frecuencias de audio, dado que la irradiación de energía por los cables es despreciable. La primer premisa es que la línea debe tener dimensiones adecuadas. En efecto, la separación entre los conductores debe ser constante así como el diámetro de los mismos ya que es sumamente importante la capacidad por metro y la inductancia por metro del par (la resistencia por metro también es importante ya que caracteriza a las pérdidas de la línea de transmisión). Estos factores y la geometría de la línea determinan la llamada “impedancia característica de la línea (Zo)” que debe coincidir con la impedancia de la carga y la impedancia interna del generador para asegurar que la energía no sea irradiada por la línea y llegue intacta a la carga a pesar de que la línea tenga longitudes cercanas a la longitud de onda. En la figura 4 se pueden observar las dos líneas más comunes que se utilizan en la electrónica, la plana o abierta y la coaxil o blindada. En la gama de frecuencias que estamos considerando, si se

desea evitar las irradiaciones en la línea de transmisión, la carga debe ser igual a la resistencia interna del generador y a la impedancia característica de la línea de transmisión. En este caso se dice que el sistema está adaptado y para el uso más común, la energía del transmisor llega a la antena con las mínimas pérdidas posibles. ¿Por qué razón en un sistema adaptado la línea no emite? Porque toda la energía generada se disipa en la carga debido al cumplimiento de la ley de la máxima transferencia de energía. Si la carga no está adaptada hay energía que no se gasta y por lo tanto se genera una onda reflejada que retorna hasta el transmisor. La onda directa y la reflejada viajan por la misma línea y por supuesto tienen la misma frecuencia, dando lugar a ondas estacionarias que hacen que ciertos puntos de la línea tengan energía máxima y otros energía mínima. El lector recordará la experiencia de las ondas estáticas que se generan en una palangana llena de agua al tirar una piedra en su centro. En este caso, parte de la energía de movimiento de las moléculas de agua rebota en el borde de la palangana e interfiere con la onda emisora que generó

Figura 4

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la piedra en su caída. El autor recuerda esa experiencia, pero algo más compleja, realizada en la universidad. En este caso se utilizaba un recipiente cilíndrico de acero perfectamente nivelado y se realizaba una primer experiencia con un nivel bastante inferior al borde, luego se incrementaba sucesivamente el nivel para que la onda llegara a sobrepasar el borde, asimilando la experiencia a diferentes estados de la carga. Claramente se apreciaba que cuando el agua en reposo llegaba a ras del recipiente (carga adaptada) no existía onda reflejada y no se generaban ondas estacionarias. La línea de transmisión, aparte de las características eléctricas debe tener ciertas características mecánicas que aseguren su robustez. Esto implica que los conductores deben estar unidos entre sí desde el punto de vista mecánico pero aislados eléctricamente. Esto completa el dispositivo real uniendo los conductores con un aislante de plástico para formar un cable mecánicamente estable. Las características del dieléctrico y la resistencia de los conductores fijan el nivel de pérdidas del cable a una dada frecuencia (un cable de altas pérdidas transforma toda la energía de la fuente en calor irradiado al ambiente). En principio las pérdidas aumentan

Hornos a Micorondas: La Transferencia de Calor hacia los Alimentos Si el lector se pregunta cómo se hace para que el agua de lluvia no penetre en la guía de onda, le aclaramos que se usa una tapa de material aislante (mica o plástico) que intercepta el agua y permite el paso de las microondas. En un horno de microondas la energía no debe ser irradiada. En un horno ideal toda la energía debe disiparse en el alimento que se encuentra en la cavidad resonante principal del horno. La guía solo acopla la antena del magnetrón al compartimento del horno como veremos en la última parte de este artículo.

Figura 5 con la frecuencia de modo tal que cuando se llega a frecuencias del orden de los 800MHz, el cable se transforma en un medio poco hábil para conducir la energía. En la práctica existen cables planos y coaxiales de impedancia característica estándar como ser 50 Ohm o 75 Ohm, valores que corresponden con la antena monopolo irradiante de 0,25 de longitud de onda o con el dipolo plegado. El transmisor se adaptará a este nivel de impedancia mediante el transformador de salida y por último se utilizará una línea de transmisión adecuada a los niveles de impedancia y potencia sin perder de vista las características de atenuación de la misma

Transferencia de Energía en Altas Frecuencias Cuando se trabaja en frecuencias superiores al “gigahertz” (1GHz = 1.000MHz) se utilizan las llamadas guías de onda. Una guía de onda es un caño de cobre plateado o aluminio, de sección circular o rectangular con dimensiones precisas en función de la frecuencia a transmitir. Las paredes laterales emiten ondas que se reflejan

generando un patrón interno de ondas estacionarias; parece que las pares guiarán a las ondas y de allí el nombre de guía de onda dado al dispositivo. En principio y por razones didácticas, se puede considerar que la antena está directamente conectada al transmisor y la guía de onda conduce la energía hasta el lugar adecuado para ser irradiada (por ejemplo el foco de un reflector parabólico de un radar, tal como se muestra en la figura 5). Observe en esta figura que la antena es un electrodo acoplador existente entre una cavidad resonante del magnetrón y el interior de la guía de onda. En la otra punta de la guía sólo existe un embudo que ilumina a la parábola. El término “iluminar” se emplea en un concepto amplio ya que la energía luminosa no es más que una energía electromagnética de una frecuencia muy superior a las microondas pero exactamente del mismo tipo. En ambas energías (microondas y luminosa) se producen los mismos fenómenos de reflexión y refracción. En la misma figura se puede observar cómo la parábola metálica refleja la luz concentrándola en un haz de rayos paralelos.

Transmisión y Reflexión de las Microondas: Los Envases La comida a cocinar debe estar contenida en algún tipo de contenedor descartable o permanente (envase o cacharro de cocina). Pero las características especiales del método de cocción requiere la utilización de dispositivos adecuados que deben contener los líquidos y sólidos calientes y ser totalmente transparentes a las microondas. Esta cualidad es compartida por algunos materiales plásticos de bajo coeficiente dieléctrico y los vidrios térmicos. Aclaramos que los materiales plásticos del tipo del poliéster no se consideran adecuados por tener un coeficiente dieléctrico muy elevado que distorsiona los campos eléctricos de las microondas. El ambiente del horno debe separarse de la guía, de onda para evitar que los gases producidos en la cocción lleguen hasta el magnetrón y se depositen sobre la antena y la misma guía como restos grasosos que con el paso del tiempo y el calor se queman generando residuos de carbón. La separación queda a cargo de una ventana moldeada de plástico de bajo coeficiente dieléctrico o una lámina de mica especial de

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Cuaderno del Técnico Reparador unos tres milímetros de espesor. La mica es un mineral que suele presentarse en una forma muy impura (con depósitos metálicos); para nuestro uso la mica debe estar libre de impurezas metálicas ya que estas son conductoras de la electricidad y se calentarán hasta fundirse en presencia de las microondas (figura 6). El caso contrario a la transparencia total es la reflexión total. Es un caso equivalente a la reflexión en un espejo para la óptica. Para que las microondas se reflejen deben incidir sobre una superficie metálica muy conductora, generándose sobre la misma corrientes eléctricas inducidas de elevadas magnitudes. En realidad lo que ocurre es que esas corrientes generan campos electromagnéticos iguales a los incidentes pero de diferente dirección. Si la superficie metálica es muy conductora el campo emergente tiene la misma amplitud que el incidente y se dice que hay reflexión total (figura 7). Un caso particular ocurre cuando se utilizan folios de plástico metalizados o láminas finas de aluminio. En este caso se debe producir reflexión, pero las corrientes circulantes hace calentar y fundir los folios produciéndose peligrosas llamas en el interior del horno. En la mayoría de los casos el campo emergente es menor que el incidente, cosa que implica que cierta energía se transfirió al cuerpo conductor. Esto ocurre en el alimento durante la cocción debido a que el mismo está hidratado y es relativamente un buen conductor. En una palabra, que el alimento no es ni aislador ni conductor, sino un caso intermedio, podríamos decir que es semitransparente para las microondas. En la figura 8 se esquematiza la transferencia de energía de las microondas al alimento.

Figura 6 ¿Cómo se verifica el proceso de la transferencia de energía de microondas desde el magnetrón hasta la comida? Mas adelante vamos a indicar el procedimiento exacto, pero por ahora sepa que se trata de una medición de temperatura sobre 2 litros de agua ubicados en un recipiente para microondas luego de un tiempo determinado de horneo al máximo. La medición nos da una idea integral del proceso de cocción. Si no se llega a la temperatura adecuada la falla puede estar en el generador (el magnetrón) la guía de onda (incluidas las aspas dispersoras y la ventana de mica o plástico) o la cavidad principal del horno.

El Horno como una Cavidad Resonante con Puerta En la figura 9 se puede observar, en forma esquemática, la forma de un horno de microondas. Analice esta estructura con gran detenimiento porque en ella nos basaremos para futuras explicaciones. Observe que toda la estructura está integrada con el gabinete del horno incluyendo la guía de onda. En el extremo derecho de la guía se encuentra el magnetrón que está montado directamente de

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Figura 7 la guía con la antena (también llamada colimador) asomada en el interior de la guía. Ese elemento irradia señales que son guiadas en línea recta hasta el plano inclinado del final de la guía, desde donde se reflejan hacia el interior de la

Figura 8

Hornos a Microondas: La Transferencia de Calor hacia los Alimentos cipio de funcionamiento siempre es el mismo, se lo puede considerar como un circuito resonante paralelo con un resistor de pérdidas (la comida a calentar). Los materiales utilizados son el acero inoxidable, el aluminio y el plástico inyectado pintado con una pintura muy conductora de la electricidad. Sin embargo, los hornos de mejor calidad utilizan el acero “porcelanizado” dada su gran duración, ya que no es atacado por los restos grasos de la comida y sobre todo por su facilidad de limpieza ya que admite el uso de espumas limpiadoras ácidas o básicas.

Conclusiones

Figura 9 cavidad principal penetrando a través de la ventana de mica. Inmediatamente en la entrada de la cavidad principal se encuentran las aspas deflectoras que giran cambiando la distribución interna de energía de microondas. Sin este dispositivo se generarían puntos calientes en el alimento que no se cocinaría en forma pareja. La energía de microondas termina atravesando el alimento en forma de torbellino y aun así, en muchos hornos modernos, el alimento puede colocarse sobre una bandeja motorizada que mejora aún más la distribución del calor; este sistema llamado “carrusel” llega en muchos

hornos económicos a reemplazar completamente a las aspas deflectoras giratorias. Es decir que los hornos más completos tienen los dos sistemas que se complementan entre sí. Algunos más económicos sólo tienen las aspas y los hay inclusive que no tienen aspas y tienen carrusel. Inclusive existen algunos hornos que no tienen guía de onda ya que la antena ingresa a la cavidad principal debido al montaje especial del magnetrón. La cavidad principal puede estar construida de diferentes modos y además puede construirse con diferentes materiales, pero su prin-

En este artículo nos dedicamos a explicar cómo es la cavidad resonante principal de un horno, cómo se concentran y dispersan las microondas y cómo se guían desde el generador (la válvula magnetrón) hasta la carga (el alimento a ser cocinado). En el próximo artículo le enseñaremos a reparar la cavidad principal, la guía y la antena y le indicaremos cómo evitar que se vuelva a dañar por un mantenimiento inadecuado, si usted no quiere aguardar hasta la próxima edición, puede bajar dicha información de nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo click en el ícono password e ingresando la clave: “hornom”. ✪

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Cuaderno del Técnico Reparador

Cómo Funcionan los Teléfonos Celulares

PA: Amplificador de Potencia de Transmisión WCDMA En esta sección estamos explicando el funcionamiento interno de un teléfono celular basándonos en la serie A920 de Motorola y explicando los diferentes bloques haciendo hincapié en la transmisión WCDMA aclarando todo lo dicho aplica para las diferentes bandas. Teniendo en cuenta las diferentes frecuencias que se operan en cada caso y en los teléfonos con tecnología “gsm” en el caso de transmisión, que es lo que veremos en este artículo, las técnicas no difieren demasiado. Preparado por: Ingeniero Horacio Daniel Vallejo e-mail: [email protected]

S

ólo para recordar a modo de introducción:

CDMA o Acceso múltiple por Diferenciación de Código (en español AMDC), es una técnica de transmisión digital por la cual una estación base asigna un código único a cada dispositivo móvil para diferenciar dicho dispositivo de los demás conectados de forma inalámbrica. Las señales se codifican mediante un código que el receptor también conoce y puede utilizar para decodificar la señal recibida. WCDMA o Acceso Múltiple por Diferenciación de Código de

Banda Ancha es una tecnología inalámbrica móvil de tercera generación (3G) que ofrece elevadas velocidades de transmisión de datos en dispositivos inalámbricos móviles y portátiles que se usan tanto en teléfonos con chip (GSM) o sin ellos (CDMA). WCDMA se utiliza para mejorar la capacidad y cobertura de redes de comunicaciones inalámbricas, por ejemplo, en los sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación como el UMTS. Aclarado este punto, digamos que en un teléfono Motorola como el que venimos describiendo

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en esta serie de artículos, en el bloque de transmisión (figura 1), el U410 proporciona la atenuación necesaria a la portadora de transmisión antes de alcanzar al amplificador final (PA), de modo que la señal no exceda el límite máximo aceptable de 1dBm para la entrada del PA y así poder controlar la potencia de salida total del transceptor (del teléfono). El bloque integrado U410 tiene una atenuación del orden de 16-18dB dependiendo de la tensión de control VGC2 aplicada en HYBOUT1 Y HYBOUT2, que es controlada por el “Harmony Lite”.

