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CONTENIDO In memoriam Profr. Francisco Orozco González ✙ Dirección editorial Lic. Felipe Orozco Cuautle ([email protected]) Dirección comercial Profr. J. Luis Orozco Cuautle ([email protected]) Administración Lic. Javier Orozco Cuautle ([email protected]) Staff de asesoría editorial Profr. Francisco Orozco Cuautle ([email protected]) Profr. Armando Mata Domínguez Ing. Juan Manuel González Profr. J. Luis Orozco Cuautle Ing. Leopoldo Parra Reynada ([email protected]) Editor asociado Lic. Eduardo Mondragón Muñoz Juana Vega Parra Colaboradores en este número Ing. Leopoldo Parra Reynada Ing. Oscar Montoya Figueroa Profr. J. Luis Orozco Cuautle Profr. Alvaro Vázquez Almazán Ing. Julio Fernández Valenzuela Diseño Gráfico y Pre-prensa digital D.C.G. Norma C. Sandoval Rivero ([email protected]) Gabriel Rivero Montes de Oca

Ciencia y novedades tecnológicas................. 5 Perfil tecnológico La convergencia digital............................... 10 Felipe Orozco y Leopoldo Parra

Leyes, dispositivos y circuitos Fibras ópticas.............................................. 21 Oscar Montoya Figueroa

Qué es y cómo funciona El CCD y los captores de imágenes...........33 Leopoldo Parra Reynada

Servicio técnico El mecanismo de carrusel de más de 20 discos en reproductores de CD’s........................................................ 44 Leopoldo Parra Reynada

Servicio en la etapa de salida de audio en minicomponentes........................ 50 Alvaro Vázquez Almazán

Publicidad y ventas Cristina Godefroy T. y Rafael Morales M.

Guía de fallas y soluciones en televisores modernos..................................58

Suscripciones Ma. de los Angeles Orozco Cuautle

J. Luis Orozco Cuautle

Isabel Orozco Cuautle ([email protected]) Revista editada mensualmente por México Digital Comunicación, S.A. Certificado de Licitud de Título y de Contenido en trámite, Reserva al Título de Derechos de Autor en trámite. Oficinas: Norte 2 No.4, Col. Hogares Mexicanos, Ecatepec de Morelos, Estado de México, C.P. 55040. México. Tels 787-1779 y 770-4884, fax 770-0214. Distribución: Centro Japonés de Información Electrónica, S.A. y Distribuidora INTERMEX. Impresión: Impresora Becanor, Bolívar 385, Col. Obrera, México, D.F. Tel. 578-4718. Precio ejemplar: $30.00 ($35.00 ejemplares atrasados) Suscripción anual: $360.00 para toda la República Mexicana, por correo de segunda clase (60.00 Dlls. para el extranjero). Todas las marcas y nombres registrados que se citan en los artículos, son propiedad de sus respectivas compañías. Estrictamente prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio, sea mecánico o electrónico.

No.5, Julio de 1998

Electrónica y computación La videoconferencia.................................... 64 Julio Fernández Valenzuela

Proyectos y laboratorio

Enconado de bocinas y construcción de baffles (segunda y última parte).........70 Oscar Montoya Figueroa

Diagrama de videograbadora Toshiba M-262 y M-262C Cortesía de Toshiba. Agradecimiento especial Ing. Gunter B. Radau por el apoyo que brinda al personal de servicio electrónico. ELECTRONICA y servicio

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PROXIMO NUMERO Agosto 1998 con a l que uidor s ú B ib istr l d su itua b a h

Ciencia y novedades tecnológicas Perfil tecnológico

• Instalación de autoestéreos • Cambio de cabezas en videograbadoras Panasonic

• El surgimiento de la radio

Electrónica y computación Leyes, dispositivos y circuitos

• Instalación y configuración de monitores de PC

• Diodios semiconductores

Proyectos y laboratorio Qué es y cómo funciona

• Circuito amplificador de potencia

• Telefonía celular

Boletín Técnico Servicio técnico • Guía de fallas y soluciones en sistemas de componentes de audio

• Procedimientos para localizar fallas en sintonizadores de televisores RCA

A nuestros lectores: Por causas de fuerza mayor, nos fue imposible publicar en este número el diagrama del televisor Samsung anunciado en la edición anterior; en su lugar publicamos el de una videograbadora Toshiba.

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CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS

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

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

Figura 1

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

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

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

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

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Figura 2

Figura 3

como en la inserción de pequeñas "marcas" en cada cinta. Estas marcas permiten al aparato identificar la cinta que se está introduciendo, para presentar en pantalla un menú con los segmentos en el cassette (figura 3). Pero adicionalmente, este sistema también introduce unas marcas que indican de forma muy precisa el punto donde inicia cada uno de los segmentos, por lo que tampoco es necesario localizar el punto deseado, pues basta simplemente con dar una orden a la máquina, para que éste se posicione en el segmento solicitado y comience la reproducción. Por ahora este sistema no está comercializado en México; la información de que disponemos proviene directamente de Japón donde, hasta lo que sabemos, esta teniendo buena aceptación. Si es posible que se comercialice en nuestro país, seguramente quienes gustan de organizar su videoteca de acuerdo a sus preferencias (familia, fiestas, paseos, etc.), tendrán en este sistema un apoyo invaluable. Aunque lo más probable es que los profesionales del video que se dedican a las grabaciones de eventos religiosos, graduaciones y de otro tipo, sean los más beneficiados.

¿Estamos cerca de la computadora cuántica? Todos sabemos del enorme desarrollo que día con día se produce en el ámbito de la computación, especialmente en el mundo de los microprocesadores. Hace más de 25 años, el primer microprocesador construido en el mundo (el ya legendario 4004, de Intel) poseía tan sólo 2,300 transistores; con el correr de los años, esa cantidad se ha convertido en una magnitud despreciable, pues los modernos microprocesadores incluyen varios millones de transistores (un microprocesador de quinta o sexta generación, posee entre 5 y 9 millones de estos microscópicos elementos de conmutación). Esto se ha logrado gracias al rápido avance en las tecnologías de producción de circuitos integrados por medios fotográficos, que ha permitido la reducción del tamaño de un transistor desde varias micras a principios de los 70’s has-

TeLa tecnología moderna permite fabricar componentes electrónicos con un tamaño de fracciones de micra; pero la tecnología óptica, que ha permitido este avance, parece estar llegando a su límite.

Figura 4

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Figura 5

Proceso de cortado de una oblea de silicio, de la cual se obtienen cientos o miles de circuitos integrados.

ta fracciones de micra (0.25 micras en los procesadores más recientes) en la actualidad (figura 4). Gracias a este avance, la “Ley de Moore” -según la cual la potencia de los microprocesadores se duplica aproximadamente cada 18 meses-, se ha cumplido cabalmente durante más de 25 años. Sin embargo, se vislumbra ya un límite a esta tecnología: los métodos fotográficos para la grabación de las obleas de silicio utilizan rayos luminosos para el dopado de las distintas capas de semiconductores; en la actualidad ya se están utilizando complejos rayos láser ultravioleta para conseguir los transistores de 0.25 micras, de tal manera que para reducir aún más este tamaño, próximamente se tendrán que comenzar a utilizar rayos X o alguna tecnología similar (figura 5). El problema consiste en que hasta el momento nos se ha encontrado alguna forma de manipular los rayos X con la confiabilidad y precisión que se requiere para la construcción de semiconductores complejos. Ante este panorama, surge una nueva propuesta que podría cristalizarse en un futuro no lejano: la computadora cuántica. Este planteamiento se basa en las propiedades de la física cuántica, la cual estudia el comportamiento de partículas sub-atómicas. Dichas partículas poseen características muy peculiares, tanto des-

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de el punto de vista eléctrico como magnético. De hecho, recientemente en el laboratorio se ha observado que ciertos materiales pueden manipularse magnéticamente, de modo que respondan como un interruptor, produciendo dos niveles distintos: imantado y no-imantado (figura 6). Esta propiedad se parece al encendido-apagado de los transistores convencionales, por lo que podría ser la base sobre la que los investigadores del futuro diseñen computadoras miniatura que, a pesar de su reducido tamaño, sean considerablemente más poderosas que las actuales. Sólo como referencia, si usted posee una computadora de quinta generación, tiene sobre su escritorio más potencia de cálculo que la de todas las computadoras que guiaron a la misión Apollo 11 a la Luna; así que imagine lo que serán las computadoras dentro de 20 ó 30 años.

Todos los espines de las partículas mesoscópicas apuntan todos a la misma dirección. Por ello dichas partículas son pequeñísimos imanes con polos magnéticos bien definidos. Este efecto puede ser aprovechado para crear dispositivos de nanotecnología magnética.

N

N

S

S

Disposición de los espines de los doce iones del "cluster" molecular de Mn12

Figura 6

LA CONVERGENCIA DIGITAL Felipe Orozco y Leopoldo Parra

¿Equipos multifuncionales?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figura 1

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Figura 2 Radio

CD TV

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

Computadora

Un sólo equipo multifuncional

Consola de juegos

Video FAX

Modem

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

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

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

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

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

Figura 3

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

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

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

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

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

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

Módem

Video-conferencia Contestadora telefónica

Línea telefónica

Correo electrónico

Figura 4

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

Tarjeta sintonizadora de señales de TV

Sintonizador

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

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

Cortesía de USRobotics

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

Cámara de video

Toma recibida con un módem de 33.6 kbps

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

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

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

Digital

Analógica Señal de TV

Señales de radio

Señales de audio

Figura 7

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la tendencia hacia la digitalización de casi todo tipo de señales, incluidas, por supuesto, las de televisión, de radio y de teléfono.

¿Es posible la convergencia total? Una primera dificultad de la convergencia así planteada, es el aspecto práctico. Muchas personas no se acostumbran a tener en un solo aparato multifuncional todas las prestaciones que antes requerían de varios equipos. Además, pueden surgir desacuerdos entre los diversos integrantes de una familia, pues no es común que todos los miembros vean el mismo programa de televisión al mismo tiempo, o que escuchen los mismos CD’s o que ejecuten los mismos programas de cómputo. Lo más probable es que si todas estas funciones las realiza un solo aparato, es porque va a ser utilizado por una sola persona a la vez. Sin embargo, ese no es, a juicio nuestro, el mayor problema que enfrenta la convergencia total, sino el hecho que ya citamos: la incompatibilidad entre señales. En efecto, los formatos de las señales y los procesos que se requieren, originalmente fueron diseñados considerando que se fabricaría un aparato exclusivo para su proceso, y nunca se pretendió hacerlos “compatibles” con otras señales. Por ejemplo, las frecuencias que se manejan en TV y en radio son muy distintas; incluso la diferencia entre la radio AM y FM es considerable, al grado que en los receptores se tienen dos etapas de recepción: una para AM y otra para FM, y sólo al final se unen ambas señales en la etapa de salida de audio. Por lo tanto, conseguir que tecnologías tan diversas como la radio, la televisión, los CD’s musicales, las cintas de video, etc. se conjuguen en un solo equipo, implica la inclusión de complejos procesos de conversión de señales (figura 8). En otras palabras, la convergencia íntegra requiere un manejo de datos completamente digital en todas las señales de entrada; es decir, las señales de radio y televisión, el envío de datos telefónicos a través de la red de fibras ópticas, la información de las videograbadoras o las

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cintas de audio, etc., tendrían que ser forzosamente digitales. Pero para la consecución de este objetivo, habría que replantear en su totalidad las tecnologías antes mencionadas; significaría algo así como decirle al usuario: “tire a la basura su televisor, su modular de audio y su videograbadora, porque serán reemplazados por un nuevo formato que aprovecha la tecnología digital”. Aunque a veces el público usuario está dispuesto a hacer ese tipo de sacrificios (recordemos lo que sucedió con las amplias colecciones de discos de acetato ante la aparición del disco compacto), un movimiento de tal naturaleza tardaría varios años en consolidarse. Precisamente considerando esta situación, no hace mucho que los fabricantes de computadoras han reconsiderado su estrategia tecnológica. Ahora parece ser que están dispuestos a sacrificar muchas de las prestaciones que originalmente se esperaba integrar en estos equipos, conformándose con una solución más compacta y conservadora. Básicamente, podemos decir que la tendencia que lleva la industria hacia la computación del siglo XXI, es integrar en una computadora o consola la televisión digital, la computación para el mercado de consumo, los videojuegos y, en

Para observar la señal de TV en una computadora, es preciso convertir la señal análoga original en un conjunto de 1's y 0's que pueda ser interpretado por esta última. Lo mismo debe hacerse con las señales de radio, las señales de audio externas, etc.

