ELECTRONICA y servicio
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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 Colaboradores en este número Ing. Leopoldo Parra Reynada Ing. Oscar Montoya Figueroa Profr. J. Luis Orozco Cuautle Profr. Guillermo Palomares Orozco Diseño Gráfico y Pre-prensa digital D.C.G. Norma C. Sandoval Rivero (
[email protected]) Gabriel Rivero Montes de Oca
Ciencia y novedades tecnológicas................. 6 Perfil tecnológico El galvanismo y las radiocomunciaciones.................................. 11 Felipe Orozco y Leopoldo Parra
Leyes, dispositivos y circuitos Los micrófonos............................................17 Oscar Montoya Figueroa
Qué es y cómo funciona Videograbadoras modernas....................... 26 Leopoldo Parra Reynada
Servicio técnico Mecanismo de seis discos con entrada única en reproductores de CD’s................................ 39 Leopoldo Parra Reynada
Publicidad y ventas Cristina Godefroy T. y Felipe Guillén
Modernos cinescopios que no requieren anillos de convergencia.............................. 45
Suscripciones Ma. de los Angeles Orozco Cuautle
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Isabel Orozco Cuautle (
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Cómo localizar fallas en fuentes de alimentación conmutadas...........................53 Guillermo Palomares Orozco
Electrónica y computación Discos duros................................................ 62 Leopoldo Parra Reynada
Proyectos y laboratorio
en los artículos, son propiedad de sus respectivas compañías.
Enconado de bocinas y construcción de baffles............................ 72
Estrictamente prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio, sea mecánico o electrónico.
Oscar Montoya Figueroa
No.4, Junio de 1998
Boletín Técnico No.3 (anexo) ELECTRONICA y servicio
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A NUESTROS LECTORES, ANUNCIANTES Y DISTRIBUIDORES
CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICAS
Por razones contrarias a nuestra voluntad, derivadas de actos de mala fe hacia esta casa editorial de parte de la representante de los titulares del nombre “Radio-Gráfica”, esta revista se llamará a partir de este número ELECTRONICA Y SERVICIO. Sin embargo, el enfoque editorial, la periodicidad, el formato y demás características seguirán siendo exactamente las mismas; de hecho, los ejecutivos y colaboradores seguirán siendo las mismas personas, como podrá usted constatar en el directorio. En ELECTRONICA Y SERVICIO queremos hacer un trabajo serio, respetuoso de los compromisos asumidos con los lectores, anunciantes y distribuidores que nos favorecen, de ahí que hayamos decidido continuar con este proyecto, pero ya sin relación alguna con la revista Radio-Gráfica y sus representantes. Cabe señalar que los suscriptores que en su momento atendimos sin pago alguno hacia nosotros, como parte del fallido convenio, continuarán recibiendo mes a mes esta publicación hasta que concluyan sus respectivas suscripciones, pues desconocerlos nos parece un acto irresponsable. Por otra parte, queremos hacer de su conocimiento que los señores Rosario Orozco Mancilla y Carlos Hernández Paz, no tienen ya ninguna relación con esta casa editorial, debido a los manejos irregulares y faltos de ética que efectuaron durante el tiempo en que se encargaron de la distribución y publicidad de esta revista. De manera definitiva, nos desligamos de estas personas y no tenemos ya ningún trato con ellas; por lo tanto, no asumimos responsabilidad alguna por las consecuencias de sus actos comerciales, ni reconocemos aquellos que, con dolo, puedan realizar en nombre nuestro. Por lo demás, nuestros planes editoriales siguen en marcha, siempre procurando hacer un trabajo de difusión técnica que sea de utilidad al público a quien va dirigido el material de capacitación que producimos. Le recordamos que Comunicación Digital es una empresa filial de Centro Japonés de Información Electrónica, compañía que se ha caracterizado por su seriedad y profesionalismo en sus diversas actividades. Agradecemos su comprensión y su preferencia.
El videoteléfono es una realidad Sin duda, los guionistas de películas y series televisivas de corte futurista están de acuerdo en algo: las comunicaciones entre personas no se limitarán a un simple intercambio de voz, sino que también podrán transmitirse imágenes en
Lic. Felipe Orozco Cuautle Director Editorial ELECTRONICA y servicio
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movimiento, de modo que podrán observarse mutuamente los interlocutores. Gracias a las investigaciones realizadas por múltiples compañías en todo el mundo, el teléfono con imagen es ya una realidad. En Japón, por ejemplo, la firma Hitachi ha empezado a comercializar un nuevo aparato al que llama “telefovisión”, esperando que se difunda rápidamente a otros países. El sistema completo consta de un aparato de muy reducidas dimensiones, con una pequeña pantalla de cristal líquido cuyo tamaño es de 6 pulgadas diagonales, sobre la cual se interconstruye una minúscula cámara de video (con CCD), que a su vez capta la imagen del usuario (figura 1). Dicha imagen, es convertida en una señal digital y comprimida mediante una serie de algoritmos para que ocupe el menor espectro posible, de modo que pueda transmitirse a través de las líneas convencionales de teléfono (que en realidad no están diseñadas para transmitir más que voz), con una velocidad de 32,000 bits por segundo, la misma velocidad que utilizan los módems más comunes para lograr el enlace entre computadoras personales, ya sea directamente o a través de Internet. Por supuesto que en este ancho de banda tan estrecho difícilmente podría transmitirse una
Figura 1
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imagen de muy alta definición, pero los resul-
tados obtenidos son adecuados si consideramos las limitaciones de las líneas telefónicas. Sin
sustituyendo al tradicional tubo vidicón y sus variantes.