Cuaderno del Técnico Reparador

Figura 1

El bloque integrado U420 es la etapa de potencia correspondiente a un amplificador “three stage” (amplificador de tres estados) que maneja la banda WCDMA para transmisiones de 1920 a 1980MHz. La ganancia máxima nominal esperada para esta etapa está en torno de los 30dB. HARMONY_ LITE controla la polarización de RF del amplificador en los pines o patas #4 (PA_ BIAS1) y #5 (PA_ BIAS2) con una gama de control de 0 2.5V. HARMONY_ LITE también controla el pin #12 (VLD) para la conmutación de carga del amplificador PA. Aunque no sea puesto en práctica, la teoría de carga del PA que se pone en marcha en transmisiones WCDMA, es sumamente importante para conservar la duración de la batería del teléfono, evitando interferencias de radio innecesarias con estaciones bajas. Cuando VLD está en un estado bajo (0V), el

transmisor está en el modo de “alta potencia” o potencia máxima, consumiendo la corriente más alta, pero con el total funcionamiento del PA. Cuando VLD está en un estado alto, el transmisor está en el modo de “bajo consumo”, tomando menos corriente y haciendo que el PA funcione en forma limitada. En teoría, el funcionamiento del PA dependerá entonces del nivel de tensión presente en VLD, permitiendo así un mejor rendimiento de la etapa transmisora con el objeto de hacer que la duración de la batería se incremente. Si la potencia de transmisión decrece, como consecuencia de un requerimiento desde la estación base del teléfono, por debajo de los 14,5dBm, entonces VLD cambiará a estado alto. Si es preciso que la potencia de transmisión sea superior a 19dBm, entonces VLD tomará un estado bajo. El detector de poder recibe la

señal de RF WCDMA amplificada en el cable RF_ EN (fíjese en el pin o pata #6) del PA. El bloque U450 es una combinación de un acoplador direccional con un detector de potencia compensado en temperatura con salida diferencial. El detector de poder acopla la entrada de poder de TX y las realimentaciones de salida RF_ DESCUBRE al Harmony Lite. El TEMP_ COMP también obtiene o permite el acoplamiento del amplificador, pero quita el contenido de señal de RF, dejando un nivel de corriente continua proporcional a la potencia de la señal acoplada. Este nivel de corriente continua se realimenta al Harmony Lite, esperando una pérdida nominal menor a .3dB. El aislador (FL460) provee un aislamiento (valga la redundancia) entre el Módulo Front-End y el camino de transmisión, con una pérdida de insersión inferior a .55dB. ✪

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Cómo Funcionan los Teléfonos Celulares

Figura 2

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En el terreno de la automatización industrial, los Controles Lógicos Programables (PLC por sus siglas en inglés) sustituyeron a los dispositivos electromagnéticos, incrementando con esta acción condiciones óptimas para que los procesos alcancen niveles de confiabilidad y eficiencia muy altos. Los PLCs están destinados a personas con conocimientos de programación principalmente en “lenguaje escalera” (también conocido como diagrama de contactos), además de conocimientos eléctricos en general, ya que el PLC tiene que ser conectado tanto con sensores, como con elementos de potencia (actuadores). Existen muchas marcas comerciales de PLC, y otras no tanto, pero todos tienen un punto en común, que es el ambiente de programación que le presentan a quien realiza esta actividad. Aunque los PLCs de diferentes marcas y modelos, pueden tener internamente diversos microcontroladores, y cada uno de éstos sean incompatibles entre sí, el ambiente de programación es el que hace que se logre la compatibilidad entre todos los PLCs. Este ambiente de programación es el “lenguaje escalera”, que una vez creado se puede ingresar a un PLC de una marca, como a otro de marca totalmente distinta, y ambos realizarán la misma actividad. La temática que trata la presente obra, que corresponde al Nº 30 de la colección Club Saber Electrónica y que actualmente se encuentra en los mejores puestos de venta de revistas, es la de aprender a realizar programas en lenguaje escalera, y para ello se cuenta con una distribución ordenada concienzudamente, para que al ir avanzando con la lectura del libro, el lector sea capaz de ir dominando las diferentes técnicas que se recomiendan para programar un PLC.

P

ara describir las partes que integran a un PLC es imperante definir que todo sistema de control automático posee tres etapas que le son inherentes e imprescindibles, éstas son: Etapa de acondicionamiento de señales.- Está integrada por toda la serie de sensores que convierten una variable física

determinada a una señal eléctrica, interpretándose ésta como la información del sistema de control. Etapa de control.- Es en donde se tiene la información para poder llevar a cabo una secuencia de pasos; dicho de otra manera, es el elemento de gobierno. Etapa de potencia.- Sirve para efec-

tuar un trabajo que siempre se manifiesta por medio de la transformación de un tipo de energía a otro tipo. La unión de las tres etapas nos da como resultado el contar con un sistema de control automático completo, pero se debe considerar que se requiere de interfases entre las conexiones de cada etapa para que el flujo de información circule de forma segura entre éstas. Los sistemas de control pueden concebirse bajo dos opciones de configuración: Sistema de control de lazo abierto.- Es cuando el sistema de control tiene implementado los algoritmos correspondientes para que, en función de las señales de entrada, se genere una respuesta considerando los márgenes de error que pueden representarse hacia las señales de salida. Sistema de control de lazo cerrado.- Es cuando se tiene un sistema de control que responde a las señales de entrada, y a una proporción de la señal de salida, para de esta manera corregir el posible error que se pudiera inducir. En este sistema de control la retroalimentación es un parámetro muy importante, ya que la variable física que se está controlando se mantendrá siempre dentro de los rangos establecidos. Idealmente todos los sistemas de control deberían diseñarse bajo el concepto de lazo cerrado, porque la variable física que se está interviniendo en todo momento se encuentra controlada. Esta actividad se efectúa comparando el valor de salida contra el de entrada, pero en muchas ocasiones, de acuerdo a la naturaleza propia del proceso productivo, es imposible tener un sistema de control de lazo cerrado. Por ejemplo en una lavadora automática, la tarea de limpiar una prenda que en una de sus bolsas se encuentra el grabado del logotipo del diseñador de ropa, sería una mala decisión el implementar un lazo cerrado en el proceso de limpieza, porque la lavadora se encontraría comparando la tela ya lavada (señal de salida) contra la tela sucia (señal de entrada), y mientras el logotipo se encuentre presente la lavadora la consideraría como una mancha que no se quiere caer. Revisando las partes que constituyen a un sistema de control de lazo abierto o lazo cerrado, prácticamente se tiene una similitud con respecto a las partes que integran a un

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CONTROL

Figura 4 - Control Lógico Programable (PLC). Unidad Central de Proceso Figura 1 - Sistema de control de lazo abierto.

CONTROL

RETRO ALIMENTACION

Figura 2 - Sistema de control de lazo cerrado.

Figura 3 - Partes Integrantes de un PLC. PLC, por lo que cualquiera de los dos métodos de control pueden ser implementados por medio de un PLC. Para comenzar a utilizar los términos que le son propios a un PLC, se observará que los elementos que conforman a los sistemas de control de lazo abierto y/o lazo cerrado se encuentran englobados en las partes que con-

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forman a un Control Lógico Programable y que son las siguientes: • Unidad central de proceso. • Módulos de entrada y salida de datos. • Dispositivo de programación o terminal.

Esta parte del PLC es considerada como la más importante, ya que dentro de ella se encuentra un microcontrolador que lee y ejecuta el programa de usuario que a su vez se localiza en una memoria (normalmente del tipo EEPROM), además de realizar la gestión de ordenar y organizar la comunicación entre las distintas partes que conforman al PLC. El programa de usuario consiste en una serie de instrucciones que representan el proceso del control lógico que debe ejecutarse. Para poder hacer este trabajo, la unidad central de proceso debe almacenar en posiciones de memoria temporal las condiciones de las variables de entrada y variables de salida de datos más recientes. La unidad central de proceso en esencia tiene la capacidad para realizar las mismas tareas que una computadora personal, porque, como ya se mencionó líneas atrás, en su interior se encuentra instalado un microcontrolador que es el encargado de gobernar todo el proceso de control. Cuando se energiza un PLC, el microcontrolador apunta hacia el bloque de memoria tipo ROM donde se encuentra la información que le indica la manera de cómo debe predisponerse para comenzar sus operaciones de control (BIOS del PLC). Es en la ejecución de este pequeño programa (desarrollado por el fabricante del PLC) que se efectúa un proceso de diagnóstico a través del cual se sabe con qué elementos periféricos se cuentan (módulos de entrada / salida, por ejemplo). Una vez concluida esta fase, el PLC “sabe” si tiene un programa de usuario alojado en el bloque de memoria correspondiente; si es así, por medio de un indicador avisa que está en espera de la orden para comenzar a ejecutarlo; de otra manera, también notifica que el bloque de memoria de usuario se encuentra vacío. Una vez que el programa de usuario ha sido cargado en el bloque de memoria corres-

pondiente del PLC, y se le ha indicado que comience a ejecutarlo, el microcontrolador se ubicará en la primera posición de memoria del programa de usuario y procederá a leer, interpretar y ejecutar la primera instrucción. Dependiendo de qué instrucción se trate será la acción que realice el microcontrolador, aunque de manera general las acciones que realiza son las siguientes: leer los datos de entrada que se generan en los sensores, guardar esta información en un bloque de memoria temporal, realizar alguna operación con los datos temporales, enviar la información resultante de las operaciones a otro bloque de memoria temporal, y por último la información procesada enviarla a las terminales de salida para manipular algún(os) actuador(es). En cuanto a los datos que entran y salen de la unidad central de proceso, se organizan en grupos de 8 valores, que corresponden a cada sensor que esté presente si se trata de datos de entrada, o actuadores si de datos de salida se refiere. Se escogen agrupamientos de 8 valores porque ése es el número de bits que tienen los puertos de entrada y salida de datos del microcontrolador. A cada agrupamiento se le conoce con el nombre de byte ó palabra. En cada ciclo de lectura de datos que se generan en los sensores, ó escritura de datos hacia los actuadores, se gobiernan 8 diferentes sensores ó actuadores, por lo que cada elemento de entrada / salida tiene su imagen en un bit del byte que se hace llegar al microcontrolador. En el proceso de lectura de datos provenientes de los sensores, se reservan posiciones de memoria temporal que corresponden con el bit y la palabra que a su vez es un conjunto de 8 bits (byte). Esto es para tener identificado en todo momento el estado en que se encuentra el sensor 5, por ejemplo. Con los espacios de memoria temporal reservados para los datos de entrada, se generan paquetes de información que corresponden al reflejo de lo que están midiendo los sensores. Estos paquetes de datos cuando el microcontrolador da la indicación, son almacenados en la posición de memoria que les corresponde, siendo esa información la que representa las últimas condiciones de las señales de entrada. Sí durante la ejecución del programa de control el microcontrolador re-

quiere conocer las condiciones de entrada más recientes, de forma inmediata accede a la posición de memoria que corresponde al estado de determinado sensor. El producto de la ejecución del programa de usuario depende de las condiciones de las señales de entrada; dicho de otra manera, el resultado de la ejecución de una instrucción puede tener una determinada respuesta si una entrada en particular manifiesta un uno lógico, y otro resultado diferente si esa entrada está en cero lógico. La respuesta que trae consigo la ejecución de una instrucción se guarda en una sección de la memoria temporal para que estos datos posteriormente sean recuperados, ya sea para exhibirlos o sean utilizados para otra parte del proceso. La información que se genera en los sensores se hace llegar al microcontrolador del PLC a través de unos elementos que sirven para aislar la etapa del medio ambiente (donde se encuentran los sensores) de la etapa de control, que es comprendida por la unidad

central de proceso del PLC y que en su interior se encuentra el microcontrolador. Los elementos de aislamiento reciben el nombre de módulos de entradas, los cuales se encuentran

Figura 5 - Distintos modelos de PLC.

Figura 6 - Diagrama de flujo de las actividades de un PLC.

Figura 7 - Palabra de datos de entrada.

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Figura 8 - Palabra de datos de salida.

Figura 9 - Flujo de datos de entrada y salida en el microcontrolador. identificados y referenciados hacia los bloques de memoria temporal donde se alojan los datos de los sensores. En cuanto a los datos que manipulan a los actuadores (también llamados datos de salida), éstos se encuentran alojados en las posiciones de memoria temporal que de manera exprofesa se reservan para tal información. Cuando en el proceso de

Figura 10 - Ejemplo de base donde se insertan los módulos de entrada o salida y la CPU.

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ejecución de un programa de usuario se genera una respuesta y ésta a su vez debe modificar la operación de un actuador, el dato se guarda en la posición de memoria temporal correspondiente, tomando en cuenta que este dato representa un bit de información y que cada posición de memoria tiene espacio para 8 bits. Una vez que los datos de salida han sido alojados en las posiciones de memoria correspondientes, en un ciclo posterior el microcontrolador puede comunicarlos hacia el exterior del PLC, ya que cada bit que conforma un byte de datos de salida tiene una correspondencia en cuanto a las conexiones físicas que tiene el PLC hacia los elementos de potencia o actuadores, o dicho de otra forma, al igual que en las terminales de los datos de entrada, cada una de las terminales que contienen la información de salida también tienen asociado un elemento de potencia conectado en su terminal correspondiente.