Señal de TV

Convertidor análogo / digital

Figura 8

general, cualquier prestación relacionada con la World Wide Web, pero no directamente las comunicaciones telefónicas ni los servicios de los equipos de audio. No resulta muy aventurado pensar que, efectivamente, en los próximos años las señales que manejamos típicamente (de TV, de radio, telefónicas y de video en sus distintas modalidades) tiendan hacia un formato digital, de tal manera que técnica y económicamente sea posible fabricar masivamente aparatos multifuncionales con las características citadas. ¿Pero tendría sentido tal concentración de servicios? Eso no lo sabemos; por lo pronto sí podemos hablar de algunas tecnologías donde la fusión digital es una realidad.

La televisión personal y la WebTV Aunque todavía se encuentra en una etapa germinal, existe una prestación relacionada con Internet que podría revolucionar por completo nuestra idea acerca de la televisión: la posibilidad de que cada usuario, en la comodidad de su hogar y con la sola ayuda de su computadora y

una tarjeta digitalizadora de video, produzca sus propios programas de TV y los transmita a todo el mundo a través de la “red de redes” (figura 9A). Esta prestación ya está disponible para los usuarios de la red, pero las limitaciones tecnológicas actuales (sobre todo en cuanto a velocidad de transmisión de datos) hacen que las imágenes obtenidas sean de tamaño muy reducido, de baja resolución y con una frecuencia que oscila entre los 2 y los 15 cuadros por segundo; para el espectador, acostumbrado a los 60 cuadros por segundo de la televisión convencional, estas imágenes resultan sumamente desagradables. No obstante, se espera que cuando se popularicen nuevas formas de acceso a la red, a través de la TV por cable, por fibras ópticas o directamente por satélite, se mejore tanto la calidad como la frecuencia de las señales. Puesto que todos estos problemas serán superados, es posible el florecimiento de las “estaciones televisoras personales”. Pero eso no es todo. Recientemente han surgido aparatos de televisión que incluyen el equipo necesario para conectarse de forma directa a

Figura 9A

Dos cuadros por segundo

Tansmisión típica de señales de video por Internet. Observe el reducido tamaño de la imagen, su baja resolución y la muy escasa velocidad de refresco de dos cuadros por segundo (fps).

Figura 9B

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Internet; así, el público que “rehuye” a las computadoras pero que tiene interés en explorar la Web, puede acceder fácilmente a ésta (figura 9B).

Figura 10

La radio digital La tecnología de la radio no ha variado sustancialmente desde principios de siglo. Sin embargo, ya existen transmisiones que no emplean el formato de modulación por amplitud o frecuencia, que son los dos métodos más tradicionales de envío y recepción de ondas de radio. Por ejemplo, ya se incluyen señales de radio que se envían junto con la programación de televisión directa por satélite, cuyo formato es digital. Servicios de compañías como Direct-TV incluyen entre sus prestaciones una señal adicional denominada “multi-radio digital”, la cual, como su nombre lo indica, es en realidad una estación radial pero que envía sus datos codificados digitalmente. Gracias a esta tecnología se consigue una calidad de audio equivalente a la de un CD, lo cual obviamente resulta muy atractivo para los consumidores. Incluso, a través de Internet muchas estaciones ya están haciendo transmisiones “radiales” (estrictamente no podemos decir que sean estaciones de radio, ya que su señal no se propaga por ondas electromagnéticas, sino por señales viajando a través de la infraestructura telefónica), de modo que sus programas puedan llegar hasta el último rincón del plantea donde se cuente con una conexión a Internet. Prácticamente cualquier persona que posea una computadora multimedia (con tarjeta de sonido y módem para conectarse a la red) puede disfrutar de esta nueva prestación. De hecho, algunas estaciones muy prestigiadas ya comenzaron a transmitir simultáneamente tanto al aire como a Internet; es el caso de Radio Red de México, la cual puede ser contactada en la dirección http://www.monitor. com.mx/ (figura 10). Al igual que con la televisión personal, a través de Internet es posible que un usuario particular, con una mínima infraestructura, pueda realizar transmisiones radiales a todo el mundo.

La TV digital No hace mucho, el Comité Federal de Comunicaciones (FCC) de los Estados Unidos de América aprobó una serie de normas para las transmisiones de televisión en formato digital y en alta definición. Cabe esperar entonces que en los próximos años comience a tener auge el tan esperado nuevo formato que ha de desplazar al sistema vigente (el NTSC en nuestro país) (figura 11). La característica principal de este formato es que se transmite en un ancho de banda reducido (semejante al usado en la transmisión de la TV actual), pero con alta definición (más de 1000 líneas de resolución horizontal, contra las 300-

Televisor de alta definición

Figura 11

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400 máximas que tiene el formato NTSC). Por supuesto, para conseguir esto fue necesario utilizar avanzadas técnicas de compresión de datos, gracias a una variante de la codificación planteada por el “Grupo de Expertos de Imágenes en Movimiento” (MPEG por sus siglas en inglés). El uso de tecnología digital permite la inclusión de características imposibles de igualar por medios analógicos, como la capacidad de transmitir imágenes que sean visibles en televisores convencionales (con la única adición de un pequeño decodificador digital); manejar formatos de pantalla diferentes; enviar el audio en tres o cuatro idiomas simultáneos, al tiempo que se envían subtítulos en otros ocho idiomas más, etc. Por todo esto, se espera que en la primera década del próximo siglo se consiga la transición entre la transmisión analógica tradicional y el nuevo formato de TV digital. Cabe señalar que hace más de 15 años comenzaron las transmisiones experimentales de TV de alta definición en Japón y en algunos países europeos. Sin embargo, el hecho de que los organismos norteamericanos para la regulación de estas transmisiones no se hubieran pronunciado por uno u otro formato, no permitió la masificación de alguno de los nuevos sistemas. Se espera que con la adopción de este nuevo formato, la TV digital sea una realidad cotidiana.

La telefonía digital Tampoco la telefonía digital no es un desarrollo nuevo. En realidad, hace más de 20 años que se utilizan técnicas digitales en la transmisión de señales de audio entre las centrales telefónicas. A pesar de que dichas transmisiones se realizan a muy alta velocidad (más de un millón de bits por segundo), hasta el momento este tipo de líneas se han reservado para los grandes usuarios empresariales que necesitan comunicaciones de alta velocidad o para proveedores de Internet. Pero con la adopción de la tecnología de fibra óptica, se espera que las líneas con calidad T1 ó superior lleguen por fin a los usuarios finales (con todas las ventajas que esto trae-

Figura 12

rá, sobre todo en el aprovechamiento de Internet y videoconferencia). Cuando esto ocurra, el largo sueño del “video-teléfono” será realidad (figura 12), y quizás signifique el fin de costumbres tan arraigadas como las cartas escritas (que serán reemplazadas por correo electrónico); la consulta de enciclopedias en la biblioteca (toda información se localizará rápidamente en la Web); los “chat-box” en modo texto, que serán reemplazados por reuniones virtuales con imagen y sonido; etc.

¿Y la videograbadora? Con el advenimiento del DVD, cabe esperar que las cintas de video estén próximas a entrar a la etapa de obsolescencia técnica ¿Por qué? Como explicamos en un artículo anterior de esta revista (ver Del fonógrafo al DVD, No. 3) el DVD se concibió no como un nuevo medio de soporte de información para un único material, como en su momento fueron los cilindros y los discos de surco, que se proyectaron solamente para la grabación de música, sino que se pensó en la grabación de información considerada en sentido amplio (datos, texto, audio, imágenes y video). Es decir, sus aplicaciones están pensadas tanto para la industria informática como para la industria del entretenimiento, avaladas por su gran capacidad de almacenamiento; por ejemplo, en un disco de un solo lado y capa sencilla,

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Figura 13

es decir, una variante que permita a los usuarios grabar su propia información, como sucede con las videocintas. Pero independientemente de estos desarrollos, con el nuevo formato DV (ver número 2 de esta revista) (figura 14) se cubre la necesidad de grabación que aún no está contemplada en el DVD. De esta manera, los usuarios podrán contar en su hogar con un medio de grabación que supera los formatos profesionales utilizados actualmente en las estaciones de TV.

La masificación de las computadoras

El DVD tiene las mismas dimensiones físicas de un CD

pueden grabarse películas de 130 minutos; esto significa que un disco de doble cara y doble capa puede contener video digital por más de 7 horas de duración ( figura 13). Por ahora los DVD que están en el mercado son grabados en fábrica, pero según el grupo de compañías que impulsa este formato, es posible que en los próximos años surja el DVD grabable;

Cámara de video digital HandycamVision DCR-PC7 de Sony. Obsérvese que su tamaño es como el de un, pasaporte; cuenta con una pantalla giratoria de cristal líquido y altavoz integrado.

45 min

Cassette DV con capacidad de hasta 90 minutos en LP

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Figura 14

William Gates, el paradigmático director de Microsoft, afirmó que en la mitad del total de hogares de los Estados Unidos ya existen computadoras personales apoyando las labores estudiantiles, de comunicaciones y -marginalmente- la producción en el hogar. ¿Y qué pasa en México y el resto de Latinoamérica? Existe una tendencia a la masificación de las computadoras. Esto se debe, sobre todo, a la dramática reducción de su precio acompañada de un incremento sostenido del poder de cómputo. Y aunque todavía no se puede decir que una computadora cuesta lo mismo que un televisor (las computadoras más económicas cuestan un poco menos de USD $1000.00), se espera que en próximos años las computadoras sean tan comunes en los hogares como disponer de la consola de videojuegos. De ser el caso, las bases para la digitalización total estarán casi sentadas.

Comentarios finales Todo parece indicar que, aunque aparentemente ha sido abandonado por los fabricantes de computadoras el concepto de la convergencia de tecnologías en un solo equipo multifuncional, es un paso lógico en la evolución de los equipos de audio y video caseros, aunque no tal vez con la modalidad que ahora conocemos. Sólo nos queda esperar a observar los resultados, pero siempre teniendo en cuenta el principio del clarividente tecnológico, que dice: “cualquier predicción sobre la tecnología, seguramente estará equivocada”.