DVD para grabar audio exclusivamente? ¿No equivale a utilizar un tren para ir de paseo, en
embargo, se espera que en un futuro cercano, cuando las compañías terminen la sustitución
Las imágenes así digitalizadas, en vez de ser almacenadas en un rollo de película, son gra-
lugar de viajar en un auto? Inclusive, aún ni siquiera se han dado a conocer las especificacio-
del tradicional cableado por avanzados sistemas de fibras ópticas, la calidad de la imagen que se
badas en medios electrónicos o magnéticos, como los bancos de RAM, los disquetes y los discos
pueda transmitir sea muy superior a la que se
duros, con la ventaja adicional de que pueden
nes del DVD para audio. El MiniDisc es una alternativa viable para desplazar al CD de audio (no nos referimos a
obtiene actualmente. Este sistema de comunicación puede ser una alternativa de otro que está tomando mucho auge en el mundo: la videoconferencia a través de Internet, mediante la cual se enlazan dos usuarios de computadoras de una forma similar a como intercambian los mensajes de correo electró-
ser expedidas de inmediato, simplemente conectando la cámara a una computadora o a un
otras aplicaciones del CD, como las que tiene en el segmento informático); básicamente, porque
televisor; aunque también pueden ser almacenadas de manera permanente en un soporte óptico como el Kodak Photo-CD. Precisamente porque las imágenes ya se encuentra en un formato digital, pueden ser procesadas mediante un software de tratamiento gráfico, mientras que su salida o impresión final puede darse a través de cualquier impresora en color (las de inyección de tinta son las más baratas, aunque existen opciones profesionales). Una ventaja adicional de este sistema es que las imágenes pueden ser borradas una vez que se han utilizado, lo que resulta imposible en la película fotográfica. Con todas estas ventajas, cabría reflexionar si la película fotográfica esta destinada a desaparecer. En el escenario previsible nos parece aventurado afirmar esto, pues la digitalización por CCD tiene aún serios inconvenientes: la baja resolución con que se capturan las imágenes, comparada con la que se puede obtener por métodos tradicionales. La otra desventaja tiene que ver con el procedimiento de impresión, que sigue siendo muy costoso y de relativa baja calidad. Pero de cualquier manera, nadie puede predecir lo que va a pasar con la película de celuloide.
su tamaño es mucho más reducido y porque es regrabable, con las ventajas propias de los soportes digitales (figura 3).
Cámara fotográfica digital, de la marca Polaroid
Figura 2
Cámara digital Mavica MVC-FD7, de Sony
nico, sólo que enviando audio y video en tiempo real. Habrá que esperar la difusión de estas nuevas formas de comunicación, para observar qué modalidad predomina.
¿La desaparición de los rollos de película? Si usted es aficionado a la fotografía desde hace algunos años, seguramente habrá advertido los avances en el campo de la óptica y de la electrónica aplicadas en diversos procesos como el enfoque, el cálculo de exposición, etc. También, seguramente habrá notado que, hasta hace poco, el único medio de almacenamiento de las tomas fotográficas seguía siendo la película de celuloide, en la que se aprovechan los mismos principios físico-químicos desde que la fotografía fue una realidad, hacia fines del siglo pasado: la exposición a la luz del celuloide recubierto de un material fotosensible, el revelado de la película y la impresión en papel.
Cámara PowerShot 600, de Canon
Pues bien, ya existe un sistema que elimina a la película para el soporte de imágenes, y con ello los procesos de revelado e impresión: la cámara fotográfica digital, que aunque no es desarrollo realmente nuevo, ya se ha convertido en
Justamente por estas ventajas, muy apropiadas para la electrónica de consumo, el MiniDisc está recibiendo un decidido apoyo por parte de los fabricantes. Por ejemplo, la firma japonesa Sharp ha introducido varios modelos nuevos de reproductores portátiles de MiniDisc, basándose en el tradicional diseño del Discman (figura 4). Otra compañía que está apoyando al MiniDisc es Kenwood, cuyos aparatos por mucho tiempo han sido sinónimos de calidad excepcional. Entre algunos de sus modelos de mesa podemos encontrar al XM-7MD, que ya se está comercializando en Japón, pero que seguramente pronto estará en nuestros aparadores. Este aparato posee dos grabadores/reproductores de MiniDisc independientes, de modo que es posible hacer copias (no directas) de algún disco para llevarlo, por ejemplo, en el automóvil (ya existen los autoestéreos con lector de MiniDisc incorporado).