A medida que el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC ejecuta las instrucciones del programa de usuario, el bloque de memoria temporal asignado a la salida de datos, se está actualizando continuamente ya que las condiciones de salida muchas veces afectan el resultado que pueda traer consigo la ejecución de las instrucciones posteriores del programa de usuario. De acuerdo a la manera de cómo se manejan los datos de salida, se puede observar que esta información cumple con una doble actividad, siendo la primordial la de canalizar los resultados derivados de la ejecución de las instrucciones por parte del microcontrolador hacia los bloques de memoria correspondientes, y pasar también los datos de salida a las terminales donde se encuentran conectados los actuadores. Otra función que se persigue es la de retroalimentar la información de salida hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC cuando alguna instrucción del programa de usuario lo requiera. En cuanto a los datos de entrada, no tienen la doble función que poseen los datos de salida, ya que su misión estriba únicamente en adquirir información del medio ambiente a través de las terminales de entrada y hacerla llegar hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso. Los datos de salida, al igual que los de entrada, son guiados hacia los respectivos actuadores a través de elementos electrónicos que tienen la función de aislar y proteger al microcontrolador de la unidad central de proceso respecto de la etapa de potencia. Estos elementos reciben el nombre de módulos de salida. Tanto los módulos de entrada como de salida tienen conexión directa hacia las terminales de los puertos de entrada y salida del microcontrolador del PLC. Esta conexión se realiza a través de una base que en su interior cuenta con un bus de enlace, el cual tiene asociado una serie de conectores que son los medios físicos en donde se insertan los módulos (ya sean de entrada o salida). El número total de módulos de entrada o salida que pueden agregarse al PLC depende de la cantidad de direcciones que el microcontrolador de la unidad central de proceso es capaz de alcanzar. De acuerdo con lo escrito en el párrafo

anterior, cada dato (ya sea de entrada o salida), representado por un bit y a su vez agrupado en bloques de 8 bits (palabra o byte), debe estar registrado e identificado para que el microcontrolador “sepa” si está siendo ocupado por un sensor o un actuador, ya que determinado bit de específico byte y por ende de determinada ubicación de memoria temporal tiene su correspondencia hacia las terminales físicas de los módulos. Esto último quiere decir que en los conectores de la base se pueden conectar de manera indistinta tanto los módulos de entrada como los módulos de salida, por lo que el flujo de información puede ser hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso o, en dirección contraria. Con respecto a la memoria donde se aloja el programa de usuario, es del tipo EEPROM, en la cual no se borra la información a menos que el usuario lo haga. La forma en cómo se guarda la información del programa de usuario en esta memoria es absolutamente igual que como se almacena en cualquier otro sistema digital, sólo son “ceros y unos” lógicos. A medida que el usuario va ingresando las instrucciones del programa de control, automáticamente éstas se van almacenando en posiciones de memoria secuenciales; este proceso de almacenamiento secuencial de las instrucciones del programa es autocontrolado por el propio PLC, sin intervención y mucho menos arbitrio del usuario. La cantidad total de instrucciones en el programa de usuario puede variar de tamaño, todo depende del proceso a controlar. Por ejemplo, para controlar una máquina sencilla basta con una pequeña cantidad de instrucciones, pero para el control de un proceso o máquina complicada, se requieren hasta varios miles de instrucciones. Una vez terminada la tarea de la programación del PLC, esto es terminar de insertar el programa de control a la memoria de usuario,

Figura 11 - Ejemplo de base donde se insertan los módulos de entrada o salida y la CPU.

Figura 13 - Otro ejemplo de CPU.

Figura 12 - Ejemplo de CPU. el operario del PLC manualmente se debe dar a la tarea de conmutar el PLC del modo de “programación” al modo de “ejecución”, lo que hace que la unidad central de proceso ejecute el programa de principio a fin repetidamente. El lenguaje de programación del PLC cambia de acuerdo al fabricante del producto, y aunque se utilizan los mismos símbolos en distintos lenguajes de programación, la forma en cómo se crean y almacenan cambia de fabricante a fabricante. Por lo tanto, la manera de cómo se interpretan las instrucciones de un PLC a otro es diferente, todo depende de la marca. En otro orden de ideas, a la unidad central de proceso de un PLC una vez que le fue cargado un programa de usuario, su operación de controlar un proceso de producción no debe detenerse a menos que un usuario autorizado así lo haga. Para que el PLC funcione de forma ininterrumpida se debe contemplar el uso de energía de respaldo ya que ésta, bajo ninguna circunstancia, tiene que faltarle a la unidad central de proceso. La energía que alimenta al PLC se obtiene de un módulo de alimentación cuya misión es suministrar el voltaje que requiere tanto la unidad central de proceso como todos los módulos que posea el PLC. Normalmente el módulo de alimentación se conecta a los suministros de voltajes de corriente alterna (VCA). El módulo de alimentación prácticamente es una

fuente de alimentación regulada de voltaje de corriente directa, que tiene protecciones contra interferencias electromagnéticas, variaciones en el voltaje de corriente alterna, pero el aspecto más importante es que cuenta con baterías de respaldo para el caso de que falle el suministro de energía principal y entren en acción las baterías, provocando de esta manera el trabajo continuo del PLC, a la vez que puede activarse una alarma para dar aviso en el momento justo que el suministro de energía principal ha dejado de operar. Por último cabe aclarar que las baterías de respaldo, descritas algunas líneas atrás, únicamente soportan la operación del PLC, no así los elementos actuadores o de potencia. El tema no termina aquí y es desarrollado con mayor extensión en el texto: “Controladores Lógicos Programables PLC”. ************

Figura 14 - Módulo de alimentación.

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MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS FALLAS ANALIZADAS

CON

REPARANDO

OJO CLÍNICO

UN

NINTENDO NES

A pedido del público, la autopsia de este mes nos trae un análisis “Retro”. Ideal para nostálgicos, pusimos en la mesa de trabajo nada menos que un Nintendo NES original de 8 bits. De la Redacción de

de MP Ediciones l igual que en muchos ámbitos de la vida, en el mundo de la tecnología y el entretenimiento, encontramos lo que se suele denominar “clásico”. ¿A qué nos referimos? A ese producto que, por su impacto y aceptación, perduró a lo largo del tiempo hasta convertirse casi en un objeto de “culto”. ¿Pero qué necesita un producto para convertirse en un clásico? Por lo general son cuatro las condiciones a cumplir: • Plantear algo novedoso para la época. • No presentar fallas de fabricación a gran escala. • Ser el primero de su tipo en difundirse en forma masiva. • Lograr que otras empresas copien y distribuyan ese mismo formato, obteniendo así el título de “precursor” u “original”.

A

Estos tres factores hacen que los usuarios que alguna vez adquirieron ese producto, lo conserven y valoren cada vez más con el correr de los años. A pesar de ser superados ampliamente por miles de propuestas similares, éstos siguen vigentes justamente por el impacto que generaron en ese primer momento. Remontándonos a los inicios de la informática

hogareña, podemos mencionar Commodore y Atari como los grandes clásicos en el ámbito de las computadoras de escritorio y las consolas de videojuegos, respectivamente; y a IBM y Nintendo como sus sucesores inmediatos. Quien haya sabido valorar cualquiera de los productos de esas marcas, y le haya brindado el cuidado que necesita, tendrá en sus manos un objeto deseado y admirado por miles de usuarios alrededor del mundo, lo que obviamente implica un valor no sólo sentimental, sino económico. Muestra de ello son los remates que se suelen hacer en sitios de ventas online, donde por una consola original de Nintendo se paga incluso más que cualquier similar superior y más moderno. En la actualidad podemos decir que los grandes candidatos en convertirse en “clásicos” del futuro son PlayStation de Sony, iPod de Apple, Game Boy Advance de Nintendo, Xbox de Microsoft y Tungsten de Palm.

El Paciente Los servicios técnicos suelen ser uno de los primeros en reconocer a un producto como clásico. Mientras mu-

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chos equipos son simplemente descartados ante cualquier eventualidad, el clásico lleva al usuario a insistir en la posibilidad de repararlo, incluso cuando esto implique pagar más que por comprar un equivalente nuevo. Esto obliga a los talleres a adquirir repuestos que quizás están discontinuados, para poder satisfacer la creciente demanda. Así es que en muchos services de computadoras siguen exhibiendo en sus estanterías a alguna que otra AT 286, una Atari 2600, una Commodore Amiga y por supuesto a la infaltable Nintendo Entertainment System (NES) de 8 bits, con un cartucho original de cualquier edición de Super Mario Bros para probar; que, en definitiva, es el juego que a la mayoría le interesa que funcione. Como no podía ser de otra manera, nuestro laboratorio recibió a una NES original, modelo NES-001, made in Japan, fabricada en 1985. O sea, un clásico hecho y derecho. ¿Y cómo negarse a reparar semejante prócer del entretenimiento? Sencillamente imposible. La sola insinuación de un movimiento giratorio horizontal de nuestra cabeza, hubiera generado que ésta rodara por el piso de la editorial, rebanada implacablemente por la afilada espada que nuestro editor guarda para situaciones como éstas.

Mantenimiento de Computadoras La Autopsia

pre hay usuarios dispuestos a asumir el costo, con tal de recuperar su nostalgia.

En otros la avería es muy sutil, y no nos queda otra que reconstruir la El síntoma que presentaba el fuente para ver cómo responde el resequipo era una falla total de funcionato del circuito al recibir nuevamente miento, ocurrida tras una serie de inalimentación. termitencias en el encendido. Según El Análisis En el caso particular de la NES, al lo que nos había comentado el usuaigual que en muchos otros, tenemos rio, el equipo venía presentando proHay ocasiones donde la falla en la ventaja de contar con una fuente de blemas para encender, pero se solu- un equipo electrónico se sitúa en va- alimentación externa, que baja y recticionaban luego de un par de intentos. rios puntos simultáneos, a raíz de una fica la tensión de línea a 9V en coEsto lo llevó a suponer que se trataba “reacción en cadena” generada por la rriente continua. A esto se le suma simplemente de un falso contacto en avería de uno de sus componentes. una segunda etapa de regulación, ya el cartucho, pero esa hipótesis quedó Un ejemplo de eso es la aparición de dentro de la consola, que toma esos descartada cuando el aparato directa- un cortocircuito en la etapa regulado- 9V y los redistribuye en distintos valomente dejó de funcionar. ra de una fuente de alimentación. Es- res de acuerdo a lo que cada parte En casos como éstos, la lógica to nos lleva a que el voltaje que entre- necesita. nos lleva a tres posibles causantes: la ga se eleve muy por encima de lo esO sea que, salvo casos excepciofuente de alimentación (con la mayor tipulado, quemando todo lo que ali- nales, es difícil encontrarse con casos probabilidad), la CPU (2A03) y el PPU menta a su paso. Esto lo vimos en la de destrucción total, dado que la co(Picture Processing Unit, 2C02). Es- autopsia “Destrucción masiva”, donde rriente ya viene regulada desde afuetos dos últimos son los que más com- una notebook se volvió irrecuperable ra. plicaciones traen, dado que se trata a raíz de la seguidilla de componentes Para empezar, lo primero que se de productos discontinuados, al me- arruinados. debe comprobar es que efectivamennos en el mercado masivo. Esto lleva En algunos casos esto es muy ob- te estén los 9V en la ficha de la fuena los técnicos a recurrir a proveedores vio, y basta con un recorrido visual pa- te externa. Para esto basta con una específicos, o a desguases de conso- ra ver cómo los circuitos integrados y simple medición con el téster en la las similares, lo que dispara el precio componentes básicos muestran el ho- función de voltímetro. Descartada esdel reemplazo a las nubes. De todas llín y hasta perforaciones producto del ta posibilidad, nos metimos en la etaformas, como ya mencionamos, siem- golpe de tensión. pa de regulación interna. Este sector es fácil de identificar, dado que está montado sobre una placa que sobresale claramente del resto. Tras la ficha de entrada, nos cruzamos con un puente de diodos que aplica una segunda rectificación, en conjunto con un capacitor electrolítico. Pero el principal implicado en esta tarea es un regulador HA17805, que estabiliza la tensión en 5 V, necesarios para alimentar la mayoría de los componentes de la placa principal. Uno de los grandes problemas que presenta este componente es la elevada Figura 1 - La consola cuenta con una etapa reguladora, donde se puede ver un temperatura de trabajo, la puente de diodos y un capacitor electrolítico, y el disipador que tiene al regulador cual puede llegar a 75 ºC de espaldas. (similar a la que genera

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Reparando un NES cualquier microprocesador de PC). Es por eso que se suele adosar un disipador de aluminio, para evitar rupturas ocasionadas por este factor. El punto es que muchas veces ese aislamiento falla, y es ahí cuando el transistor se abre y deja de entregar la corriente adecuada.