FIBRAS OPTICAS Oscar Montoya Figueroa

Generalidades

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

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

Figura 1

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

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

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

Acoplamiento Modulador analógico Analógico CODEC

Fuente de luz

Digital Fibra óptica

Acoplamiento Señal analógica

Demodulador decodificador

Amplificador Detector

DECOD Señal original digital

Figura 2

22

ELECTRONICA y servicio

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

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

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

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

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

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

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

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

Aire

Bajo costo

Luz

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

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

24

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Vaso de agua

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

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

Verde Azul Violeta Prisma

Figura 4

Indices de refracción representativos

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

Material con índice

Material con índice

n1

Rayo de luz

n2

A1

A2

Interfase (P)

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

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

ó con A2 = 90º

R ay o

de

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

A2 = arcsen [ n1 sen A1 ] n2

z

1.0 1.0003 1.33 1.46 1.5 2.0 3.4 3.6 1.5 1.36

lu

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

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

AC

sen A1 = (n2/n1) = senAc

Figura 6

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

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

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

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uz

el

d yo Ra

fibra óptica

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

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

Construcción de la fibra

Goma protectora

Vestidura Corazón

Figura 8

El efecto de varias impurezas acumuladas producen gráficas características para cada tipo de fibra óptica. Los rayos de luz de una señal luminosa siguen rutas diferentes dentro de la fibra, por lo mismo no todos los rayos llegan al mismo tiempo al final de la fibra, por lo que el efecto en las señales es alargar la duración de los pulsos.

Figura 9 LED infrarojo MFOE1200

Componentes activos Ya sabemos que para transmitir la información a través de la fibra, se utilizan emisiones de radiación luminosa; en el proceso general, es necesario convertir la señal de la fuente en luz (en el transmisor) y la luz en una señal eléctrica (en el receptor). Para ello se requieren varios componentes que pueden realizar estas conversiones. A los que se llama “componentes activos”.

Diodos emisores de luz La mayoría de la gente está familiarizada con LED’s de algún tipo; por ejemplo, los displays de calculadora, que están diseñados geométrica y visualmente para mostrar caracteres. Algunos LED’s son específicamente diseñados y procesados para satisfacer los requerimientos de generación de luz o de infrarrojo para acoplar en las fibras; otros son utilizados en transmisiones de datos de baja velocidad y en distancias cortas, como en redes LAN’s o en conexión de periféricos con computadoras. Existen varios criterios importantes para el uso de LED’s en las fibras (figura 9).

Este planteamiento es un punto crítico para quienes diseñan sistemas basados en fibras ópticas. La longitud de onda se puede entender como la frecuencia de la luz emitida por el dispositivo (en el caso de la luz visible nos referimos al color), y es importante porque las fibras ópticas presentan atenuaciones características para cada valor de longitud de onda de la señal acoplada dentro de ellas.

Patrón de radiación de un LED

Potencia de salida. Longitud de onda. Velocidad. Patrón de emisión.

En el caso de la potencia de salida, los fabricantes están continuamente esforzándose por incrementar la potencia, que es igual a la energía total que un LED puede emitir; cuanto mayor sea, más será la intensidad de luz que pueda ser acoplada dentro de la fibra, aunque muchas veces sucede que a mayor potencia los LED’s presentan menor velocidad de transmisión de datos.

1 09 0.8

Intensidad relativa

• • • •

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20

15

10

5

0

Grados

5

10

15

20

Figura 10

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Figura 11

Luz

Estructura de un LED de emisión de superficie Fibra de vidrio Resina epóxica Metal ~ 50µm n-TYPE GaSa

SiO2 Aq STUD

Contact 50-µm Dia

La velocidad en los LED’s se refiere a la capacidad de transmisión de datos; en el caso de los sistemas digitales, en donde la información se transmite mediante conmutaciones continuas (estados de encendido-apagado), cuanto menor sea el tiempo de transición entre el estado de encendido al de apagado o viceversa, mayor será la velocidad máxima de transmisión de datos del LED. El patrón de emisión o de radiación es el espacio físico a partir de la fuente de emisión en donde existirá un valor aceptable de radiación (figura 10). El tiempo de vida de un LED es del orden de 1010 horas, por lo que es muy raro que falle en un sistema. Los LED’s transmiten en longitudes de onda entre 815 y 910 nm. En sistemas típicos de comunicación de datos, la luz del LED es acoplada dentro de la fibra con un núcleo de diámetro de 100 a 200 nm; si el patrón de emisión de un LED en particular es un rayo colineal de 100 nm de diámetro, o menos, es posible que se acople casi toda la potencia dentro de la fibra. La luz emitida por un LED es el resultado de la recombinación de electrones y huecos; eléctricamente, un LED es sólo una unión de semiconductores P-N. Sabemos que para producir estos semiconductores se inyectan impurezas de forma muy controlada a un sustrato de silicio (o algún otro material con características

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Area primaria de emisión de luz

n AlGaAs p GaAs p AlGaAs p+ GaAs

Metalización

similares). Cuando circula a través de dicha unión una corriente eléctrica, se produce una excitación de los electrones en el punto de unión P-N. En ciertos materiales la naturaleza del proceso es típicamente radioactiva (se produce un fotón de luz), mientras que en otros materiales (como el silicio o el germanio, por ejemplo) el proceso es ante todo no radioactivo y no se generan fotones (figura 11).

Diodo de inyección láser El ILD o diodo de inyección láser (figura 12), es un dispositivo semiconductor capaz de generar un haz de luz modulado digitalmente. Para en-

Figura 12

tender el alcance de este dispositivo, es necesario hacer un breve recordatorio de qué es y cómo se genera la luz láser, cuya traducción significa “amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación”. El principio de generación de la luz láser se puede describir de la siguiente forma: imaginemos la estructura de un átomo de hidrógeno compuesta únicamente por un protón en el núcleo y un electrón girando en una órbita permitida a su alrededor; el electrón puede ocupar órbitas superiores si se encuentra con un fotón con la energía adecuada. Teóricamente, existen varias órbitas posibles en las que puede encontrarse el electrón, pero el tiempo de estancia en las mismas es extremadamente corto. Cuando el electrón esta en la órbita más baja se dice que el átomo está en “estado fundamental” (figura 13). Para que se produzca un salto cuántico a una órbita superior, el electrón precisa energía. Un fotón contiene una cantidad exacta de energía definida por la frecuencia del mismo. Cuando el átomo absorbe al fotón exacto, entonces el electrón salta hacia una órbita superior; en ese momento se dice que el átomo esta en “estado excitado”; sin embargo el electrón no puede mantenerse en esa órbita mucho tiempo, por lo que rápidamente regresa a su estado fundamental. Al hacerlo, emite la energía sobrante mediante un fotón de igual energía y longitud de onda que el que acaba de absorber. A estos procesos de cambio de órbita se le conoce como “transiciones”. Albert Einstein predijo el siguiente proceso: si a un átomo en estado excitado se le aplica un fotón para que sea absorbido por el átomo, resulta lógico pensar que el electrón que se encuentra ya en una órbita superior, al absorber el electrón efectuará un salto cuántico hacia una órbita más superior; pero muy al contrario, el electrón no absorbe al fotón estimulador, sino que realiza un salto hacia la órbita inferior liberando un fotón con la misma longitud de onda y energía que el fotón estimulador. Esto fue lo que Einstein denominó “emisión estimulada” (figura 14). Formemos un sistema en el cual muchos átomos tienen electrones en estados excitados. Si

Figura 13 Transiciones Fotón estimulador Electrón

_

Fotón emitido

_

+

+

Protón Atomo en estado fundamental

Atomo excitado

hay un fotón cuya energía es exactamente la misma que la diferencia de energía entre las órbitas permitidas en los átomos, la presencia de este fotón estimula a los electrones en las órbitas superiores a efectuar una transición hacia abajo y emitir otro fotón. El fotón emitido tendrá la misma energía que el primero, y se alinearán borde a borde. El segundo fotón a su vez, estimulará las emisiones de átomos, como hacen los siguientes fotones. Esto es, un solo fotón producirá un flujo de fotones idénticos dentro del material. Como en cada extremo de la colección de átomos hay un juego de espejos paralelos, los fotones, al encontrar éstos son reflejados de vuelta a través del material. En el caso de los láser de semiconductor, en lugar de los espejos se forman en las caras de salida de la luz dos superficies perfectamente pulimentadas.

Atomo excitado

Fotón

+

Atomo en estado fundamental

+ Proton

Fotón estimulador Fotón emitido

Figura 14

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Debido entonces a que los fotones encuentran esos espejos y son reflejados de vuelta a través del material, cada uno puede saltar adelante y atrás miles de millones de veces, amplificándose a medida que lo hace. El punto más importante es que sólo aquellos fotones que se mueven de una forma exactamente perpendicular a los dos espejos permanecerán dentro del láser. Cualquier fotón que se mueva en algún ángulo diferente, efectuará un par de reflexiones y luego saldrá por los lados. Como resultado final de este proceso, tendremos un flujo de fotones exactamente alineados saltando adelante y atrás dentro del láser. A cada salto, algunos fotones se filtran hacia el exterior; este filtraje lo que nosotros percibimos como el haz de láser (figura 15). Los láseres necesitan ser bombeados. En efecto, una vez emitidos los fotones es preciso añadir energía, para que los electrones retornen a su estado de excitación. Esto se puede hacer de diferentes formas: el láser puede ser calentado de tal modo que los átomos reciban nueva energía a través de las colisiones; la luz puede ser introducida en del láser, de otra fuente (en algunos láseres, esto se hace con el equivalente a la bombilla del flash de una cámara fotográfica);

Figura 15 Material excitado

Fotones

Haz de luz láser

Espejo

Espejo

incluso, es muy común en estos días usar un láser para bombear otro. Pero sea cual sea el proceso usado, un láser necesita un aporte constante de energía para actuar. Actualmente, los láseres se fabrican mediante distintas técnicas pero empleando todos básicamente el mismo principio de operación: la emisión estimulada. En las comunicaciones por fibra óptica se emplean los láseres de semiconductores; éstos hacen que una corriente eléctrica excite las partículas del semiconductor portadoras de cargas negativas y positivas, que más adelante, al combinarse, se neutralizan mutua-

Estructura de un diodo de inyección láser

Contacto

Cavidad

o de Anch ión is la em YPE P+-T E P P- TY

Superficie pulimentada

PE n-TY

Región óptica de guía de onda Unión

Flujo láser

Superficie pulimentada

Figura 16

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Figura 17 Detector

Preamplificador

Segunda etapa de amplificación

Fibra Chip detector

Fibra

Circuito preamplificador

mente. Durante el proceso de combinación, que consiste ante todo en una transición desde un nivel de energía electrónica elevado a otro inferior, se producen fotones. Pero para lograr el efecto láser se cortan las superficies extremas, con el fin de que reflejen la luz como si fuesen espejos, y se suministra una corriente elevada, logrando de esa forma que predomine la emisión estimulada (figura 16). Los ILD son muy sensibles a la temperatura, y rápidamente se detienen si ésta aumenta; por eso requieren de enfriadores termoeléctricos de compensación para mantenerse estables. Esto incrementa necesariamente el precio del circuito transmisor. Incluso, el costo del láser es mu-

cho más alto que el del LED, por lo complicado de la fabricación (y su tiempo de vida ambiente es mucho menor). Los ILD pueden ser usados para trasmitir señales que están continuamente variando la intensidad de salida (modulación analógica) o señales que hacen que un dispositivo encienda o apague (modulación digital). La modulación mas empleada para los ILD es la de transmisión por modulación digital, donde si el dispositivo se encuentra encendido representa un 1 binario y si está apagado representa un cero binario. Los ILD transmiten en longitudes de onda entre 815 y 910 nm.