La Solución Obviamente que antes de centrarnos en el regulador, nos abocamos a medir la etapa previa, con el puente de diodos y el capacitor. Descartada una falla en cualquiera de éstos, pasamos sí al HA17805. Mirando este componente de frente, nos encontramos con las tres patas que lo conforman. A la izquierda está la pata de entrada, a donde llegan los 9V provenientes de la fuente exterior. Al medio encontramos la pata que se conecta a masa, de la misma forma que el aislante metálico. Y a la derecha observaremos la pata por donde salen los 5V ya regulados. El análisis es muy simple: con el téster en la función de voltímetro, y su terminal negativa conectada a masa, tocamos con la punta positiva la pata de la izquierda. Si allí están los 9V, significa que hasta ahí el proceso de alimentación está en condiciones. Luego procedemos a medir la pata derecha, donde deberían estar los 5V salientes. Si esto no ocurre, estaremos casi confirmando una falla en el regulador. Para terminar de afirmar esta teoría, restan dos pasos: medir continuidad entre la pata del medio y la masa común para el resto de los componentes, y extraer el regulador para medir la continuidad entre la pata del medio y la de los extremos. Si el téster no indica la más mínima continuidad, significa que estamos ante un circuito abierto.

El Reemplazo En el caso puntual de esta autopsia, pudimos comprobar que, efectiva-

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Figura 2 - Aquí vemos el circuito a partir del cual se logra la regulación del HA17805. A partir de éste podemos saber más de su trabajo.

Figura 3 - Aquí podemos ver al regulador montado sobre la placa del circuito. A su alrededor observamos el disipador de aluminio que evita excesos de temperatura.

mente, el HA17805 presentaba una apertura entre la pata de masa y la de salida de tensión. El reemplazo entonces era inminente. Afortunadamente muchos distribuidores siguen comercializando este tipo de reguladores, dado que es usado en una infinidad de productos. Esto también hace que su costo en el mercado sea muy accesible (U$S 0,75). En el caso de no conseguirlo, podemos optar por los siguientes reguladores: MC7805C, UPC7805H, UA7805UC, UA7805, MC7805CT, L7805CV, KIA78005, GL7805 o AN7805.

Una vez efectuado el cambio, soldamos las patas con cuidado de no dejar falsos contactos y aplicamos el disipador agregando grasa siliconada en la junta, a modo de mejorar el aislamiento. Para terminar, reconectamos todas las partes, aplicamos los 9V a la entrada, insertamos el cartucho y comprobamos, felices, cómo encendía la consola y Super Mario hacía su aparición en la pantalla de la TV; para alegría de su dueño y alivio de nuestros cuellos. ¡¡Hasta el mes que viene!! ✪

MONTAJES

Detector de Proximidad Presentamos el circuito de un sencillo pero eficaz detector de cargas estáticas que permite “indicar” cuando una persona se está acercando a un objeto sensor determinado. Esto es así porque las cargas estáticas de su cuerpo, por menores que sean, pueden ser detectadas a distancia por un sensor amplificador en base a un transistor de efecto de campo. La simple aproximación de su mano o de un cuerpo cargado es suficiente para disparar un oscilador con la emisión de un fuerte sonido por que será emitido tanto por un parlante como por un buzzer piezoleéctrico. Además, la inclusión de un relé permite que este dispositivo también pueda disparar o comandar a otro objeto tal como el llamador de un ascensor, una central de alarma, etc. Autor: Ing. Horacio D. Vallejo e-mail: [email protected] ste eficaz detector tiene como base a un sensible transistor de efecto de campo, cuya corriente principal puede ser afectada por la carga estática de cuerpos próximos. Este transistor acciona, a su vez, a un amplificador operacional que dispara tanto a un oscilador de audio como a un relé de doble contacto, realimentado de tal forma que, por más que las cargas estáticas desaparezcan, tanto el oscilador como el relé permanecerán accionados hasta que quitemos la alimentación al circuito. Son diversas las posibilidades prácticas de uso para este circuito, como por ejemplo en sistemas autómatas de detección de cargas, como interruptor de llamada de ascensores

E

(interruptor al tacto), en demostraciones, como alarma para objetos de arte o incluso en alarmas hogareñas, con pequeñas modificaciones. En verdad, la idea básica puede servir como punto de partida para muchos otros proyectos. Todo depende de la imaginación y la capacidad del montador. El funcionamiento de este sistema está centralizado en un transistor de efecto de campo. En este componente existe un trozo de material semiconductor principal, en el que se conectan los terminales de fuente (source = S) y drenaje (draind = D). La corriente debería fluir normalmente de la fuente hacia el drenaje, a no ser por la acción de un tercer elemento que es la compuerta (gate = G).

Con la compuerta despolarizada, la corriente puede fluir pasando por un "estrechamiento" o canal. El ancho del canal puede ser modificado por la aplicación de tensiones en la compuerta. Es posible “ensanchar" o "estrechar" el canal dejando pasar más o menos corriente, teniendo un efecto de “campo” que permite amplificar en miles de veces la señal presente en la compuerta. Note que casi ninguna corriente circula por la compuerta porque la resistencia entre este elemento y el canal es extremadamente elevada (se trata de un efecto de campo eléctrico creado por la polarización presente en la compuerta). La compuerta está prácticamente aislada del canal, lo que diferencia completamente a este

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Montaje Figura 1

Lista de Materiales IC1 - 741 - amplificador operacional. IC2 - Sensor (ver texto). Q1 - BS170, MPF102 ó equivalente transistor de efecto de campo. Q2, Q4 - BC548 ó equivalente - transistores NPN de uso general. Q3 - BC558 ó equivalente - transistor PNP de uso general. D1 - 2V7 x 400 mW - diodo zener. D2 - 1N4148 - Diodo de uso general. VR1 - 100kΩ - trimpot LS1 - parlante de 8 ohm S1 - interruptor simple R1 - 3k9 - resistor R2, R3 - 47kΩ - resistores R4 - 180 ohm - resistor R5 - 47kΩ - resistor R6, R7, R8 - 1kΩ C1 - 1nF - capacitor cerámico - ver texto C2 - 50nF - capacitor cerámico Varios Placa de circuito impreso, placa para sensor, cables, soporte para batería o fuente de alimentación de 9V x 100mA, caja para montaje, estaño, conectores, etc.

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dispositivo de los transistores bipolares (los comunes, tipo NPN o PNP). Así, mientras que en un transistor común es la corriente de base la que controla la corriente entre colector y emisor, en este componente es la tensión de compuerta la que controla la corriente entre drenaje y fuente. Esa diferencia hace que tengamos un dispositivo de elevadísima impedancia de entrada y, por lo tanto, capaz de percibir mínimas cargas estáticas. De esta manera, nuestro circuito es extremadamente sensible al punto de romper el aislamiento entre la compuerta y el sustrato, si una tensión muy alta aparece en ese punto. Lo que hacemos es conectar una "antena" o placa sensora a la compuerta, de modo que la corriente entre el drenaje y la fuente pueda ser controlada por la presencia de cargas estáticas próximas. Si una persona, que contiene siempre algunas cargas acumuladas, se acerca al sensor, ocurre la inducción de una pequeña tensión eléctrica que es suficiente para alterar la corriente controlada. Dicha tensión puede ser fuertemente amplificada por el amplificador operacional, y con

esto poner en funcionamiento un simple oscilador de audio formado por Q2, Q3, C2 y R6. También, se dispara el relé RL1, comandado por el transistor Q4 de modo que al cambiar de estado, un juego de contactos del relé, a través del resistor R8, retroalimenta tanto al oscilador como al relé para que estos sigan activos por más que haya desaparecido la acción de las cargas estáticas en la placa sensora. Dicho de esta forma, sólo quitando la alimentación al circuito se logrará retornar al estado de reposo. Si se quiere la acción del oscilador y del relé sólo en presencia de cargas estáticas en la placa sensora, sólo deberá quitar el resistor R8. Vea en el circuito que el sistema opera como un disparador, en que tenemos la tensión que acciona el oscilador cuando la misma sobrepasa el valor del diodo zener, típicamente de 2,7 volt. El ajuste de VR1 permite llevar el circuito a su máxima sensibilidad en función de las cargas ambientales. La frecuencia del sonido emitido depende básicamente de R6 y de C2, que pueden ser alterados en una amplia gama de valores.

Detector de Proximidad

Figura 2

En la figura 1 tenemos el diagrama esquemático del aparato. Note que el buzer, en paralelo con la bobina del relé, es un elemento más que puede obviar si así lo requiere En la figura 2 tenemos una sugerencia de placa de circuito impreso para este montaje.

El transistor de efecto de campo recomendado es el BS170 pero también probamos con éxito el MPF102 (puede experimentar con equivalentes). El integrado es el clásico 741, y le recomendamos el uso de zócalo. El zener de 2V7 no es crítico, y en algunos montajes se puede experi-

mentar uno de 3V3 o incluso 3V9. Los resistores son todos de 1/8 ó 1/4W y los capacitores son cerámicos o de poliéster. El capacitor C1 es optativo, pudiendo usárselo si hubiera tendencia al disparo errático, en los circuitos que he experimentado, necesité colocar un capacitor de 100nF cuando quería accionar al circuito en un ambiente ruidoso, pero en dicho caso cargas estáticas pequeñas no fueron detectadas. El sensor es una pequeña placa de metal de no más de 5 x 5cm. ya que dimensiones mayores pueden afectar la sensibilidad del aparato (recomiendo el uso de una malla, como las usadas en coladores de té comunes metálicos). El cable de conexión al sensor debe ser bien corto. Si es largo, se debe usar cable blindado. El ajuste de la sensibilidad se hace en el trimpot VR1. Para experimentar el aparato, frote un peine o lapicera contra un trozo de lana o seda y ajuste VR1 para que se produzca el disparo de la alarma al acercar el peine. Alejando el peine o lapicera la alarma debe dejar de sonar. Para activar con la mano, en caso de no haber sensibilidad por motivos de humedad ambiente, frote los zapatos contra una alfombra y aproxime las manos al sensor, y entonces debe haber disparo. ✪

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MONTAJES

Voltímetro a LEDs Nuestro laboratorio no puede estar completo hasta dotarlo del voltímetro más rápido que se puede fabricar con muy poco dinero. Se trata de un voltímetro con 10 Leds, en donde se pueda ajustar el valor mínimo y el valor máximo de lectura con toda precisión.

Por: Ing. Alberto Horacio Picerno [email protected] ara nuestro uso específico, la idea es construir un voltímetro de dos escalas. Una que mida de 1,5 a 3,5V, ideal para medir equipos con tensión de referencia de 2,5V y otro de 0 a 5V para medir puertos de comunicaciones y tensiones de fuente de 5V. En la próxima entrega se utilizará una variante de este voltímetro para medir la temperatura de la punta de un soldador. Pero en realidad, la idea es entregarle al alumno los conceptos básicos de diseño de los voltímetros de leds, que pueden brindarle enormes beneficios al reparador a muy bajo costo y con un muy simple método de desarrollo. Cada voltímetro tiene sus ventajas y desventajas y lo importante es conocer cuándo se debe utilizar uno u otro. Si necesita precisión, pero no le importa la velocidad, use un voltímetro digital. Si no le interesa tanto la precisión pero necesita alguna velocidad media de respuesta, use un voltímetro de aguja. Si necesita alta velocidad tiene dos opciones: una es usar el osciloscopio y la otra es construir un voltímetro a leds. Y a veces el voltímetro a leds supera en utilidad al osciloscopio, como por ejemplo cuando se quiere medir la señal de búsqueda o la señal de FE durante la búsqueda. Cuando hablamos de voltímetros de leds, hablamos del circuito integrado más conocido, que es el National LM3914 que es una maravilla de sencillez. Este circuito integrado posee 10 salidas (pata 1 y

P

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desde la 10 a la 18) para conectar los cátodos de los 10 leds, con los ánodos como electrodo común, que se conectan a una fuente de 5 a 18V (en nuestro circuito usamos una batería de 9V). Otras dos

patas del integrado sirven como tensión de referencia para fijar las puntas de banda inferior (4) y superior (6) del medidor. Si en la 4 se pone una tensión de 1V y en la 6 de 3V, el led inferior se enciende con

Figura 1 - Diagrama en bloques del integrado

Voltímetro a LEDS niveles de tensión iguales o inferiores a 1V y el superior con tensiones iguales o superiores a 3V. El mismo integrado posee una fuente regulada, con una salida al exterior por la pata 7 y con una pata de regulación de tensión por la 8. Colocando un divisor de tensión resistivo entre estas dos patas, se puede lograr que la tensión de referencia cambie desde 1,2 a 12V. Esta tensión de referencia se puede utilizar para fijar la punta inferior o superior de la escala. El brillo de los leds se puede cambiar modificando el valor total de este divisor de tensión y por supuesto cambia por igual la corriente de todos los leds. El proyecto propuesto posee un pulsador tipo “sapito”. Si no se presiona el voltímetro mide de 1,5 a 3,5V, si se presiona cambia a 0 a 5V. La pata es la pata de modo del display de leds. Si se conecta a fuente los leds se encienden en forma de barra (el índice y todos los inferiores), si se deja sin conexión funciona en el modo punto (sólo se enciende el índice). En la figura 1 se puede observar el circuito básico con el diagrama en blo-

ques del integrado. Ya elegimos la tensión de fuente de nuestro dispositivo como de 9V para poder usar una batería de ese valor. Lo más lógico es hacer las fuentes de referencia de mínima y de máxima con diodos zener programables del tipo TL431, para poder ajustar la banda de medición con toda precisión. En realidad sólo se necesita un TL431 porque el otro ya se encuentra dentro del LM3914. En efecto, como se puede observar en el diagrama en bloques, existe el terminal 7 indicado como REF. OUT. Y el 8 como REF. ADJ. Que son equivalentes al cátodo y al terminal de programa del un TL431; el ánodo estaría conectado al terminal de masa (2). La programación de este zener se realiza con dos resistores conectados, uno de ellos entre la pata de salida (7) y el otro, la de ajuste de referencia (8). Para cambiar la banda de lectura se deberán cambiar las tensiones de mínimo y de máximo de escala mediante un pulsador, tal como lo indicamos en el circuito completo del dispositivo indicado en la figura 2. En este circuito, los resistores R1 y R2 determinan la tensión de la punta inferior del voltímetro de modo que cuando el

pulsador está suelto la tensión de salida está dada por la fórmula Vinf = 1,25 . (1+R1/R2). Si dicha tensión no tiene el valor adecuado medido sobre la pata 7 (1,5V), se deberán ajustar los resistores R1 o R2 colocando resistores en paralelo. Se debe comprobar que cuando se aprieta el pulsador SW2, esta tensión caiga a cero. El extremo superior de banda está fijado por R7 y R6 con una fórmula similar a la anterior: Vsup = 1,25 . (1+R6/R7) que deberá ajustarse en 3,5V colocando resistores en paralelo con R6 o R7. Cuando se aprieta el pulsador, el resistor R8 queda conectado en paralelo con R6 y la tensión del zener programable debe subir a 5V medida sobre la pata 6. Si fuera necesario, se debe colocar resistores en paralelo con R8. Con esto consideramos haberle brindado al reparador una herramienta de incalculable valor, que seguramente va a utilizar frecuentemente, ya que en nuestro curso la emplearemos constantemente y todos los días le encontramos un nuevo uso. ¡Hasta el mes que viene! ✪

Figura 2 - Circuito de voltímetro a leds 0-5V o 1,5 a 3,5V.