1

Spectral response of junction diodes

1 UV-visible light Si planar diode

09

Relative responsivity (A/W)

2 Visible light Si planar diode

C.I.E. standard observed

0.8

3 UV-IR planar diode

0.7 0.6

4 Silicon PIN diode

0.5

5 GaAs visible-range planar diode

0.4

6 GaAs visible-IR planar diode

0.3 7 GaAs Schottry diode

0.2

8 Silicon avalanche diode

0.1 0

9 Ge diode 100

200

500

1000

2000

Wavelength (nm)

5000

10,000 10 PbS IR diode

Figura 18

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Fotodetectores Hasta ahora hemos hablado de cómo la luz es emitida y acoplada para su transmisión a lo largo de la fibra. Concluyamos el artículo explicando qué sucede en el otro extremo de la fibra, donde se requiere transformar la energía luminosa en señales eléctricas aprovechables; para esto se emplean los fotodetectores. Entre los dispositivos de uso más frecuente para esta tarea, tenemos los fotodiodos y los fototransistores. Como ya vimos anteriormente, la sola unión P-N puede ser usada para generar luz, pero con el mismo principio se puede lograr el efecto inverso; es decir, detectar luz. Si una unión P-N es polarizada de manera inversa y se mantiene bajo condiciones de oscuridad, una pequeña corriente fluirá a través de ella. Cuando la luz brilla sobre el dispositivo, la energía en forma de fotones se absorbe y forma pares hueco-electrón; si éstos son creados cerca o dentro de la región de deflexión de la unión, son barridos a través de ella por el campo eléctrico de polarización del dispositivo. Este movimiento de acarreo de electrones y huecos a través de la unión produce un flujo de corriente en el circuito externo al diodo. La magnitud de esta corriente es proporcional a la potencia de la luz absorbida por el diodo y a su longitud de onda. Aunque este fotodiodo P-N puede ser usado como detector en fibras ópticas, muestra características indeseables: el rendimiento al ruido es generalmente insuficiente para su uso en sistemas sensibles; esto es, no son tan rápidos como para ser usados en aplicaciones de alta velocidad de datos; y debido al ancho de deflexión del dispositivo, su respuesta no es la adecuada (figura 17). Los fototransistores trabajan bajo los mismos principios de operación de los fotodiodos, con la diferencia que la luz incidente libera portadores en la base del fototransistor. Esta corriente es amplificada implícitamente dentro del dispositivo, generando una corriente mayor entre las terminales de emisor y colector. Típicamente, un fototransistor tiene una velocidad de respuesta mucho mayor que la de un fotodiodo, y su sensibilidad a bajas intensidades de radiación lo hacen un dispositivo muy útil (figura 18).

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EL CCD Y LOS CAPTORES DE IMAGENES Leopoldo Parra Reynada

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

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

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Figura 1

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

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

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

A)

B)

C)

E)

F)

D)

Figura 2

34

ELECTRONICA y servicio

Figura 3

Tubo de Crookes

Anodo

Pantalla cubierta con fósforo

Rayos catódicos Cátodo

Sombra producida por el ánodo

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

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

Aparato de corriente variable Placas deflectoras

Cátodo

Pantalla cubierta con fósforo

Haz electrónico

Anodo Punto en la pantalla

Rayos catódicos ante campos eléctricos o magnéticos campo electrónico o magnético

Anodo Cátodo

Haz electrónico

Haz desviado

Figura 4

ELECTRONICA y servicio

35

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

36

ELECTRONICA y servicio

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

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

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Iconoscopio fabricado en 1935

Vidicon utilizado en los añs 50's

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

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

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

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

ELECTRONICA y servicio

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Figura 8

Sección de recepción de luz

Registro V

V1 V2

G

R

G

R

G

V3 V4

G

R

G

R

G

G

R

G

R

G

G

R

G

R

G

G

R

G

R

G

G

R

G

R

G

G

R

G

R

G

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

A

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

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

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

B

B

Figura 9

38

ELECTRONICA y servicio

rias para la televisión cromática, a partir de las cuales se genera tanto la señal de luminancia como la de croma (las cuales finalmente se mezclan para convertirse en la señal de video compuesto). Por supuesto que este paso no es indispensable cuando únicamente se requiere una señal monocromática (es el caso, por ejemplo, de las cámaras de seguridad de los bancos, o de algunas minicámaras para videoconferencia en computadoras). Este arreglo implica una limitación seria: el hecho de que sólo algunas de las celdillas capten la luz roja, otras la azul y otras la verde, a final de cuentas significa que no se ocupa toda el área de recepción de luz para obtener las señales R, G y B, sino sólo porciones de ella; esto se traduce en una pérdida de resolución que puede corregirse parcialmente recurriendo a métodos de interpolación de datos. Sin embargo, se ha optado mejor por incluir un dispositivo exclusivamente para captar la componente de luz roja, otro para la azul y uno más para la verde; esta es precisamente la razón por la cual las cámaras de consumidor más costosas, así como las profesionales que se utilizan en estudios de grabación o estaciones televisoras, utilizan un conjunto de tres CCD’s colocados detrás de un filtro óptico. Hay que mencionar que la evolución de la tecnología electrónica también se ha reflejado en un aumento en la calidad de los CCD’s utilizados en las cámaras caseras; los primeros dispositivos que se utilizaron a principios de los 80’s apenas contenían alrededor de 200,000 elementos de imagen o pixeles, y a partir de ellos se generaba toda la señal de video (lo que implicaba complejos procesos de interpolación, con resultados muy pobres en la mayoría de los casos). La falta de elementos captores de luz tenía como resultado inmediato el que las cámaras antiguas necesitaran una gran cantidad de luz para obtener una imagen adecuada, por lo que el usuario tenía que cargar con un estorboso set de iluminación. En la actualidad, los captores de imagen poseen más de 400,000 pixeles individuales, lo que se traduce en una mejor recepción de la luz y en tomas correctas en condiciones de iluminación sorprendentes (las cámaras modernas pueden

captar notablemente bien, por ejemplo, a un niño soplando las velas de un pastel con todas las lámparas apagadas).

El escáner Otra de las aplicaciones comunes que podemos encontrar de los CCD’s, son los rastreadores de imágenes usados en computadoras, mejor conocidos como “escáners“. Expliquemos cómo funciona uno de estos aparatos. Uno de los grandes avances en la computación personal, fue la incorporación de imágenes en los documentos electrónicos, pues sentó las bases para la llamada imprenta de escritorio o Desktop Publishing (DTP) y para la revolución del diseño gráfico. El manejo digital de imágenes fue posible gracias al surgimiento de los “exploradores de imagen” o escáners (scanners), dispositivos que transforman una fotografía o un negativo en 1’s y 0’s capaces de ser almacenados y procesados por computadora (figura 10). En la actualidad, el costo de los escáners se ha desplomado, por lo que rápidamente se están convirtiendo en periféricos comunes ya no sólo en imprentas, editoriales o burós de diseño gráfico, sino en pequeñas oficinas, entre estudiantes y usuarios típicos que se interesan por sus prestaciones. Un escáner funciona de manera similar a una fotocopiadora, en la cual se produce una luz muy intensa que recorre lentamente la superficie de la página o fotografía a ser convertida en un for-

Figura 10

ELECTRONICA y servicio

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Figura 11 Una fuente intensa de luz (1) ilumina la imagen que se va a digitalizar (2); el reflejo se envía por medio de unos espejos (3) hacia una lente (4) que enfoca esta luz hacia el elemento sensor CCD (5), el cual transforma las variaciones luminosas en voltajes. Finalmente, estos niveles de voltaje se convierten en palabras digitales (6) para enviarse a la computadora.

2 Original

3 Espejo Fuente de luz

1

5

Sensor CCD con filtros RGB

3 Espejo

4

Lente

Elementos CCD para captura de luz

6 Al convertidor A/D y al proceso de salida

mato digital. Sin embargo, mientras que en una copiadora el objetivo es hacer una reproducción en papel del original, en un escáner es convertir la imagen explorada en información digital susceptible de ser almacenada y procesada por computadora.

En la figura 11 se ilustra un diagrama muy simplificado de un escáner típico de cama plana (los exploradores manuales trabajan con el mismo principio, pero en versión reducida). Note que bajo la superficie de cristal plano, que es en donde se coloca el documento o fotografía a

El dispositivo sensor CCD (1) convierte las variaciones de intensidad luminosa en niveles de voltaje, mismos que se amplifican y filtran (2) para obtener una señal analógica limpia, la cual a su vez pasa por un convertidor análogo/digital (3) que expide en su salida una palabra binaria equivalente al voltaje recibido. Estas señales lógicas se envían hacia la tarjeta de interfase (4) y, finalmente, llegan al programa de aplicación que se esté ejecutando en la PC (5).

1

Voltaje analógico

2

Amplificación y filtrado

3

4

5

Convertidor A/D

Figura 12

40

ELECTRONICA y servicio

digitalizar, hay una lámpara de luz muy potente cuyo objetivo es iluminar de manera uniforme el objetivo. Ahí mismo, una hilera de sensores CCD recogen el reflejo de luz que proviene del objetivo, el cual, en su salida, genera un voltaje de DC equivalente a la cantidad de luz recibida. Posteriormente, un circuito de conversión analógico/digital recibe, por un lado, los niveles de voltajes provenientes de los sensores CCD y por el otro expide una combinación de 1’s y 0’s equivalente. Por último, una circuitería de interfase envía esta información hacia la computadora, en donde es captada por un software especial que interpreta el conjunto de bytes enviados desde el explorador y los convierte en los niveles de grises o de color que se expiden en la pantalla (figura 12).

Cámaras digitales En los últimos años se han popularizado las “cámaras fotográficas sin película”, que en vez de utilizar un negativo convencional donde quedan expuestas las imágenes captadas (lo que implica un proceso de revelado e impresión para obtener finalmente la fotografía), se usa un sensor de tipo CCD (idéntico al usado en las cámaras de video, pero de mayor resolución); por lo que las imágenes ya no se graban químicamente en negativos, sino electrónicamente en discos magnéticos o chips de memoria, lo cual permite recuperarlas de inmediato y enviarlas ya sea a la pantalla del televisor o a la computadora para su edición e inclusión en documentos electrónicos (figura 13). Hay diversos formatos de fotografía digital, cada uno de ellos destinado a distinto público. Así, encontramos equipos de baja resolución que están dedicados a los usuarios hogareños, y máquinas de alta precisión enfocadas a los profesionales de la fotografía. Estas últimas, por lo general, graban sus imágenes en bancos de memoria que les permiten tomar cerca de 50 fotografías sin necesidad de recargar la cámara. Una vez cubierta esta capacidad, basta con conectar la cámara en cualquier computadora a través de un puerto serial o paralelo, para que los datos almacenados se transfieran al disco duro.

Figura 13

Gracias a estas capacidades, los profesionales de las noticias pueden tomar sus fotografías y procesarlas en el mismo momento en que llegan al periódico, pues se ahorran todo el proceso de revelado e impresión. Incluso, es posible que ni siquiera acudan a las oficinas de prensa, pues mediante Internet pueden enviar sus reportajes a cualquier parte del mundo. Actualmente se está dando un paso más en este proceso; es cada vez más común la incorporación de una pequeña cámara de video al equipo normal de una computadora, para llevar a cabo las famosas videoconferencias por Internet (figura 14). En tal caso, también se establecen comunicaciones de persona a persona utilizando la línea telefónica convencional; pero en vez de entablar una simple conversación hablada, tanto el audio como la imagen son captados por una computadora en un extremo, digitalizados y enviados (ya codificados) a través de la red telefónica hasta una localidad remota, don-

Figura 14

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de la señal digital es recuperada por un equipo similar y expedida en pantalla. Estos elementos aún no se utilizan en forma masiva; pero con la creciente penetración de Internet y el abaratamiento de los componentes electrónicos, es probable que muy pronto sean tan cotidianos como lo es el teléfono convencional en nuestros días.

Figura 15 Lector de código de barras

Los lectores de códigos de barras Esta es una aplicación del CCD que se utiliza mucho. Los lectores de códigos de barras se utilizan en muchas actividades, pero la más conocida para nosotros es en las máquinas para consultar precios y en las cajas registradoras de los supermercados (figura 15). Dentro de cada uno de estos dispositivos se incluye una serie de celdillas CCD cuya función es, precisamente, identificar el producto que se está colocando frente al aparato. En la operación de un lector código de barras (figura 16), hay un rayo láser que incide en un espejo rotatorio, donde cada una de las caras del mismo presenta una inclinación diferente a la anterior; de modo que en el espacio frente al lector se produce un patrón cruzado de barridos de láser, tan rápidos que si colocáramos una hoja

en blanco para observar sus trayectorias tan sólo veríamos una serie de cruces de luz de color rojo. Este rayo de luz, cuando choca con algún objeto, se refleja y en parte regresa al interior del lector, donde un conjunto de celdillas CCD capta la luz reflejada e interpreta sus variaciones. Cuando lo que está frente al lector es un código de barras, conforme se desplaza el haz láser sobre dicho código las partes en blanco reflejan la luz, mientras que las barras en negro la absorben; esto se traduce en un reflejo

En un lector de código de barras, un diodo láser 1 envía su haz de luz hacia un espejo rotatorio 2 , el cual produce un abanico de luz frente al lector 3 . Cuando se coloca un código de barras 4 frente al lector , la luz reflejada 5 es captada por un sensor CCD 6 ; en éste, dicha luz reflejada se convierte en una serie de pulsos 7 , que son interpretados por un sistema digital.

6

4

7

5

2

3

1

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ELECTRONICA y servicio

Figura 16

pulsante, donde el CCD recibe pulsos de luz codificados según el ancho de las barras del código, lo que a su vez produce a la salida del lector una señal eléctrica con pulsos perfectamente identificados. Este tren de pulsos se introduce en un microcontrolador, que los interpreta, consulta la base de datos con los precios, y expide el mismo al espectador.

Los captores de imágenes del futuro Parecería que las aplicaciones de los CCD’s están garantizadas por un tiempo muy largo; sin embargo, recientemente está surgiendo una nueva técnica de captura de imágenes por medios electrónicos que rivaliza con los CCD’s, y que de hecho ya los está desplazando en múltiples aplicaciones: los captores CMOS, que aprovechan la variación en el comportamiento electrónico de una celdilla semiconductora en presencia de la luz, en vez de recurrir a la capacitancia y al almacenamiento de cargas. Los captores CMOS también están formados por cientos de miles de celdillas individuales, cada una lista para captar un punto de luz; de hecho, su principio de operación se parece mucho al de los CCD’s, con la diferencia de que, al utilizar las propiedades resistivas de los semiconductores y su variación ante la presencia de luz (y no su capacidad de almacenamiento de cargas), su fabricación se facilita notablemente. Incluso, compañías que tradicionalmente no se dedicaban al negocio de los CCD’s ya están produciendo captores tipo CMOS. Además, y gracias al enorme avance que tiene la tecnología de fabricación de circuitos integrados, ahora es posible producir un mosaico con millones de celdas CMOS, cada una de fracciones de micra de ancho y alto, sin que ello implique un captor demasiado grande y costoso. Este nuevo tipo de captor de luz está revolucionando la captura de imágenes por medios electrónicos; precisamente debido a que se están produciendo estos captores CMOS masivamente, es que se han conseguido reducciones drásticas en el precio de los escáners y de las cámaras digitales.

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

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Leopoldo Parra Reynada

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

Figura 1

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

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

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

Figura 2

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Figura 3

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

Figura 4

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ELECTRONICA y servicio

Figura 5

donde se alojarán los 100 discos permanentes, más una ranura adicional claramente marcada que se utiliza para colocar algún disco que se desee introducir temporalmente. Observe la posición tan particular que guarda el ensamble reproductor de discos, completamente vertical y esquinado de forma que ocupa el menor espa-

cio posible (figura 4). Veamos ahora algunos puntos finos de la operación de este conjunto.

Introducción y expulsión del disco del ensamble lector Cuando se colocan los discos en el aparato, y se le ordena reproducir uno por medio de la orden

El tamaño de las aberturas va siendo mayor conforme el número del disco es más alto

Figura 6

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play, el carrusel gira de tal forma para que el disco seleccionado quede exactamente enfrente del ensamble reproductor. Para sacar al disco del carrusel e introducirlo dentro del ensamble de lectura, se activa una pequeña palanca que se encuentra en la parte inferior del carrusel, la cual empuja el disco hacia el interior del ensamble, donde otra palanca similar lo recibe y lo coloca en posición de lectura (figura 5). En ese momento se lleva a cabo el movimiento de clamping o atrapado del disco, obteniendo así las condiciones necesarias para que se dé inicio a la reproducción del mismo. Cuando se termina de tocar el CD, o cuando el usuario da la orden stop, la palanca que en el movimiento de entrada recibió al disco, ahora lo empuja nuevamente hacia el carrusel, donde la primera palanca lo recibe y lo coloca en su ranura. Estos movimientos constituyen el ciclo del mecanismo introducción-expulsión del disco, con lo que el aparato queda nuevamente en condiciones para trasladarse hacia otra posición y repetir la secuencia (o en caso contrario, para regresar al disco hasta la ventana de inserción para que el usuario lo pueda retirar sin problemas).

Control de giro del carrusel Como podrá imaginar, para que los movimientos del carrusel que contiene a los discos sean tan precisos de modo que los coloque justamente en la posición adecuada para su inserción o expulsión del ensamble lector, se necesita un medio que controle de forma muy exacta la posición mecánica del conjunto. Si desmontamos el carrusel de discos, notaremos que en su parte inferior aparecen dos hileras de aletas: una que presenta una muesca para cada posición de los discos, y otra en la que está codificado el número correspondiente a las decenas por medio de una abertura de tamaño variable que va creciendo conforme la posición del disco es más alta (figura 6). Estas hileras de aletas se detectan por medio de un par de foto-detectores, los cuales envían su señal al microcontrolador; éste combina la información referente a las decenas y a las unidades, para conocer de forma muy precisa en qué posición se encuentra el carrusel (figura 7).

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Figura 7

Gracias a que este sistema funciona 100% por métodos ópticos, no se necesita ningún tipo de “puesta a tiempo” del carrusel; basta con colocarlo en su sitio, para que la próxima vez que se encienda el aparato, por sí mismo retorne a su posición de trabajo.

Otros detalles Retirando el carrusel de su base podemos apreciar más fácilmente la posición de la palanca extractora del CD encargada de introducirlo al ensamble lector y de la palanca de expulsión del

Figura 8

Figura 9

disco que lo ensambla nuevamente hacia el carrusel (figura 8). También apreciamos una pequeña palanca aseguradora, cuyo objetivo es fijar mecánicamente al carrusel mientras el aparato esté reproduciendo; también bloquea la ventana de inserción, de tal manera que, si sé esta leyendo un disco, resulta imposible tratar de girar el carrusel o remover el disco (figura 9). Finalmente, podemos también observar el interruptor; éste le indica al microcontrolador el momento en que la ventana de inserción se encuentra cerrada, lo cual le permite iniciar con la

Figura 10

Figura 11

secuencia de introducción del disco al ensamble y la lectura del mismo(figura 10) Todos los movimientos se llevan a cabo con tres motores sencillos de DC: uno controla la apertura y cerrado de la ventana de inserción, otro el giro del carrusel, y uno más realiza el movimiento de introducción y expulsión del disco al ensamble lector lo mismo que el movimiento de clamping (figura 11) Como ha podido observar a lo largo de este artículo, una vez conocido el principio de operación de estos aparatos en realidad se aprecia que sus movimientos mecánicos resultan sorprendentemente sencillos. Sin embargo, es importante contemplar que existen variaciones mínimas en otros tipos de aparatos, los cuales en vez de una ventana de inserción (como la que se utiliza en este modelo) recurren a un método similar al que emplean los autoestéreos con CD; esto es, cuenta dos cilindros alargados en forma de reloj de arena que capturan al disco; cuando el usuario lo introduce en la ranura, es colocado en el carrusel de forma idéntica como vimos en nuestro modelo. Este otro tipo de sistema utiliza para expulsar el disco, una palanca similar a la empleada para introducirlo en el ensamble de lectura; pero ahora lo que se busca es empujar al CD hasta los rodillos de introducción que giran en sentido contrario y expulsan al CD para que el usuario pueda recuperarlo. Fuera de esta pequeña diferencia, la operación de ambos mecanismos es prácticamente idéntica.

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

Introducción

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

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ELECTRONICA y servicio

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

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

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

Sintonizador (turner)

Impulsor de motor

Microcontrolador

Silenciamiento M

Tornamesa (phono) Selector de funciones

Pre Amplificador

Ecualizador

Cassetera (deck)

Amplificador de poder

Control de volumén

Bocina

C.D. Protecciones

Activador del relevador

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

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

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

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

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

Level converter

Binary to 1 of 4 decofer with inhibit

9

VSS 8 VEE 7 X0 12 X

X1 14

13

X2 15 X3 11 Y0 1 Y

Y1 5

3

Y2 2 Y3 4

Figura 2

ELECTRONICA y servicio

51

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

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

Analógico

Canal izquierdo Microcontrolador Mute

Canal derecho

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

Control remoto

Híbrido Control remoto

Microcontrolador

Microcontrolador

Impulsor de motor

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

Digital

Vol + Vol -

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

Convertidor Digital / Analógico

M

Entrada

Procesador de volumen

Salida

Figura 4

52

ELECTRONICA y servicio

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

CH-1 + Bias circuit

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

1

2

3

4

GND

+ CH-2 -

Standby switch

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

LA4597

GND

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

T.S.D 5

6

7

8

9

10

11

12

13

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

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

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

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

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

ELECTRONICA y servicio

53

Figura 6 Si se detecta que no hay bocinas conectadas o que el integrado de salida de audio tiene voltaje en cualquiera de sus terminales de salida, el circuito de protecciones procede a desenergizar al relevador; para esto, corta el audio o el voltaje.

VM

R503 2.2k

C213 3p R215 56k C214 3p

R504 2.2k

Aux L

R216 56k

+VPL

+ -

1

11 0.022

R214 2.7k

+

12

Con 511 R511 27k 6 5 4

R512 27k

2

3 2 1

13

3

6

ON:10.2 OFF:0

-VPR

8

-VPL

9 ICC 14 SUB

-VCC

R219 2.7k

ON:-160 OFF:-27 0

R192 0.22 1w J C197 0.1 C198 0.1

Q107. 108 Short-CCT Detect R243 220 1/4W R241 220 1/4W

R242 220 1/4W R244 220 1/4W

CD-L A-GND CD-R CD-ON D-GND VM

J281 J281 SUR (L) R282 22k

C221 0.047

FROM 3CD C.B. CON5

R213 2.7k

+VPR

+VCC

10

5

Pwer amp

4

7

IC201 STK405 050

Aux R Q201 Q202 Q203 MUTE

SURROUND SPEAKER

SUR (R)

R281 22k

S-WOOFER R283 1.2k

R261 10 1/4 C215 C217 L261 R217 1µh s 10 1/4W 0.1 0.1

+

(L)

R218 C216 C218 R262 10 1/4w 10 1/4W 0.1 0.1

J261 SPEAKERS

+ (R) -

L262 1µh s

Verifique que los voltajes de aproximadamente +29V y -29V (alimentación al integrado de potencia), +7V y -7V (alimentación al selector se funciones y al circuito ecualizador) además de la línea de 5V (alimentación a los circuitos digitales) estén en el nivel de voltaje correcto; de preferencia, también revise que no tengan “rizo”, ya que de lo contrario el audio reproducido no será de la calidad adecuada (figura 7). Una vez comprobados los voltajes en la fuente de alimentación, es conveniente que verifique que los mismos lleguen a sus correspondientes circuitos, ya que de no ser así, alguna de las etapas no funcionará como es debido (o quedará desactivada por completo).