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MONTAJE

Luces de Persecución En esta tercera parte describiremos un sistema de Luces de Persecución que usa funciones tanto analógicas como digitales. Las luces se encenderán cuando haya sonido y la velocidad puede ajustarse a traves del sonido mismo, dando la apariencia de perseguir. También es posible controlar más de una luz a la vez y variar la dirección y la velocidad como se requiera.

l circuito de luces de persecución que proponemos tiene las siguientes características:

E

• Seis canales • Veocidad automática (la velocidad cambia durante la persecución) • Velocidad controlada por sonido (a mayor nivel sonoro, mayor velocidad) • Apagado automático (las luces se apagan si no hay sonido) • Presentación a través de 6 lámparas conectadas a la tensión de línea y/o 6 leds Dado que el PICAXE-18 tiene entradas analógicas, es fácil agregar una función sonora. También desarrollamos un circuito excitador de lámparas con interfaz a la línea, el cual además provee una fuente regulada de 5V para el circuito de control. El diagrama completo del circuito se muestra en la figura 1, con el microcontrolador PICAXE-18 designado como IC1. Hemos decidido limitar el número de salidas luminosas a 6. Esto reduce el costo de la interfaz de línea que describiremos más adelante. Las salidas RB0 a RB5 del PICAXE-18 se usan para excitar la plaque-

ta de interfaz y sus luces conectadas. Los leds D1 a D6 también se conectan a estas salidas e indican que el circuito de control está funcionando. La llave S2 se conecta a la entrada RA1 y se usa para seleccionar si la velocidad está en “auto” o está controlada por sonido. Se puede conectar una señal sonora externa a la entrada RA0, la cual se configura como entrada analógica.

Programa de Control El comando let pins = %00000001 enciende el led D1 a través de la salida RB0. Recuerde que en binario, los números de los bits van de derecha a izquierda, 0 a 7. Como dijimos en la Parte 1, el símbolo de porcentaje le dice al compilador del PICAXE que el valor se expresa en binario. La secuencia del programa de control es: let pins = %00000001 pause 100 let pins = %00000010 pause 100 let pins %00000100 pause 100 let pins = %00001000 pause 100 etc.

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Esta secuencia hace que el led encendido se “mueva” un lugar a la izquierda, se detenga durante 100 ms en cada etapa, y reaparezca a la derecha después que el sexto led se haya encendido y luego apagado. Por lo tanto, las luces dan la apariencia de perseguir. Obviamente, es posible controlar más de una luz a la vez y variar la dirección y la velocidad como se requiera.

Un Poco de Matemáticas No obstante, ocurre un problema cuando se ponen en cascada un número de secuencias en un PICAXE18. La memoria es muy limitada y Ud. podría encontrar que una carga llega a fallar con una advertencia de “memoria excedida”. Por lo tanto, se necesita un sistema de persecución más inteligente. Si examinamos el programa del Listado 1, veremos poca semejanza con el ejemplo anterior. En realidad, la única referencia a las patas de salida es la línea cerca del final: let pins = b9. En este caso, b9 es una variable expresada en decimal cuyo equivalente binario establece el diagrama de las luces presentadas. Por ejemplo, el nú-

Luces de Persecución LISTADO 1 (Listado de Programación) Luces de persecución con entrada sonora opcional en la entrada analógica AN0 Si la entrada IN1 es baja, la velocidad varía automáticamente Si la entrada IN1 es alta, la velocidad depende de la entrada sonora Sonidos débiles = velocidad lenta, sonidos fuertes = velocidad rápida Diseñado para 6 luces b5 = velocidad de entrada sin sonido, o sea velocidad automática b8 = velocidad final La velocidad inicial es 0 (o sea, 256) start: let b5 = b5-40 for b3 = 1 to 5 let b1 = 1 for b0 = 1 to 5 readadc 0, b7 let b8 = b7 + b7 let b8 = 200 - b8 if pin1 = 1 then skip let b8 = b let b7 = 2 skip: let b1 = b1* 2 let b9 = b1 * b3 if b7 = 20 if b3 = 2 then invert if b3 = 5 then invert invert: let b9 = 63 - b9 norm: if b9 > 64 then jump let pins = b9 pause b8 jump: next b let b1 = 32 for b0 = 1 to 5 let b1 = b1/2 let b9 = b1* b3 if b3 = 2 then invert2 if b3 = 5 then invert2 invert2: let b9 = 63 - b9 norm2: let pins = b9 pause b8 next b0 next b3 none:

Módulos de las Luces de Persecución (de izquierda a derecha, de arriba hacia abajo): Interfaz de Línea de 6 Canales, Controlador de las Luces y Simple Interfaz de Baja Tensión con MOSFET

“aumentar la velocidad de presentación en 40 “comienzo del lazo externo “reinicializar b1 “comienzo del primer lazo interno “leer el nivel sonoro “duplicar la lectura analógica “disminuir b8 si aumenta el nivel sonoro “saltear la siguiente línea si IN1 es alta 5“poner la velocidad final en auto 0“se asegura que las luces no se apaguen automáticamente “aumentar b1 en 2, 4, 8, 16, 32 por lazo interno “aumentar b9 por lazo externo “se asegura que las luces no se apaguen automáticamente “agregamos variedad invirtiendo las luces “agregamos variedad invirtiendo las luces goto norm “brindamos una presentación inversa “se evita que las luces persigan demasiado lejos “se encienden las luces “pausa en las luces “fin del primer lazo interno “comienzo de la cuenta regresiva “comienzo del nuevo lazo interno “disminuir b1 en 16, 8, 4, 2, 1 “aumentar b9 por lazo externo “agregamos variedad invirtiendo las luces “agregamos variedad invirtiendo las luces goto norm2 “brindamos una presentación inversa “se encienden las luces “pausa en las luces “fin del segundo lazo interno “fin del lazo externo goto start

let pins = 0 goto start

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Montaje

Figura 1 - Diagrama Circuital completo de la sección de Control de las Luces de Persecución

mero decimal 12 tiene el equivalente binario de 8 bits de %00001100, por lo que el comando let pins = 12 hará que se iluminen los leds D3 y D4 (controlados por los bits 2 y 3). Avanzando la variable b9 en secuencias establecidas, es posible producir un número de diagramas de persecución a través de los 6 canales. Si quisiera modificar el sistema para sólo 4 canales, entonces se necesitan cambiar varias líneas, en particular el comando for b0 = 1 to 5 .

persecución, b5 se reduce en un valor decimal de 40. El tiempo, durante el cual el programa mantiene las luces, está determinado por el comando pause b8. En este modo, b8 copia a b5, y en consecuencia la velocidad de persecución aumenta lentamente y eventualmente se reinicializa. El circuito básico de interfaz sonora fue descripto en Saber Electrónica Nº 235 y está hecho para ser conectado a los terminales normales de parlantes o auriculares de un amplificador. El sistema no está hecho para ser conectado a un “nivel de línea de

Velocidad de Persecución La velocidad de persecución es muy crítica, y se se proveen 2 modos: “auto”, donde la velocidad cambia automáticamente, y “sonido”, donde la velocidad aumenta con la amplitud del sonido. Los modos se controlan mediante la llave S2: abierta para “auto”, cerrada para “sonido”. La velocidad automática se determina mediante la variable b5, y cada vez que el programa se repite, habiendo pasado por toda la secuencia de

Figura 2 - Circuito excitador con MOSFET para las lámparas de baja potencia de 12V

Saber Electrónica 64

100V” tal como se usa en algunos sistemas de parlantes de alta potencia. Si desea usar una entrada de micrófono en lugar de una conexión a terminales de parlantes, en la misma Saber Nº 235 se describió un circuito basado en 2 transistores. La salida de nivel sonoro del potenciómetro VR1 de la figura 6 de la parte anterior de este artículo, publicado en Saber Electrónica Nº 235, se conecta a la pata RA0 del PICAXE-18. El nivel de la amplitud sonora se lee mediante el comando readadc 0, b7,que coloca el valor convertido en digital en la variable b7. El resultado luego se duplica y se resta de 200 para dar una lectura (b8) que cae a medida que aumenta el nivel sonoro. Por lo tanto, el comando pause b8 establece el tiempo de pausa de acuerdo con el nivel sonoro (sonido más alto, tiempo más corto). Si no ingresa ningún sonido, entonces las luces se apagan completamente. Esto se logra con el comando if b7 < 10 then none, el cual hace que el programa salte a la rutina llamada none; la cual apaga las luces.

Luces de Persecución Interfaz de las Lámparas de 12V La corriente disponible del PICAXE-18 sólo es adecuada para excitar leds. Si desea excitar lámparas más grandes, se requiere una interfaz. En la figura 2 se muestra un circuito adecuado para un solo canal de la interfaz. Un tipo adecuado de transistor para TR1 es un Darlington como el TIP121. Sin embargo, los MOSFETS son muy competitivos en precio en comparación con los bipolares e incluso requieren menos corriente que un transistor bipolar. Los tipos BUZ11 o BUZ11A son adecuados, aunque si desea hacer la interfaz entre el circuito del PICAXE-18 alimentado por 5V y las lámparas alimentadas por 12V, entonces los MOSFETS son esenciales. Son capaces de conmutar 12V aunque sus compuertas estén excitadas por niveles de tensión de entrada de 0V/5V. A diferencia de los transistores bipolares, no se requiere ningún resistor de limitación de corriente en serie con la compuerta. Si la compuerta no está permanentemente conectada a una fuente de señal (por ej., el PICAXE-18), entonces se requiere un resistor pulldown de 1 Mohm para evitar que la compuerta “flote” y en consecuencia esté sujeta a captar electricidad estática dañina. Sin embargo, si la compuerta está permanentemente conectada al PICAXE-18, entonces este resistor es innecesario, pero no hará ningún daño si se lo deja conectado. El diodo D1 se muestra en paralelo con la lámpara en caso de que la interfaz se use para excitar cargas inductivas tales como motores o relés. Si sólo se usa la interfaz con lámparas, entonces se puede omitir el diodo.

Interfaz de Lámparas Conectadas a la Línea Las lámparas siguen siendo la forma más popular de crear efectos de Luces de Persecución y existe una

Figura 3 - Circuito básico de la Interfaz de Línea

amplia variedad de bulbos reflectores coloreados. La principal ventaja es que aunque cada lámpara esté caracterizada como de 220V 60W, la corriente requerida sólo será de 0,26A. En comparación, una lámpara de 12V 60W requiere 5A. En consecuencia, un sistema de 6 canales que funcione con 12V necesitaría 30A. Esta corriente es demasiado grande para ser viable, y por lo tanto la interfaz de 12V descripta antes es adecuada sólo para lámparas de potencias mucho más bajas. Un circuito de interfaz con la línea funciona con corrientes mucho menores. El problema es que se debe tener cuidado con el riesgo de choque eléctrico con la línea. El circuito de interfaz fue diseñado sobre una plaqueta de circuito impreso que también aloja la fuente de alimentación del PICAXE-18. Se usan optoaisladores para asegurar que la línea no se conecte al circuito del PICAXE-18. El principio de operación se muestra en la figura 3. La señal de baja tensión del PICAXE-18 se mantiene completamente separada de la línea mediante el optoaislador. Este aloja un led y un triac en una sola unidad. Dentro de los límites de tensión especificados por el fabricante (varios miles de voltios), no hay ningún riesgo de que la tensión de línea llegue al led. Se puede usar cualquier tipo de

optoaislador con triac, pero se recomienda el tipo de “cruce por cero”. Esto asegura que la sinusoide de la tensión de línea se conecta o se desconecta en el momento en que la tensión pasa por cero. Esto reduce mucho el riesgo de interferencia de radio u otros efectos indeseados al punto de que no se necesita ninguna precaución en este circuito. Por lo tanto, los únicos restantes componentes que se requieren son 2 resistores y un triac de potencia. Este último puede conmutar una alta corriente de línea y el tipo sugerido es de 8A. Sin embargo, esta corriente no debe pasar por las pistas de la plaqueta de circuito impreso, ya que el máximo es de aproximadamente 1A. Los triacs van provistos de láminas disipadoras aisladas, y en extensas pruebas se encontró que no se recalentaban en absoluto, por lo cual no se necesitan disipadores adicionales. El circuito completo de la interfaz para 6 canales se muestra en la figura 4. Cada bloque terminal de salida (por ejemplo, TB2) provee la alimentación a cada lámpara. Por supuesto, es posible conectar varias lámparas a cada bloque para alimentar varios conjuntos de lámparas, con tal que no se exceda la corriente máxima del sistema. Esta depende de varios factores, pero se puede tomar un máximo de 1A por canal como guía útil.