54

ELECTRONICA y servicio

La fuente de alimentación es la sección encargada de generar los voltajes de operación del circuito. Si alguno de estos voltajes no es correcto, el equipo no funcionará adecuadamente.

+29VCD -29VCD Regulador 7v Regulador 5v Regulador -7v Regulador 12v

7v 5v

-7v

12v

Figura 7

Figura 8 Verifique que el nivel de voltaje de alimentación (terminales 16 y 8) sea el correcto; también verifique que las señales de control (terminales 9 y 10) lleguen al integrado (de faltar alguna de ellas no se podrá seleccionar audio de las distintas fuentes de audio.

Figura 9 Si alguno de los transistores de silenciamiento está en corto, no existirá sonido en alguna de las bocinas; esto lo puede verificar abriendo la terminal de colector; si al hacer esto aparece audio, sustituya el transistor.

R215 10K R529 18k

0 R115 10K CD-L Aux-L

B

A

TP

AUX

COM

CD

4

5

6

7

VSS

VEE

INH

3

CD

COM

2

TP

TU

1

8

IC521 BU4052 BC

10.5

TU

VDD

6

FUNCTION AUX

C530 0.47/50

Q102 DTC343TS-TP

0

16 15 14 13 12 11 10

R531 100

C529 0.47/50

R525 330

Q202 DTC343TS-TP

R306 10K

C312 220 10V

0

C221 470p B

+

-2.3

R5330 18k

Aux-R CD-R

C532 0.022

R535 33k

R532 330k

R522 3.9k

R524 8.2k

C524 820p

C528 0.01

R528

R526 330

Verificación del selector de funciones Las pruebas a realizar en este circuito se reducen a verificar que exista voltaje de alimentación y señales de control (si es que se realiza mediante circuito integrado) y verificar con el trazador de señales que exista señal de audio tanto en la entrada como en la salida de dicho circuito; la falla que provoca es que no se escucha alguna función o ninguna de todas las disponibles (figura 8)

Circuito ecualizador Al igual que el selector de funciones, en el circuito ecualizador tenemos pocas pruebas que realizar, como son: verificar la alimentación que le llega al circuito amplificador y que exista señal tanto en la entrada como en la salida con el trazador de señales. De no existir alimentación en este circuito, no tendríamos audio en la salida.

Transistores de silenciamiento Para verificar este circuito hay que comprobar que a la base del transistor no le llegue la señal de activación (voltaje proveniente del microcontrolador). Si esto es así, entonces proceda a desconectar la terminal de emisor o la de colector; si en ese momento aparece audio en la salida, tendrá que sustituir este transistor por otro nuevo, aunque es más recomendable sustituir los dos transistores (figura 9).

El control de volumen Este dispositivo es muy sencillo de verificar; basta con hacer un pequeño corto con un caimán entre la terminal de entrada y la terminal de salida para comprobar si existe o no amplificación hacia las bocinas; y también es necesario hacer un corto con el caimán entre la terminal que está conectada en el nivel de tierra y la salida del control de volumen, para comprobar que no exista audio en la salida (figura 10).

Amplificador de poder Al revisar este circuito, es muy importante verificar que en las terminales tanto de entrada como

ELECTRONICA y servicio

55

Figura 10

grado está dañado; pero antes de proceder a sustituirlo, es recomendable verificar los componentes periféricos, ya que si alguno de ellos se encuentra arruinado, es probable que el circuito amplificador esté en buenas condiciones y únicamente se tenga que sustituir el componente defectuoso. Si al sustituir dicho componente no se corrige el problema, podemos estar seguros de que el circuito integrado está dañado y de que hay que sustituirlo. Ahora bien, si no existe voltaje en las terminales de entrada y salida, hay que verificar que la señal de audio está presente tanto en la entrada como en la salida; si esta señal está presente en la entrada pero no en la salida, y el integrado está correctamente alimentado, significa que el circuito integrado está dañado y que hay que reemplazarlo (figura 11).

Haciendo un corto entre la terminal central y los extremos del control, es muy fácil verificar si el control del volumen sirve o no; además, también comprobamos si hay audio desde la salida del ecualizador. Señal de audio

Hacia el preamplificador

de salida de los canales (izquierdo y derecho) no exista voltaje de CD, pues de lo contrario las protecciones se activarán. De hecho, si el relevador de salida no se activa debemos verificar que la terminal de salida del circuito integrado amplificador de potencia no tenga algún corto, pues esto provocará que las protecciones se activen y no exista, por lo tanto, audio en las bocinas. Si existe voltaje de CD en la terminal de salida del circuito, podemos sospechar que el inte-

Sistema de protecciones Si al verificar voltaje en las terminales de salida del circuito integrado de potencia no existe voltaje de DC, y aun así no se activa el relevador de salida, entonces tenemos un problema en el circuito de protecciones. Es importante verificar que las bocinas no estén en corto, ya que esto provocará que se active el circuito de protección;

Compruebe que no exista voltaje en las terminales de entrada (22,23,25 y 26) y en las terminales de salida (1,2,5 y 8) del amplificador de potencia; en caso de existir voltaje, desconecte el equipo de la línea y con el óhmetro verifique los componentes periféricos. Si todo marca normal, sustituya el integrado de salida de audio.

IC601 RSN309W44-P POWER AMP

-0.2V 15 14 13 30.6V

-30.4V 12

11

10

7 8 9 0V 0V

-61.6V 4 6 5 30.2V 0V

1 3 2 61.3V 0V 0V

D601 RK306LFU1

+

16

R637 22K

17

R623 680K

19 18 50.1V

D602 RK306LFU1

C607 470P C610 470P

20

R605 100K

C608 470P

21

C616 63V33

23 22 0V

C617 50V0.47

-30.8V

-50.9V 26 25 24 0V 0V

R618 56K C612 15P

R626 120K

Figura 11

56

ELECTRONICA y servicio

Figura 12 B

R645 1/2W10

R517 1/2W18

A

RLY503

JK501

1

2

+

3

4

-

5

6

+

-1.2V R543 47K

0.2V

C619 R641 1/2W10 0.047

D541 1SS254TA Q542 R503 2SC2785FTA RELAY CONT 3.3K

R642 C620 1/2W10 0.047

R518 1/2W18

Lch LOW (6Ω) Rch

-

0.8V

Q506 2SC1740SSTA RELAY DRIVE

Cortocircuito momentáneo

también hay que comprobar que dicho circuito esté correctamente alimentado, pues de lo contrario trabajará erróneamente. Si todas las mediciones están correctas y aun así no se activa el relevador, podemos hacer la siguiente prueba: • Coloque un puente instantáneo entre las terminales emisor y colector del transistor acti-

vador del relevador; si en este momento se activa el relevador y la señal de audio llega hasta las bocinas, entonces tenemos una falla en el circuito de activación del relevador; de no ocurrir esto, el problema está en el relevador mismo (figura 12). • Otra prueba que podemos hacer es desconectar la terminal de base del transistor activador del relevador y aplicarle 0.7 V entre la base y el nivel de tierra; si al hacer esto se activa el relevador, el problema es que no está llegando la señal de encendido al transistor de activación del relevador. • Si todo lo anterior ha sido verificado y no hay audio en las bocinas, pruebe conectando audífonos; si en éstos existe señal de audio, sospeche de un defecto en el conector de audífono. He aquí pues un panorama general del método recomendado para dar servicio a la etapa de salida de audio. Estamos seguros de que si usted sigue estas recomendaciones, la localización del componente defectuoso será mucho más fácil.

ELECTRONICA y servicio

57

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

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

ELECTRONICA y servicio

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

Figura 1 R4155

Fuente de alimentación del chasis CTC175 F4150 1A

Q4150 R4150

+150V +

C4007

B+140V R4157

R4175

R4172 +

C4150

R4152

C4153

R4158

R4152

+

+

R4153

C4155 +12V RUN

PWM 29 COMP

R4169 6200

R4162 R4165

U1001

Q4151 R4163

Q4153

R4170

R4154

R4166

PWM IN 30

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

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

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

ELECTRONICA y servicio

59

60

Fuente de alimentación del televisor CTC 176/177 T4101 REGULADOR

ELECTRONICA y servicio

C4122

1

R4126

C4109 CR4106

FB4106

FB4107

140V DC B+

8 FB4113

C4128 C4123

R4104 150 Volts B+ no regulada

C4106

R4125

C4137

+ C4107

CR4112 4 FB4112 U4101 REGULADOR

11

C4135

NC

FB4102 11

3

Salida 12

10

DRIVER C4126 5 OCP CIRCUIT

AMP R4129

Protección de sobrecorriente

ERROR AMP _

13

R4122 5

7 CR4109 7.5V

C4136 6

330 500V C4124 CR4111

7

+ 1

NC

3

2

8

6

C4127 10µF + 63V

9

R4105

R4135 FB4109

FB4108 19.5 VCC

12 CR4107

R4128

R4124 C4103

C4008

CR4102

C4110 + C4108 A

Figura 2

Caliente (conectado a tensión)

Frio (no conectado a tensión)

corriente (OCP) que se encuentra dentro del propio circuito integrado, lleva al FET a su estado de corte. Tomando en cuenta que este proceso se repite cíclicamente, se inicia un mecanismo de oscilación cuya frecuencia varía entre los 100 KHz y los 38 KHz (a máxima carga) que se genera si la inducción de los embobinados secundarios que alimentan al televisor van conectados finalmente en C4107 y C4108. El voltaje de retroalimentación para llevar a cabo el proceso de regulación, sale de las terminales 6 y 7 del transformador, y está fuertemente acoplado al voltaje que existe en los secundarios que proporcionan alimentación al televisor; por lo que cualquier cambio de voltaje que exista en los secundarios altera el voltaje en las terminales 6 y 7. El voltaje de la terminal 7 es rectificado por CR4111 y filtrado por C4127; el resultado es un voltaje negativo que se aplica en la terminal 1 de U4101. Dentro de este circuito integrado, existe una tensión de referencia ajustada a 40.5 voltios ±+0.5 voltios, y el amplificador de error trata de igualar la tensión de la terminal 1 (que es de 40 voltios) con la tensión de referencia. Si existiera un mayor consumo de la carga dentro de la fuente (puede ser que el cinescopio reproduzca una imagen con demasiada brillantez), la tensión disminuirá en la terminal 7 del transformador, lo que permitirá que el FET conduzca por mayor tiempo y la tensión en la salida aumente compensando la disminución que se presentó por el mayor consumo. Cuando tenga problemas con esta fuente de alimentación le recomendamos medir el voltaje que se aplica en la terminal 1 del circuito integrado, el cual deberá ser de –40 voltios ± 0.5V. En ocasiones, cuando existe una carga muy alta (por ejemplo, algún corto), la fuente de alimentación baja tanto su oscilación que se llega a escuchar; si el corto es muy fuerte, se apagará, ya que su circuito de protección de sobrecorriente actúa y la fuente no se enciende hasta que el corto se haya eliminado. Cuando existan variaciones en el voltaje de salida le recomendamos medir el voltaje de la terminal 1 del integrado.