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Montaje

Figura 5 - Detalles del cableado y distribución de los componentes de la plaqueta del Controlador del Perseguidor

Fuente de Alimentación La interfaz de la figura 4 incluye una fuente de alimentación de 5V formada por el transformador T1, el puente rectificador REC1, el regulador de tensión IC7, y los capacitores C1 y C2. Esta fuente alimenta el circuito del PICAXE-18. El transformador T1 es del tipo que se monta sobre circuito impreso, con una especificación de 1,5VA. Tiene 2 bobinados en paralelo, y cada

uno es capaz de proveer 6V de alterna y 0,125A. Cuando se rectifica mediante REC1 y se alisa mediante C1, la tensión continua es de 7V (=6V x 1,41 - 1,4V). Los 1.4V representan la caída de tensión a través de los diodos del puente rectificador. La corriente de la fuente es de 180mA. En la práctica, los pequeños transformadores tienen mala regulación, de modo que la tensión real puede ser casi el doble de la esperada sin carga, o sea cuando no entrega corriente.

El regulador de tensión IC7 provee una fuente exacta de 5V para el PICAXE-18. El capacitor C2 ayuda a eliminar cualquier pico que pueda estar presente en la fuente. Las variaciones en la tensión rectificada alimentadas al regulador no afectan la tensión de salida, con tal que la tensión de entrada esté en o por encima de 7V de continua.

Figura 4 - Circuito completo de la Interfaz de Línea de 6 Canales

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Luces de Persecución Construcción Primero arme la plaqueta de circuito impreso del PICAXE-18. En la figura 5 se muestra la disposición de los componentes y los detalles de interconexión. Comience soldando el zócalo dil de 18 patas, y luego inserte los componentes restantes como se muestra. Asegúrese de que los leds y el capacitor C1 se coloquen de la forma correcta. Se requiere el conector TB1 si el PIC debe programarse en el circuito. Los terminales TP1 y TP2 se usan en caso de que el PIC necesite reinicialización. Dado que esto es probable que sea un requisito infrecuente, no conviene conectar una llave pulsadora, y se puede poner la hoja de un destornillador (o cualquier objeto metálico) entre las patas para reinicializar el PICAXE. La plaqueta ahora es una unidad independiente en la cual sólo los leds proveen las luces de persecución, controladas por sonido junto con el amplificador de micrófono y/o la bomba de diodos que se trataron en la Parte 2 con relación al Vúmetro. No obstante, si tenemos que usar esta plaqueta con la de interfaz de las lámparas conectadas a la tensión de línea, ponga 6 conductores de distin-

Figura 6 - Detalles de interconexión, distribución de los componentes, y circuito impreso en tamaño real de la Interfaz de Línea de 6 Canales

tos colores y sóldelos a los mismos agujeros que los usados por los resistores R5 a R11 (o directamente a los alambres apropiados de los resisto-

res, como se hizo en el prototipo). También ponga 2 conductores de colores para las conexiones de la fuente de alimentación.

Figura 5b - Parte cobreada de la plaqueta de circuito impreso en tamaño real

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Montaje niendo mucho cuidado de ponerlos de la forma correcta. Asegúrese de revisar completamente el armado y las soldaduras antes de aplicar potencia.

Alojamiento y Opciones de Presentación

Unidad de Interfaz completada. Los 6 agujeros para los cables de salida a las lámparas deben tener arandelas aislantes de ajuste montadas en ellos

Construcción de la Interfaz de Línea Esta construcción sólo debe ser llevada a cabo por aquéllos que tengan experiencia en circuitos alimentados por la línea. En la figura 6 se ven los detalles de la distribución de los componentes y de las pistas. Comience el armado con los zócalos dil de 6 patas, y a

continuación los resistores y el capacitor C2. Es muy importante que los triacs, el regulador IC7 y el puente rectificador REC1 se inserten de la forma correcta. Luego ponga las tiras de terminales, asegurando que el acceso al cableado externo sea desde el borde de la plaqueta. Como acto final, monte el transformador de línea sobre la plaqueta. Sus patas deben estar cuidadosamente alineadas antes de insertarlas en su lugar y soldarlas. Finalmente, inserte los optoaisladores (IC1 a IC6) en sus zócalos te-

Simple caja de presentación con lámparas

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El prototipo fue alojado en cajas separadas para asegurar que todas las partes de baja tensión estuvieran completamente separadas de las partes relacionadas con la tensión de línea. Las 2 cajas se pueden atornillar para unirlas, o alternativamente la interfaz de línea se puede alojar como parte del sistema de iluminación conectado a la línea. Si se lo usa solamente para una presentación con leds, entonces se debe elegir la caja con cuidado a fin de que se pueda emplear una presentación atractiva de leds, montados en la tapa de la caja. Note que un máximo de 2 leds se pueden conectar en serie, dado que cada led tiene una caída de tensión directa de 2V. Un máximo de 2 leds se pueden conectar en paralelo, y por lo tanto el número total de leds por canal es 4. Si se requieren más leds por canal, entonces se requiere la interfaz con MOSFETs.

Distribución de los componentes dentro de la caja del Controlador. También incluye el preamplificador de micrófono

Luces de Persecución MIC1, y los cables para conectar a la interfaz de las lámparas de línea en una caja separada.

Distribución de los componentes dentro de la caja del Controlador. También incluye el preamplificador de micrófono

El prototipo fue hecho para perseguir luces de línea y el conjunto de leds sobre la plaqueta se usó para indicar que el circuito funciona. La plaqueta fue montada en una caja transparente de manera que los leds se puedan ver, confirmando que el circuito de control está funcionando. La ca-

ja usada en el prototipo mide 12 x 6,5 x 4 cm. Esta caja también aloja la plaqueta perforada del preamplificador de micrófono y la bomba de diodos. Se hicieron agujeros para el potenciómetro de nivel sonoro VR1, la llave S2, el micrófono tipo electreto

Lista de Componentes Circuito de control Resistores R1 - 10k R2, R4, R13, R15, R16 - 22k R3 - 4,7k R5 a R10 - 330ohm Todos los resistores de película de carbón, 1/4W, 5% Capacitores C1 - 470 microF electrolítico radial, 16V Semiconductores D1 a D6 - leds rojos IC1 - microcontrolador PICAXE-18 Varios B1 - batería de 4,5V S2, S6 - llave inversora TB1 - conector serie de 3 patas TP1, TP2 - patas terminales de 1mm Circuito de Interfaz de Línea Resistores R1, R4, R7, R10, R13, R16 - 120ohm R2, R5, R8, R11, R14, R17 - 56ohm R3, R6, R9, R12, R15, R18 - 330ohm todos los resistores de película de carbón, 1/4W, 5% Capacitores C1 - 1000microF, eletrolítico radial, 25V C2 - 100nF, cerámica tipo disco Semiconductores REC1 - rectificador puente, 1,5A, 50V CSR1 a CSR6 - TIC226 (triac)

Alojamiento de la Interfaz de Línea Se debe tener cuidado de que nada entre en contacto con la tensión de línea. En consecuencia, se requiere una caja de plástico de buena calidad para la interfaz de las lámparas. Se requieren agujeros para las arandelas aislantes del cable de entrada de la línea y de los cables de salida a las lámparas; éstas también deben fijarse mediante arandelas aislantes de ajuste. Haga un agujero para los cables de baja tensión requeridos entre el perseguidor y la interfaz. Dichos cables también deben usarse junto con una arandela aislante de ajuste. Incluir una llave de encendido/apagado de la tensión de línea y un fusible montado sobre panel. El valor

IC1 a IC6 - TLP3042 (optoaislador con triac de cruce cero) IC7 - regulador de tensión 7805, 5V, 1A Varios T1 - transformador de línea con 2 bobinados secundarios de 6V (alterna),1,5VA, para montaje sobre plaqueta de circuito impreso. TB1, TB4, TB7, TB10 - Bloques de terminales de 2 vías con tornillos de ajuste, para montaje sobre plaqueta de circuito impreso. TB2, TB3, TB5, TB6, TB8, TB9, TB11 - Bloques de terminales de 3 vías, con tornillos de ajuste, que soporten la tensión de línea y de montaje sobre plaqueta de circuito impreso. Plaqueta de circuito impreso Zócalo dual-in-line (dil, o doble en línea) de 6 patas Arandelas aislantes para ajuste de cables Caja de plástico robusta Soportes de plaqueta. Llave de 2 polos y 2 posiciones que soporte la tensión de línea y de 1A Portafusible de montaje sobre panel Fusible adecuado a las lámparas Cable de conexión que soporte la tensión de línea Soldante, etc, etc. Circuito con MOSFET para un solo canal R1 - 1M, 1/4W, 5% (resistor de película de carbón) D1 - 1N4001 (diodo rectificador) TR1 - MOSFET BUZ11 LP1 - Lámpara de 12V Plaqueta perforada con 5 tiras, número de agujeros de acuerdo a la cantidad de canales

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Montaje guidor en lugar de la batería. Ud. debería obtener una lectura de 5V, pero podría estar entre 4,75 y 5,25V. Una lectura significativamente diferente es probable que indique que el regulador IC7 está insertado incorrectamente. Finalmente, cuando las lámparas se conectan a la unidad de interfaz de línea, éstas deben copiar a los leds. Si es necesario encontrar alguna falla, asegúrese que la unidad esté desconectada de la línea cuando abra la caja.

Unidad de Iluminación

Fig. 7 Distribución de los componentes en la plaqueta perforada del excitador de lámparas de baja potencia de 12V con MOSFETs. Se muestra una sección de 2 canales en la foto superior. Esta disposición se puede repetir para el número requerido de canales

del fusible se debe elegir de acuerdo con la potencia de las lámparas utilizadas. Note que las arandelas aislantes adicionales, la llave y el portafusible requerirán el uso de una caja mayor que la usada en el prototipo, la cual mide 14,7 x 8,8 x 5,4 cm. Fije firmemente la plaqueta a la base de la caja mediante soportes de plaqueta.Revise la exactitud del cableado y luego atornille la tapa de la caja antes de conectar la interfaz a la línea.

Prueba Primero revise la unidad de persecución sola con una batería separada de 4,5V. Con el PICAXE-18 programado ya insertado, enciéndala y verifique que los leds responden como se esperaba cuando la llave S2 está puesta en “auto”, y también cuando se aplica sonido por el método elegido y S2 está puesta en “sonido”.Los sonidos recibidos por el micrófono deben ocasionar una pequeña tensión variable aplicada a la pata RA0. Los niveles de tensión variables deben hacer que las luces se enciendan y persigan como se trató anteriormente. Es esencial revisar la exactitud de la fuente de 5V de la unidad de interfaz antes de conectarla al perse-

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En el prototipo la unidad de iluminación de 6 lámparas provee una presentación espectacular, y se puede construir de madera pintada de negro como se muestra en la foto. No se ofrecen detalles de construcción. Un piso falso permite que se escondan los cables. Si se requiere, la unidad de interfaz se puede alojar en el espacio entre el piso falso y la cara externa de la unidad.

Interfaz con MOSFETs En la figura 7 vemos los detalles del armado de la plaqueta perforada de la interfaz con MOSFETs. A la derecha se muestra un segundo canal, ilustrando qué pistas se deben romper en la plaqueta. Esta disposición de componentes y roturas se puede repetir para el número requerido de canales. Dado que el MOSFET se usa como una llave lógica, debe ser capaz de conmutar una corriente de hasta 1A sin disipador. Sin embargo, si por cualquier razón la lámpara no se ilumina completamente, esto podría deberse a que el MOSFET no conduce completamente, haciendo que se caliente mucho. Si eso ocurre, desconecte la potencia inmediatamente y corrija la causa de la falla. ✪

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Cuaderno del Técnico Reparador

Cómo Medir Transformadores de Pulso y Fly-Backs Los técnicos reparadores están acostumbrados a “montar” pequeños instrumentos que le enseñan a probar diferentes componentes incluso, en la colección del Club Saber Electrónica, en el tomo Nº 8, le enseñamos a montar un probador de diodos rápidos. Basándonos en dicho instrumento, en este artículo le enseñamos qué modificaciones debemos realizar para medir transformadores de pulso y fly-backs.

Por: Ing. Alberto H. Picerno

Introducción Con un generador de pulsos como el que Usted puede armar para probar “diodos rápidos” podemos también probar transformadores de pulsos. ¿Qué tiene que ver un diodo con un transformador? Prácticamente nada. Pero para probar un diodo puede usar un generador de pulsos rectangulares de 60kHz, con un período de actividad del 10% y veremos que con él también se pueden probar otros componentes. ¿Qué pasará si la salida de este generador se la aplicamos al primario del transformador de pulsos? Para eso vamos a tener que estudiar cómo funciona un transformador de pulsos, cosa que será de gran utilidad para cualquier reparador. Por otra parte, si fabricamos un medidor de choppers (transformadores de pulso) sería una lástima que

no lo utilizáramos para medir flybacks. Por supuesto que nuestro probador no tiene posibilidades de probar el fly-back en las condiciones de trabajo, es decir con 25kV en el terciario de AT. Pero eso no importa porque la prueba de AT siempre se hace por separado; primero se prueba que el primario del fly-back no esté en cortocircuito y recién después se prueba con tensiones altas. Para realizar nuestras pruebas vamos a suponer que Ud. tiene osciloscopio y un téster digital que no mide inductancia, pero que si solamente tiene un téster puede hacer la parte más importante de la prueba (quizás no pueda medir la inductancia del primario, pero va a poder probar si el transformador no está en corto).

Teoría de los Transformadores de Pulso Un transformador de pulsos se comporta como un transformador común de 50Hz salvo por el hecho de

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que acopla una amplia gama de frecuencias, de modo de poder acoplar la señal aplicada a su primario en sus bobinados secundarios sin pérdidas ni distorsiones. Un transformador ideal acopla toda la energía del primario a sus bobinados secundarios. Es decir que no desperdicia nada de su campo magnético. Todo el campo magnético producido por la corriente de primario llega a todos y cada uno de sus secundarios. Esta situación ideal nunca se cumple en la realidad. Siempre existe una parte del campo magnético generado por el primario que se cierra por el aire y no genera tensión en el secundario. De este modo, para representar un transformador real debemos dibujar un transformador ideal con un inductor en serie con el primario que represente la inductancia de pérdidas también llamada inductancia de dispersión. Ver la figura 1. Cuánta energía se desperdicia en la inductancia de dispersión? En principio no se puede establecer si no se sabe cuál es la inductancia del pri-

Cómo Medir Transformadores de Pulso y Fly-Backs pérdidas (Nota: los valores indicados son realistas para un transformador chopper promedio). Ahora vamos a estudiar lo que más nos interesa:. Cómo se transfiere un resistor colocado en un secundario sobre el bobinado primario. Es decir, si por ejemplo se conecta un resistor de 1 Ohm sobre el secundario de nuestro transformador reductor de 10.

Figura 1

mario del transformador. Si T1 es un transformador ideal su inductancia será infinita y no habrá caída de tensión en la inductancia de dispersión. Pero si se trata de un transformador real tendrá un valor finito que recibe dos nombres, a saber: inductancia de magnetización o simplemente inductancia del primario. Para que nuestro circuito se parezca a un circuito real hay que agregarle en paralelo con el primario una inductancia que represente al valor de la inductancia de magnetización. En la figura 2 se puede observar un circuito mas completo en donde se observa el transformador ideal con una inductancia de dispersión en serie y un inductor de magnetización en paralelo. Observe que con los valores indicados en el circuito 100µHy y 10mHy el 1% de la tensión del generador se pierde en la inductancia de dispersión. El 99% restante llega al primario y se transfiere al secundario sin

¿Cómo se refleja sobre la entrada? Si es un transformador ideal con inductancia primaria infinita se transfiere al primario como una resistencia pura de 100 Ohm. Esto parece extraño porque la intuición parece indicarnos que debería transferirse como un resistor 10 veces mayor. Pero en este caso la intuición se equivoca. Lo que ocurre es que siempre debe cumplirse la ley de transformación de la energía que nos indica que el resistor de 1 Ohm colocado en el secundario debe disipar la misma energía que su equivalente conectado sobre el primario. Si aplicamos 1V al primario, en el secundario aparecerán 100 mV dada la relación de espiras del transformador. La corriente del secundario de-

berá cumplir con la ley de Ohm, lo cual significa que circularán por el secundario 100mA y como el transformador es de 10 a 1 por el primario pasarán 10mA cuando aplicamos 1V. La potencia en el resistor virtual reflejado sobre el primario será 1V x 10mA = 10mW y sobre el resistor físico del secundario será 100 mV x 100mA = 10mW. Si ahora aplicamos la ley de Ohm podremos averiguar el valor reflejado sobre el primario, como el de un resistor que hace circular 10mA cuando se le aplica 1V, es decir 1V/10mA = 100 Ohm. Para el caso general de una relación de transformación igual a “n” un resistor de valor R se transferirá multiplicándolo por “n” al cuadrado. Hasta ahora vimos el caso de un transformador ideal. Si se trata de un transformador ideal la corriente tomada por el primario tendrá dos contribuciones. Una es la que ya conocemos debida al resistor equivalente del secundario transferido al primario y la otra es la debida a la inductancia de dispersión del primario. Estas dos corrientes alternas tienen diferente ángulo de fase. La primera es una corriente resistiva y podemos considerar que su corriente tiene fase cero. La segunda es una componente inductiva pura y tiene una fase de -90° (en el inductor la corriente atrasa con respecto a la tensión). Ahora viene lo importante para un reparador: Cómo se manifiesta

Figura 2

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Cuaderno del Técnico Reparador Figura 3

en el primario un cortocircuito entre espiras. Todo depende de qué tan resistivo es el cortocircuito y cuál es la relación de espiras existente entre el sector del bobinado en corto y el primario. Si por ejemplo el transformador es de 10 a 1 y el corto está a la décima parte del total del secundario, se transfiere como una relación de 1 a 100 y si tiene un valor resistivo de 1 Ohm, se transferirá como de 1 x 10.000, es decir de 10kΩ. En cambio si el corto entre espiras está entre la primera y la última espira y tiene el mismo valor de 1 Ohm se transferirá como de 10 al cuadrado por uno, es decir 100 Ohm que es casi un corto comparado con el anterior de 10kΩ. Si el transformador está en buenas condiciones y con el secundario descargado sobre el primario se refleja una resistencia infinita, es decir que sólo nos queda la inductancia de dispersión del primario. También se puede hacer el siguiente análisis: “Si el transformador no tiene ningún problema, la inductancia de magnetización es equivalente a un inductor de alto Q (Q = factor de mérito de un inductor). Si el corto está sobre el total, el factor de mérito se reduce muchísimo y si está a nivel de las primeras espiras se reduce mucho menos”

¿Y la inductancia de dispersión qué función cumple en todo esto? Si se hace un corto franco sobre un secundario, este corto se transfiere al primario también como un corto porque la relación de espiras al cuadrado puede tener un valor muy alto pero los cero ohm del secundario multiplicado por ese valor siempre darán un valor nulo. Pero a la inductancia de dispersión no hay como cortocircuitarla y siempre está presente y es realmente lo que medimos cuando un transformador tiene un secundario en cortocircuito. ¿Y si lo que está en cortocircuito es el primario? En realidad esto no cambia nada; ese cortocircuito parcial se refleja igual que un cortocircuito de un secundario y reduce el Q tanto como sobre otros bobinados. Toda la lata anterior nos indica que si construimos algún medidor que nos indique aunque sea en forma grosera, cuál es el Q del primario podremos separar entre transformadores buenos y malos. Antes de abandonar la teoría queremos mencionar que no es fácil encontrar todos los transformadores chopper dañados, porque muchos de ellos no tienen un cortocircuito franco sino una perdida de aislación del esmalte. Cuando se prueban a

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baja tensión de entrada el arco no salta y el transformador supera la prueba.

Transformador Excitado con Señales Impulsivas Si un transformador se alimenta con un generador de señal rectangular sin conectar nada a sus secundarios, estamos en realidad probando una bobina de alto Q si el trafo (transformador) está bien y de bajo Q si está mal. Y cuando se excita una bobina con una onda rectangular se genera en realidad una señal amortiguada. De la característica de la amortiguación podremos sacar conclusiones de la falla. También se puede excitar a alta impedancia y observar la caída de tensión sobre el propio primario del transformador. Esta es precisamente la técnica que vamos a utilizar en la modificación del probador de velocidad de diodos. La sección osciladora y amplificadora es exactamente igual a la vista en la entrega anterior en cualquiera de sus dos versiones, es decir con compuertas o con PIC. Lo único que cambia es la sección de medición ver la figura 3. Observe que ahora sobre el co-

Cómo Medir Transformadores de Pulso y Fly-Backs Figura 4

lector tenemos dos circuitos de medición. El de la parte superior es el conocido probador de velocidad de diodos. El de la parte inferior es un simple detector a diodo que mide la tensión sobre el primario del transformador bajo prueba, que está excitado desde el colector del amplificador con un resistor de 680 Ohm. Observe que si el primario presenta una resistencia transferida alta prácticamente no producirá caída de tensión sobre el resistor y el detector medirá una tensión de salida de unos 10V. Si el transformador tiene espiras en corto, ese cortocircuito se reflejará Figura 5

sobre el primario reduciendo la resistencia equivalente a unos pocos Ohm y el detector indicará prácticamente un valor nulo. Si Ud. no tiene osciloscopio puede medir la tensión sobre el capacitor con un téster. En nuestro caso se utilizó, para probar el medidor, un transformador chopper de un TV SHARP 3050 y otros de TVs “Serie Dorada” y Goldstar. Las mediciones de transformadores en perfecto estado son del orden de los 8V y la de transformadores malos de alrededor de 2,5V. Aunque en todos los casos la diferencia fue neta estamos seguros que,

de acuerdo a la teoría que explicamos en esta misma entrega, seguramente se encontrarán transformadores donde la resistencia equivalente reflejada al primario sólo se reduce en un pequeño valor que quizás el téster no logre detectar. En esos casos es posible que la observación con osciloscopio termine de indicarnos un transformador con fugas. En la figura 4 se puede observar la sección agregada de medición simulada en un LW (Live Wire). Observe que reemplazamos el primario del transformador por un circuito RLC para hacer un circuito más completo. El capacitor C2 representa la capacidad distribuida del bobinado primario y de los secundarios reflejada al primario. El resistor R2 es el equivalente al Q del bobinado primario de un transformador en buenas condiciones y L1 es la inductancia de magnetización del primario. Recuerde hacer las mediciones con una punta divisora por 10 y a 2µS por división de la base de tiempo horizontal. Es aconsejable realizar, en primera instancia, una medición sobre el colector del transistor amplificador representado en nuestro circuito por el generador de funciones. Esta señal será en todos los casos, la señal de referencia del sistema de medición. Ver la figura 5. Cuando se prueba un transformador en buenas condiciones se puede obtener sobre su primario un oscilograma como el indicado en la figura 6. Lo más importante de este oscilograma es que el mismo tiene un semiciclo negativo que, evidentemente, se produce por las características reactivas del transformador. Cuando más grande sea el ciclo negativo mayor será el “Q” del circuito y será menos probable la posibilidad de un cortocircuito entre espiras. Nuestro detector sóßlo mide el semiciclo positivo así que veremos una posterior modificación con un detector de valor p.a.p (pico a pico) que incrementa el discernimiento del probador.

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Cuaderno del Técnico Reparador Otra medición posible de realizar, es el consumo del primario conectando el osciloscopio sobre el resistor R1. En este caso, un transformador en buenas condiciones deberá tomar una corriente relativamente baja tal como la que se observa en el oscilograma 7. Cuando se conecta un transformador en malas condiciones los oscilogramas se modifican considerablemente, obteniéndose algo similar a lo indicado en la figura 8 con el osciloscopio sobre el primario. Observe que la forma de señal es prácticamente una replica de la tensión del generador con mucha menor amplitud. La razón es que la resistencia de las espiras en corto se reflejan como una resistencia relativamente pura. La forma de tensión sobre el resistor R1 será también mucho más resistiva y tendrá una amplitud considerablemente mayor como la indicada en la figura 9.

Figura 6

Figura 7

Detector de Tensión Pico a Pico Un detector de valor p.a.p se construye con dos diodos 1N4148, tal como se muestra en la figura 10 y nos permite medir los dos semiciclos y como valor agregado permite el filtrado de las tensiones continuas que pudiera tener el generador. Se puede observar el oscilograma de tensión sobre el diodo D1 que no permite que la tensión sobre él pase al cuadrante inferior. El diodo D1 termina la tarea rectificando el valor de pico de la señal. Como se puede observar, lo que no podemos evitar es la pérdida debida a las barreras de ambos diodos. Esto tiene una solución que se puede observar en la figura 11 y que consiste en prepolarizar los diodos agregando una tensión de 1,2V aproximadamente en el ánodo de D2. Antes de realizar alguna medición se debe ajustar el preset VR1. Desconecte la punta de medición (punta iz-

Figura 8

quierda de C2 en el aire) y ajuste el preset para que el téster digital indique unos pocos mV. Así se compensaron las barreras de D1 y D2 y cualquier tensión aplicada a la entrada será medida por el circuito aunque sea inferior a una barrera. Este detector de tensión p.a.p tie-

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ne una aplicación general que va mas allá de la medición de chopper donde realmente no se necesita anular el error de las barreras. La aplicación mayor es medir señales allí donde hay un valor medio que puede alterar la medición. En efecto, el capacitor C2 filtra cualquier componente conti-

Cómo Medir Transformadores de Pulso y Fly-Backs Figura 9

nua y el circuito sólo mide la tensión pico a pico de alterna. Como ejemplo este detector tiene una enorme aplicación cuando se desea medir el puerto de comunicaciones de un micro (DATA y CLOCK) o la tensión de salida horizontal de un jungla. En nuestra aplicación cuando se utiliza la sonda detectora p.a.p, la medición de un transformador en buenas condicio-

nes da un valor de 10V y una mala de 1,5V. Mediciones de Inductancia Muchas veces se desea medir realmente la inductancia de un transformador y sólo se cuenta con un téster digital común que no mide inductancia.