Recuerde que estas fuentes de alimentación utilizan dos tipos de tierras: una caliente ubicada en el lado primario del transformador de la fuente y la otra fría colocada en el lado secundario. Es importante que cuando realice las mediciones de voltaje en el lado primario o secundario, utilice la tierra adecuada para no obtener valores erróneos. Es recomendable que a este tipo de fuentes no se les haga trabajar sin carga, ya que podría ocasionarse una elevación del voltaje de salida que dañaría los capacitores de filtraje; por ello, si usted desea probar la fuente, puede colocar una carga falsa (un foco de 60 Watts) en la salida 140 voltios y comprobar así el buen funcionamiento del circuito. Cabe señalar que, el hecho de que no encienda el televisor, no necesariamente implica que exista un problema en la fuente de alimentación o en la etapa de salida horizontal; puede existir una falla en la memoria EEPROM 24C02, por lo que le recomendamos verifique bien sus voltajes de corriente directa en la salida de la fuente, así como los voltajes que se aplican al microcontrolador y al circuito T. Mida también la tensión en la terminal 5 de la memoria, que deberá ser de 5 voltios; si se encuentra en un nivel inferior a los 4 voltios, es que la memoria esta dañada y será necesario sustituirla; de lo contrario el televisor no encenderá, ya que esta memoria, cuando está dañada, provoca un bloqueo en el sistema de control y no envía la orden de encendido para que el circuito T inicie la generación de la señal del horizontal al presionar la tecla de poder (POWER).

Listado de fallas en televisores RCA y GE • Marca: RCA y GE CTC-177. • Falla: El televisor está fuera de sincronía horizontal. • Solución: Este tipo de televisores no cuenta con presets para realizar ajustes; sin embargo, si pone el equipo en modo de servicio podrá acceder al parámetro 1, lo cual permite ajustar la frecuencia horizontal. Se recomienda volver a soldar el blindaje del sintonizador.

ELECTRONICA y servicio

61

62 Circuito del regulador principal del televisor CTC185

ELECTRONICA y servicio

R4146

V1

I1

IHVT Pin 3

RAW B+

+ C4007

Pin 1

R4172

CR4105

CR4103

C4104 Q4114

L4102

130 REG B+

R4103 CR4111

CR4106

C4122

C4124

C4137

V2

+

R4110 R4138

+12V RUN

+

C4138 R4116

C4007

R4147

CR4112

R4136 R4124

R4118

V4

R4114

V5

Q4103

V3

R4128

Q4104

C4123 C4109

Q4113

R4120 R4123 R4142

C4136

R4126

R4145

C4103

IHVT PIN 8

V6

C4153

C4134

CR4113

C4108

R4148

+

C4135

R4117 Q4108

V7

C4106

R4108

R4149

3

1

+ -

Figura 3

U4103 2

+2.5V REF

R4137

R4111

R4112

• Marca: RCA y GE CTC-177. • Falla: Existe deformación en la imagen (efecto de cojín). • Solución: Se encontró que existían problemas con los capacitores de color azul (cuadrados) que están en el circuito de pincushion. Sin embargo, se recomienda que cuando se encuentren dañados estos capacitores también se verifiquen los diodos que están asociados en esta etapa, ya que también pueden presentar problemas. • Marca: RCA y GE CTC-177BH2. • Falla: el OSD corrido de su posición. • Solución: Se encontró la memoria dañada, por lo que fue necesario sustituirla. Es probable también que el problema se origine cuando el OSD se mueve de posición hasta que desaparece, debido a que existe una expansión del barrido horizontal por defecto de los diodos de pincushion CR403 y C4407. Le recomendamos verificar el filtrado en la línea de alimentación principal y los pulsos de sincronismo que llegan a la terminal 26 y 27 del microcontrolador. • Marca: RCA y GE CTC-175. • Falla: No sintoniza los canales. • Solución: Se verificó la presencia de los voltajes que alimentan al sintonizador de canales y no se encontró alteración; en este caso, la falla llega a localizarse en el detector U730 cuando se calienta demasiado; sustitúyalo para solucionar el problema. • Marca: RCA y GE CTC-177. • Falla: El OSD está corrido. • Solución: Se encontró que el diodo CR3302 impedía la entrada al microcontrolador de pulsos de sincronismo vertical. • Marca: RCA y GE CTC-177. • Falla: El televisor estaba completamente muerto. • Solución: Se detectó que en la salida de la fuente de alimentación no existía voltaje de alimentación (los 140.5 voltios) y se midió el voltaje

en el circuito integrado U4101, encontrándolo dañado. • Marca: RCA y GE CTC-185A. • Falla: No existía voltaje a la salida de la fuente y el televisor no encendía. • Solución: Por tratarse de una fuente conmutada que utiliza PWM para su operación, requiere pulsos del horizontal para funcionar; esta relación provoca que cuando los pulsos no funcionan la fuente tampoco lo hace. La reparación de esta fuente requiere un procedimiento diferente para localizar las fallas en el circuito (figura 3): 1) Conecte un variac en la entrada de la corriente alterna para bajar el voltaje entre 90 y 95 voltios. 2) Ponga un corto entre las terminales fuente y drenador del regulador Q4114. 3) Encienda el equipo y mida con voltímetro la salida de la fuente, que deberá ser de 130 voltios; por ello es importante el variac para ajustar el voltaje de salida de la fuente. Con este proceso el televisor debe encender, permitiendo verificar entonces las diferentes señales de la fuente, inclusive la señal de PWM que llega a la terminal gate. En el caso que analizamos, se dedujo que el transistor estaba dañado. En ocasiones su matrícula se borra pero ésta es el P6N25. • Marca: RCA y GE CTC-177. • Falla: Audio muy bajo e inclusive puede llegar a existir un mute permanente. • Solución: Se encontró dañada la memoria EEPROM, siendo necesaria su sustitución. En ocasiones algunos técnicos lo que hacen es retirar al transistor Q1903, que realiza la función de mute; en este caso, cuando se cambia de canal se presentar un ruido molesto mientras se sintoniza correctamente. Lo más recomendable es cambiar la memoria. Y recuerde que tiene que anotar los valores de ajustes del sintonizador de canales para grabarlos en la memoria nueva.

ELECTRONICA y servicio

63

LA VIDEOCONFERENCIA Julio Fernández Valenzuela

Introducción

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

64

ELECTRONICA y servicio

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

Figura 1

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

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

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

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

Cable entre puertos serial o paralelo

Figura 2

Figura 3

ELECTRONICA y servicio

65

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

d te

lefó

nic

a

Línea telefónica

Figura 4

Re

Módem

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

Módem

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

A travéz de una red

Figura 5

66

ELECTRONICA y servicio

Figura 6

A través de Internet (entre PC's o redes) Línea telefónica

I NT E R N ET

Módem

Línea telefónica

Módem

Protocolos Como en los idiomas, donde es preciso establecer significados de las palabras y mecanismos de comunicación, en el terreno de la informática las computadoras necesitan ser informadas de la forma en que van a entablar su “diálogo”. El acuerdo, basado en normas internacionales ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones), permite asegurar que los enlaces y la comunicación fluyan adecuadamente, a pesar del uso de distintas marcas de equipo o programas de software. Precisando: podemos definir al protocolo como la serie de normas que uniforman las características físicas de un sistema, y el lenguaje en que éste opera. Estos son algunos protocolos: H.223 (multiplexión de información en el canal; H.245 (control de terminales en videoconferencia); H.263 (codificación de video a 20 Kbps); H.320 (soporte de videoconferencia en ISDN -Red

Digital de Servicios Integrados); H.323 (soporte audiovisual en redes); H.324 (videoconferencia sobre redes telefónicas analógicas; G.723 (codificación de sonido); T.120 (intercambio de datos con soporte para voz y gráficos -no de video).

Algunos sistemas comerciales a disposición del usuario Durante nuestro recorrido en Internet, localizamos sistemas para Unix, Windows 3.x, Windows NT, Windows 95 y Macintosh; para evitar desvirtuar alguno, nos concretamos a enunciar algunos de los fabricantes y las plataformas que atiende (tabla 1). Queda claro que nuestro propósito es poner en manos de nuestros lectores información fidedigna y actual Pero cabe decir que la tecnología avanza a pasos tan acelerados, que no dudamos de la existencia de diferencias entre lo que informamos y la disponibilidad de recursos en materia de video conferencia. Puede consul-

Dispositivos de enlace telefónico A través del televisor

Enlace telefónico a red telefónica convencional o señal de TV vía satélite

Figura 7

ELECTRONICA y servicio

67

Tabla 1 PROVEEDOR

WINDOWS 3.1

Aeontech

SI

C-Phone Corporation

SI

WINDOWS Windows Windows 3.11 95 NT SI

SI

SI

Compression Labs

SI

SI

SI

SI

SI

SI

COREL

SI

SI

SI

SI

Creative Labs

SI

SI

SI

SI

Creative Software Technologies

SI

SI

SI

Datapoint Corp

SI

SI

SI

EyeTel Communications Inc

SI

SI

SI

SI

Unix

SI

SI

SI

SI

SI

IBM

SI

ICL Networking Business

SI

Incite

SI

SI

SI

SI

Insoft Inc

SI

SI

SI

SI

INTEL

SI

SI

SI

Intelect Visual Communications

SI

SI

SI

SI

Microsoft Corporation

SI

SI

SI

SI

Multimedia Access Corp.

SI

SI

SI

Mycom Eyretel

SI

SI

SI

SI

Peregrine Systems

SI

SI

SI

SI

PictureTel

SI

SI

SI

Shark Multimedia

SI

SI

SI

Silicon Graphics

SI

SI

SI

SI

Uni-Data and Communications Inc

SI

SI

SI

VistaCom Inc

SI

SI

White Pin Software

SI

SI

Zen Multimedia

SI

SI

tar como referencia la siguiente dirección en Internet: http://www3.ncsu.edu/dox/video/ products.html. La mayoría de estos productos, son juegos de hardware y software, diseñados para trabajar conjuntamente; en algunos casos, se trata de hardware o software estándar, capaces de funcionar con complementos estándares.

Requerimientos mínimos promedio Los datos que a continuación citamos, son los mínimos recomendados para la plataforma PC, pero cada proveedor hace sus propias recomendaciones. Mas cabe hacer la aclaración que, mientras más reciente sea el entorno de aplica-

ELECTRONICA y servicio

Macintosh

SI

Connectix Corporation

68

OS/2

Novell Netware

SI

SI

SI SI

SI SI

SI

ción, mejor será equiparse con una cantidad mayor de memoria RAM y procesadores más poderosos. • Procesador Pentium MMX, con 32 MB de RAM. • Tarjeta de sonido full duplex. • Tarjeta de video compatible con videoconferencia, con 1 MB de RAM de video (de preferencia 2 MB). • Monitor gráfico SVGA con capacidad para color de 16 bits. • Windows 3.11. • A escoger: micrófono y bocinas, o diadema con micrófono integrado. • La mayoría de los programas de videoconferencia, soportan videocámaras de uso co-

Figura 8

Tarjeta de fax-módem para voz y video

Tarjeta capturadora de video

Caja con conectores Cámara de video con micrófono interconstruido

mún NTSC/PAL; si usted ya tiene una, sólo verifique en su manual estas características, y verifique el cable que su sistema requiere. • Fax módem compatible con videoconferencia (Protocolo H.320) de 28,800 bps o superior. Podría ser recomendable adquirir un kit como el que se muestra en la figura 8, de US-Robotics, el cual incluye todos los implementos para que una PC poderosa con hardware multimedia, brinde las prestaciones de la videoconferencia.

Programas shareware para videoconferencia Considerando que muchas computadoras modernas reúnen los estándares referidos, es posible conjugarlos con distintos programas disponibles en Internet bajo la modalidad shareware (pruébelo algunos días, y si le sirve cómprelo). La mayoría de este tipo de programas, tienen un precio inferior a las opciones comerciales, y usted tiene siempre la posibilidad de actualizarse a la versión más reciente, en muchos casos por un costo simbólico. En las siguientes direcciones, puede usted transferir, sin costo, algunos programas para

Software de comunicaciones

probarlos durante un tiempo. Si le sirve alguno, por favor, pague su registro, y colabore a que este fabuloso sistema comercial perdure: • http://www.alpa.com/programas/comun95.html • http://www.alpa.com/programas/video95.html • http://www.oznet.com/oiug/vontech.htm

Videoconferencia por Internet La videoconferencia por Internet, si bien no es la alternativa más óptima desde el punto de vista de la calidad del enlace, sí es la más accesible para el usuario típico y la más barata, pues es posible lograr la comunicación enlazando visualmente a los interlocutores desde cualquier parte del mundo, al costo de una simple llamada local más el pago al proveedor de servicios de Internet. Esta es la forma que le recomendamos que implemente en su computadora. Para finalizar el artículo, si usted desea mayores informes sobre el tema, o algún software del tipo shareware, le sugerimos que se comunique al siguiente correo electrónico con el autor: [email protected].

ELECTRONICA y servicio

69

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

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

ELECTRONICA y servicio

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

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

Figura 1

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

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

ELECTRONICA y servicio

71

Figura 2

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

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

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

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

PaperSpeed_____mm/seg

Medición 50 25 del objeto

10 75

dB dB

dB dB

40 20

8

Pantalla l'acord

60

Senoidal 1W 1mt Cámara anecoide 30 15

6

45

20 10

4

30

Nota: (logarítmica) 10 5

2

15

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

10 Hz 20

50

100

200

500

1 Khz 2

5

10

20

40 D A B C Lin Frecuencia

0 0

Figura 3

72

ELECTRONICA y servicio

Figura 4 Nivel en DB

Curva de respuesta al ruido rosa

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

-40 60

-30 45

-20 30

-10 15

0

1.6 2 160k 2.5

5 4

8 6.3

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

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

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

Frecuencia

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

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

10 75 8

60

Senoidal 30 15 1W 1mt

6

45

Cámara 20 10 anecoide

4

30

10 5

2

15

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

dB dB

20 Hz

50

100

200

500

1000

2000 Hz 5000

10000 20000 40000 D A B C Lin

0 0

(1612/2112) A B C Lin Frecuencia

Figura 5

ELECTRONICA y servicio

73

do blanco atenuado en 3 decibeles por octava a fin de que el contenido de energía en cada tercio de octava sea el mismo. La curva de respuesta que se obtiene es más llana y más representativa debido a la naturaleza no regular de la música (figura 4). Recuerde que siempre es necesario conocer las condiciones en que las mediciones fueron

A

realizadas; también debe observar las escalas utilizadas en el papel sobre el que se grafican las mediciones. En el caso de la figura 3 se utilizó papel logarítmico, y la misma gráfica en papel logarítmico pero en otra escala se muestra en la figura 5. Si no se observa con cuidado se puede caer en el error de pensar que se trata de sistemas diferentes, y obviamente el de figura 5

Curva de respuesta de los baffles tomada en recintos normales

-50 75

-40 60

-30 45

-20 30

-10 15

0

1.6 2 160k 2.5

5 4

8 12.5 20 31.5 50 80 125 200 315 630 1.25K 2.5K 5K Weight net 6.3 10 16 25 40 63 100 160 250 400 800 1.6k 3.15k 6.3k 10k 16k 25k 40k 63k 100k 16 1.3octave band center frecuency in Hz 500 1k 2k 4k 8k 12.5k 20k 31.5k 50k 80k 125k

B 50 75

75

40 60

60 Pantalla L'acord Vieta - 45

30 45

30

20 30

-15

10 15

0 2

5 2.5

4

8 12.5 20 31.5 50 80 125 200 315 630 1.25K 2.5K 5K Weight net 6.3 10 16 25 40 63 100 160 250 400 800 1.6k 3.15k 6.3k 10k 16k 25k 40k 63k 100k 16 1.3octave band center frecuency in Hz 500 1k 2k 4k 8k 12.5k 20k 31.5k 50k 80k 125k

Figura 6

74

ELECTRONICA y servicio

parece mejor que el de la figura 3. Lo ideal en este tipo de gráficas es obtener una curva lo más llana o plana posible para los diferentes valores de frecuencia; pero esté atento, ya que para impresionar a los consumidores, muchos fabricantes buscan la escala adecuada para sus gráficas, de manera que simulen tener una respuesta llana en la reproducción de sonido. Un aspecto importante que influye en la forma que adquiere la curva de respuesta, está relacionado con la posición del micrófono que capta la señal, ya que los resultados obtenidos serán diferentes si el micrófono se coloca frente al woffer, frente al midrange o frente al tweeter, debido a que conforme aumenta la frecuencia de una señal, su difusión se vuelve muy direccional. Otro método para determinar la curva de respuesta consiste en tomar la curva dentro de una habitación normal, similar a la que se dispondrá para la audición, a fin de que la posición del micrófono no influya en el resultado, la curva está tomada con un analizador en tiempo real que permite ir integrando los valores que recoge el micrófono mientras se mueve por toda el área

de audición. El resultado será una curva de respuesta lo mas parecida posible a la curva ideal de reproducción en condiciones normales de escucha (figura 6). Recientemente, y gracias a los sistemas de cómputo, es posible realizar gráficas de mediciones para tres variables (es decir, tridimensionales), en las cuales se puede observar la amplitud, la frecuencia y un eje calibrado en milisegundos que muestra la manera en que va disminuyendo la señal una vez que ha desaparecido la señal excitadora (fenómeno conocido como “reverberancia”). Este tipo de gráficas proporciona información acerca de las resonancias y coloraciones del sistema de reproducción de sonido, así como de su respuesta transitoria. Por último, debemos mencionar la curva de impedancia. La impedancia es el valor de la carga que ofrecerá el sistema de bocinas al amplificador para cada valor de frecuencia que se aplique al mismo (figura 7). En la curva se pueden observar los distintos valores de reactancia que adquiere el sistema para cada valor específico de frecuencia, inde-

Curva de impedancia Reactancia Medición 50 25 del objeto

10 75

Pantalla

dB dB

dB dB

vieta l'acord

40 20

8

Fo 38 Hz QT 0,8

32

30 15

60

6

45

4

30

2

15

17,9 10

20 10

5,3 Curva de impedancia 10 5 Rec No. ___ Date: ______ Sign: _____ 0 0

3,1

10 Hz 20

50

100

200

500

1 Khz 2

5

10

20

40 D A B C Lin A B C Lin Frecuencia

0 0

Figura 7

ELECTRONICA y servicio

75

Figura 8

25 cm

30 cm

2 Tablas de 30 x 26.5 cm, y de 1.5 cm de espesor

1 Tabla 30 x 65 cm, y de 1.5 cm de espesor

A

B 65 cm

65 cm

C

2 Tablas de 25 x 65 cm y de 1.5 cm de espesor

30 cm

26.5 cm

2 Tablas de 20 x 30cm, y de 1.5 cm de espesor

1 Tabla de triplay de 30 x 65 cm y de 1.5 cm de espesor (para pantalla)

30 cm

D

20 cm

pendientemente de que la reactancia sea inductiva o resistiva (ya que en un sistema de bocinas generalmente se adicionan capacitores o inductores extra). En la gráfica se aprecia un primer pico de derecha a izquierda, que corresponde a la frecuencia de resonancia del sistema de los graves; des-

pués el segundo pico corresponde al valor de resonancia para señales medias y existe un tercer pico (no tan evidente) para las señales agudas. Siempre es importante que la curva de impedancia no se encuentre cerca de valores muy bajos, sobre todo si se va a utilizar en conjunto

Dimensiones del baffle

Internamente se deben colocar un par de maderas arriba y abajo de la abertura cuadrada, para hacer la función de cámara reflex Cámara reflex

5cm

C

5cm

20cm 6cm

4cm

20cm

D 5cm 5cm

65cm

15cm

Perforación rectangular

10cm

20cm 5cm

10cm 25cm

5cm

20cm

A

B

10cm

5cm 26cm 30cm

Baffle visto de lado

Figura 9

76

ELECTRONICA y servicio

Figura 10

con algún otro sistema de bocinas (ya que esto puede provocar la pérdida de la señal en la salida del amplificador que alimenta al sistema).

Características de los materiales y construcción del recinto acústico En la construcción de baffles se utilizan materiales como la madera o plásticos termo-formados. Para nuestro proyecto utilizaremos madera por la facilidad con que se puede moldear; es im-

portante evitar el uso de la madera comprimida, que si bien cuesta menos es de menor resistencia (y las imperfecciones de su superficie no ayudan a la calidad del sonido que se reproduce). Las dimensiones de las maderas necesarias para la construcción del baffle se indican en la figura 8. En la parte frontal de la caja, para la pantalla acústica, se deben realizar cuatro perforaciones: tres circulares correspondientes a los diámetros aproximados de las bocinas que se van a instalar en el interior, y una tipo rectangular

Wodfers

Midrange

Tweeters

Figura 11

ELECTRONICA y servicio

77

Figura 12 Descripción de un sistema CROSS-OVER Circuito CROSS OVER

Patillas de sujeción

COM

LOW MED HI

Terminal para altos Terminal común

Terminal para medios Terminal para bajos

que corresponde a una perforación para hacer al baffle tipo réflex (figura 9). Dentro de la perforación se deben colocar un par de maderas arriba y abajo de la abertura, a manera de conformar un tubo acústico (figura 10). Es necesario disponer de tres tipos de bocinas especializadas: un woofer o bocina para bajos, un midrange o bocina para medios y un tweeter o bocina para altos, los cuales deberán

Circuito de interconexión para el separador de sonido CROSS OVER Bocina para bajos Circuito CROSS OVER

Común

Low Med

Salida del amplificador

Hi

Bocina para medios

Bocina para altos

Figura 13

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ELECTRONICA y servicio

tener el mismo valor de impedancia (sugerimos 8 ohms para cada una, figura 11). También verifique que la potencia de las bocinas elegidas corresponda a la especificada por el fabricante del aparato. Aquí hay que hacer una aclaración: aunque algunos fabricantes de equipos de sonido presumen de que sus modelos alcanzan “2000 Watts PMPO”, en realidad lo que están midiendo es la potencia acústica pico máxima, que es muy superior a la potencia de trabajo normal; y ésta, a su vez, es mayor a la potencia nominal de las bocinas (esto quiere decir que, por ejemplo, una bocina de 50 watts nominales puede dar una potencia audible de aproximadamente unos 300 watts en trabajo normal, y un pico máximo que fácilmente excede los 1500 watts). No se deje impresionar por la publicidad de los fabricantes.

Uso del Cross-over Continuando con la construcción de nuestros baffles, se recomienda también la inclusión de un sistema Cross-over, el cual básicamente es un circuito pasivo que no requiere de alimentación externa para su operación; dispone de cuatro terminales a través de las cuales se conectan las diferentes bocinas de un baffle; internamente está compuesto de capacitores y bobinas que permiten seleccionar un rango de frecuencias de la señal y entregarlas a las bocinas que están diseñadas para ese mismo rango de frecuencias. En otras palabras, el Cross-over separa los sonidos bajos, los sonidos medios y los sonidos altos (figura 12). Para la interconexión del Cross-over siga el diagrama indicado en la figura 13, aunque siempre es conveniente revisar el diagrama propuesto por el fabricante del Cross-over que haya comprado. Coloque las bocinas dentro del baffle y realice las conexiones correspondientes entre el Cross-over y las bocinas. Verifique la operación del sistema conectando el baffle a la salida de un amplificador con un nivel de sonido bajo; poco a poco aumente el nivel de sonido como sugerimos en la prueba inicial; experimente con diferentes tipos de música para verificar la buena operación de la pantalla.