¿Se puede hacer algún medidor casero de bajo precio que nos permita medir las inductancias más comunes de un TV o un monitor? Se puede y es una aplicación del medidor que vimos hasta ahora, sobre todo si Ud. construyó la versión con PIC porque la misma permite cambiar la frecuencia de clock y el periodo de actividad del oscilador con una gran facilidad. El instrumento que le proponemos realizar se llama qúmetro y no es un invento del autor. Los qúmetros comerciales están construidos para frecuencias de hasta 1GHz. Nosotros construiremos un instrumento para la banda alta de audio con un alcance máximo de unos 200 o 300kHz y un mínimo de unos 10kHz y nos permitirá medir la inductancia de magnetización de transformadores chopper y Figura 10

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Cuaderno del Técnico Reparador Figura 12

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fly-backs e inductores en general incluyendo yugos en su sección horizontal y vertical y bobinas de filtrado de baffles. Como se puede apreciar tenemos una meta bien amplia para nuestro sencillo y económico probador. Un Qmetro o qúmetro, como su nombre lo indica, mide el Q de inductores y capacitores, y su valor de inductancia o de capacidad. El Q o factor de mérito de un inductor nos indica qué tan ideal es el inductor bajo medición, es decir si se trata de un inductor puro o tiene alguna componente resistiva agregada. En la figura 12 dibujamos un inductor real, su circuito equivalente serie y su circuito equivalente paralelo. Los tres circuitos representan lo mismo: un inductor real. A la izquierda se lo dibujó tal como aparece en un circuito; su componentes resistiva y capacitiva no se dibujan, pero el téc-

nico sabe que existen y no se dibujan para no complicar el circuito. En el medio se dibuja uno de los circuitos equivalentes completo del inductor, el llamado “equivalente serie”. Este circuito posee un resistor en serie con la bobina ideal que representa las pérdidas del inductor y un capacitor en paralelo que representa la capacidad distribuida del bobinado. ¿Qué entendemos por perdidas en el inductor? Si se trata de un inductor con núcleo de aire, el resistor R representa sólo la resistencia del alambre de cobre. Si tiene núcleo de hierro laminado o de ferrita, en él se involucra tanto la resistencia del bobinado como las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corrientes de Focault. No necesitamos explicar con detalle por qué se producen estas pérdidas, sim-

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plemente digamos que el núcleo se calienta y eso significa que tiene perdidas y esas pérdidas deben ser representadas tal como se hace con la resistencia del bobinado. Las pérdidas del núcleo equivalen a un nuevo resistor en serie con la bobina que se suma al anterior para simplificar el circuito. Si tomamos el circuito real y lo conectamos a un generador, por el circulará una corriente y esa corriente producirá caídas de tensión en las componentes inductiva y resistiva. También circulará una corriente por él capacitor, pero dado que el mismo está conectado en paralelo con el generador se puede analizar por separado como una rama paralelo. Analicemos la rama del inductor con su resistor de pérdidas en serie. Ver la figura 13. En el dibujo pretendemos demostrar que la segunda ley de Kirchoff tiene carácter universal, es decir que la

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Figura 14 suma de las caídas de tensión de la red siempre son iguales a la tensión de la fuente. Lo que hicimos entonces es colocar un osciloscopio sobre el inductor ideal y otro sobre el resistor. Evidentemente la suma de ambos debe ser igual a la indicación del osciloscopio conectado sobre el total del circuito serie. Sin embargo, el circuito total tiene aplicada una tensión de 5V y en el resistor se obtienen 2V y en el inductor 4,5. Como 4,5V + 2V es igual a 6,5V parecería que no se cumple la segunda ley de Kirchoff cuando se trabaja con corriente alterna. Si Ud. observa los oscilogramas con atención, podrá encontrar la razón de esta falacia. La fase de los oscilogramas está corrida. Si consideramos que la corriente por el circuito está en fase con la tensión sobre el inductor, podemos asegurar que la tensión en el inductor está atrasada con respecto a la corriente y que en nuestro ejemplo ese ángulo es de exactamente 90° porque utilizamos un inductor ideal. El ángulo entre la corriente y la tensión aplicada al circuito equivalente es, en este caso, de 30° y además podemos asegurar que la tensión adelanta a la corriente. Si sumamos las componentes inductiva y resistiva considerando que se encuentran a 90°, entonces sí se cumple la segunda ley de Kirchoff. Si el lector se acuerda del teorema de Pitágoras no tendrá dudas que el cuadrado de la tensión del generador (hipotenusa = 5V) es igual al cuadrado de la caída de tensión sobre el resistor (cateto opuesto 2V) más el cua-

drado de la caída de tensión sobre el inductor ideal (cateto adyacente 4,5V). Lo que a nosotros nos interesa es calcular el Q de nuestro circuito, que se define como la energía reactiva (sobre el inductor) dividida por la energía resistiva (sobre el resistor). Como la corriente circulando por ambos componentes es la misma, en lugar de dividir las energías podemos dividir directamente las tensiones y entonces tendríamos un Q de 4,5V/2V que es igual a 2,5. Por lo general los inductores tienen una componente reactiva mucho más grande que la resistiva y entonces el cociente tiene un divisor muy pequeño dando valores de Q del orden de 100. En nuestro caso pusimos una componente resistiva muy grande para que los desfasajes sean más evidentes. Existen dos disposiciones de Qmetro que se utilizan de acuerdo a las mediciones a realizar. La más conocida es la del Qmetro serie que estudiaremos en el próximo apartado.

Construcción de un Qmetro Serie Nuestra meta es medir inductancia (L) y factor de mérito (Q). De la medición de Q ya sabemos bastante pero hasta ahora no dijimos cómo se puede medir la inductancia. Sólo tenemos un generador de onda rectangular construido con un PIC que nos puede entregar una onda rectangular de 5V de pico con un período de actividad del 10% y una frecuencia del orden de los 60kHz. Modificar ese generador para que funcione a frecuencia variable entre 10kHz y 300kHz con un tiempo de actividad del 50%, es una tarea simple que sólo requiere un cambio de programación del PIC. Para medir L debemos tener un

capacitor variable calibrado. Si lo hacemos resonar con el inductor a medir, la fórmula de Thompson nos dirá cuál es su inductancia. En la figura 14 se puede observar el circuito propuesto, que por otro lado es sumamente simple de implementar. Si Ud. está realmente haciendo la simulación debe tener en cuenta un detalle de los simuladores. Algunos trabajan con inductores reales (por ejemplo el Live Wire) y otros con inductores ideales (como por ejemplo el Multisim). En el primer caso los inductores tienen fijado un Q del orden de 3 o 5 y no se puede pretender realizar una simulación con un Q mayor. En el otro caso, antes de realizar la simulación, debe diseñar un inductor con una cierta resistencia en serie o paralelo para que el inductor simulado se parezca al real. ¿Cómo funciona nuestro circuito de medición? La idea es hacer resonar la bobina con un capacitor externo conocido. Cambiando la capacidad o la frecuencia. Como sea, el punto de resonancia es aqu´l en que la reactancia capacitiva se iguala con la inductiva. En ese momento, si ambos componentes son ideales (no tienen componente resistiva) a la frecuencia de resonancia las reactancias se anulan porque tienen ángulos opuestos. Es decir que en inductor la tensión adelanta 90° a la corriente y en el capacitor atrasa 90°. Como la corriente es única, por tratarse de un circuito serie, esto significa que la tensión sobre el inductor tiene un desfasaje de -90° y en el capacitor de +90°. Esto hace un total de 180° que equivale a decir que ambas tensiones son opuestas. Y si son opuestas se anulan, lo que equivale a decir que ambas reactancias consideradas en su conjunto son equivalentes a un cortocircuito. Con componentes reales no se anulan totalmente, pero la impedancia serie se reduce considerablemente en el punto de resonancia permitiendo la realización de una medición.

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Cuaderno del Técnico Reparador ¿Qué medimos? En realidad se pueden medir varias parámetros para determinar la resonancia, dependiendo de las características de nuestro medidor. Por ejemplo se puede medir la corriente por el circuito serie. Pero también se puede medir la tensión sobre el inductor o sobre el capacitor. Cualquiera de estos parámetros a valor máximo implica resonancia tanto si se cambia la capacidad como si se cambia la frecuencia. La medición de tensión sobre el capacitor presenta algunas ventajas de diseño que no deben desaprovecharse. Una de estas ventajas es la facilidad de calibración del Qmetro. En el Qmetro serie se puede demostrar que la tensión sobre el capacitor es Q veces más grande que sobre el generador (si se considera que el Q del capacitor es mucho más grande que el del inductor, lo que por lo general es absolutamente cierto). Por ejemplo si el generador entrega 1V y sobre el capacitor se miden 30V, significa que el Q del inductor es de 30. Observe que si usamos el mismo medidor para ajustar la salida del generador (calibración), que para medir (medición) no tiene importancia el error absoluto del medidor porque la medición es comparativa y no absoluta. En nuestro caso, el eslabón mas débil es justamente el medidor debido a la presencia de los diodos detectores. Conclusiones En otro artículo vamos a cómpletar nuestro diseño indicando como calibrar nuestro Qmetro de baja frecuencia. La calibración deberá realizarse con patrones de inductancia que tienen un enorme valor por sí mismo. Le adelantamos de qué se trata: Imagínese que Ud. dude de un inductor de la etapa PWM de un monitor (por ejemplo supone que tiene espiras en corto). Si tiene construido su Qmetro lo puede medir; pero si el

Qmetro le dice que está mal cómo lo reemplaza para estar seguro de que el monitor no tiene algún problema más. Nuestra idea es realizar un inductor de uso general con un núcleo de un fly-back en desuso que tenga múltiples derivaciones para seleccionar, por ejemplo, desde 0,3mHy a 3mHy en 10 pasos. Este inductor nos permitirá reemplazar los componentes más importante de un monitor o un TV en forma provisoria, de modo tal que encaremos luego una compra estando seguros de no fracasar. El ejemplo mas significativo es el yugo horizontal o vertical de un TV o un monitor. No existe componente más complejo de reemplazar que un yugo, debido a que su montaje sobre el cuello es una verdadera tarea de precisión. No se trata de aflojar una abrazadera y sacar el yugo. Antes hay que sacar el conjunto de imanes de convergencia y pureza y luego de cambiar el yugo hay que volverlos a ajustar. Muchos reparadores suelen sacar alegremente el yugo para “llevarlo a medir”. Cuando le confirman que el yugo está bien lo vuelven a colocar y buscan la verdadera falla. Cuando la encuentran se llevan la sorpresa de que el monitor o TV arranca pero con errores de pureza y convergencia. Si intentan el ajuste al azar de los imanes, por lo general demoran varias horas para obtener sólo un funcionamiento apenas aceptable. Con nuestro medidor Ud. podrá medir la inductancia en forma precisa de yugos, flay-backs, inductores de PWM de monitores, transformadores chopper, etc. Luego podrá simularlos para probar el circuito en forma real y asegurar el diagnóstico. El tema de los fly-backs es un caso aparte y nuestro medidor solo puede indicarnos la presencia de cortocircuitos a baja tensión. Pero la prueba más importante es justamente la de arcos y si no la realizamos es imposible saber a ciencia cierta el estado del fly-back.

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¿Cómo prueban un fly-back en los negocios de electrónica? Todo depende de la seriedad del negocio, puede ser que tengan un probador profesional, pero por lo general lo hacen con un probador casero de dudosa exactitud. Ese probador es un TV o un monitor que funcionen aceptablemente bien. El fly-back bajo prueba se conecta en paralelo con el fly-back del probador y se observa la pantalla. Si no se apaga y no saltan arcos se supone que el fly-back está en buen estado. El principio de la prueba no es erróneo, pero su implementación debe ser muy cuidadosa. Un flyback que no chispea en 25kV puede chispear en 25,1kV. Y además un fly-back que no genera AT no chispea pero no funciona. En síntesis, que el probador de fly-backs debe tener un medidor de AT y le puedo asegurar que en la mayoría de los negocios no lo tienen. Cuando se trata de medir un yugo, por lo general están en peores condiciones aun porque solo lo miden con un téster con medidor de inductancia y lo olfatean para determinar que no tenga olor a esmalte quemado. Nuestra intención es terminar el Qmetro para que Ud. pueda medir inductores a baja tensión. Un inductor que ya pasó por el Qmetro y fue aprobado puede colocarse en el probador de fly-backs con alguna seguridad. Luego comenzar a construir un probador de yugos, fly-back, transistores de salida horizontal y diodos recuperadores que permitan ajustar la tensión en forma progresiva y a valores superiores a los normales. Por último vamos a construir un medidor de AT que complete el diseño del probador y que nos permita medir en un TV o en un monitor la tensión de foco y de ánodo final. Ahora bien, si Ud. no quiere esperar hasta la próxima edición para obtenmer estos montajes, puede bajarlos de nuestra web con la clave: “qmetro”. ✪