El MiniDisc promete una larga vida
una alternativa muy barata que está desplazando a las tradicionales cámaras en algunos segmentos de la comunicación, como el diseño gráfico, el periodismo, la multimedia interactiva y el Internet (figura 2). Estas cámaras captan la imagen por medio
que se refleja en su superficie en distintos niveles de voltaje, y por medio de un proceso de muestreo de líneas codifican la imagen en una representación eléctrica. Por supuesto que este método tampoco es nuevo, pues se ha utilizado
de sensores CCD o CMOS, y convierten la luz
desde hace muchos años en las videocámaras,
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Aunque el DVD ha venido a revolucionar los esquemas de almacenamiento de audio y video, no parece que vaya a desplazar a otras tecnologías de menor capacidad, como es el caso del MiniDisc, lanzado al mercado por Sony en 1993. Un DVD, en su máxima capacidad, puede grabar más de 100 veces la información que cabe en un MiniDisc, lo que aparentemente resulta muy atractivo; pero ¿realmente conviene utilizar al
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Figura 3
Figura 4
Figura 5
gen hasta una pantalla; de esta forma, se obtenían magnitudes de imagen realmente impresionantes (hasta dos metros diagonalmente). A pesar de sus ventajas, estos proyectores necesita-
Entra para MiniDisc
Entrada para CD
En sus sistemas de componentes de audio, Sony también está introduciendo sistemas para la grabación y reproducción de MiniDisc. Esto pone de manifiesto que dicho medio de almacenamiento promete una larga vida.
ban un proceso muy complejo de ajuste y calibración, al grado que sólo técnicos expertos podían instalar dichos dispositivos. Como una alternativa de este sistema, los fabricantes han desarrollado un nuevo tipo de proyectores de video cuyo funcionamiento está basado en el mismo principio utilizado en la proyección de diapositivas, con la diferencia de que en vez de una imagen fija, se incluye una pequeña pantalla LCD donde se expide el video que será proyectado (figura 5). Dicho sistema tiene como ventaja de que los ajustes necesarios para obtener una pantalla grande y definida son mínimos (los mismos que se utilizaban en proyectores de diapositivas), al tiempo que el proyector mismo es mucho más pequeño y portátil (ideal para conferencias y presentaciones). Por todo esto, no dudamos que en poco tiempo los tradicionales proyectores de tres cañones dejen de utilizarse, siendo reemplazados por los modernos dispositivos LCD.
ha evolucionado de manera importante en los
Para conseguir la lectura de los datos, el mis-
últimos años (ver artículo al respecto en este mismo número), pasando de ser pesados dispositivos en los que se podía grabar apenas unos cuan-
mo rayo láser excitador selecciona la capa respectiva, al tiempo que una luz de menor intensidad baña al cristal y la información de los puntos
tos megabytes de información, hasta minúsculas unidades capaces de guardar miles de megabytes
claros u oscuros es leída por medio de un panal CCD. Como resulta obvio, por este método se
de datos. Sin embargo, la evolución de los discos duros tal y como se ha manifestado, tiene límites impuestos por la física, a saber: no es posible fabricar cabezas de lectura/escritura menores a ciertas dimensiones; los platos no pueden girar a más de cierta velocidad; la rapidez de transferencia de datos no puede elevarse por encima de un nivel umbral; etc. Por estas limitaciones, cabe esperar que en algún momento futuro la opción del disco duro como medio de almacenamiento masivo alcance un límite. Como respuesta a tan inquietante perspectiva, en los laboratorios de IBM ya se está trabajando en una propuesta tecnológica que podría resolver los problemas de almacenamiento de datos en un futuro inmediato, y al parecer por muchos años, la cual consiste en grabar datos digitales en un cristal holográfico por medio de un rayo láser (figura 6). El método específico aún se mantiene en cierto secreto, debido a las protecciones de patentes obvias en un desarrollo tan importante; sin embargo, ha trascendido que el almacenamiento de información se lleva a cabo por medio de un haz de luz que atraviesa una pantalla LCD, y graba o almacena con una serie de puntos claros u oscuros (que a su vez representan “ceros” y “unos”) las capas internas de un cristal holográfico. Para saber cuál de las capas se debe utilizar para el almacenamiento, se proyecta un rayo láser plano que excita ópticamente a ciertos elementos dentro del cristal, forzándolos a cambiar sus propie-
puede escribir y leer una “página” de datos en un instante, lo que teóricamente nos proporcionaría flujos de información del orden de cientos de megabytes por segundo, suficiente para cubrir las necesidades informáticas de un futuro cercano y posiblemente por varias decenas de años más. Si bien este método aún se encuentra en su etapa experimental, se espera que cuando los discos duros comiencen a mostrar sus limitaciones, esta tecnología ya esté optimizada para ser implementada en los sistemas de cómputo.
Nuevo método para almacenamiento de datos digitales
dades dependiendo de si reciben luz o no. Una vez que se ha guardado una “página” completa, simplemente se desplaza muy ligeramente el láser excitador y se graban en otra capa, pudiendo guardar varios cientos de megabytes
deo estaban basados en un método de tres cinescopios independientes (uno por cada color primario), montados en sendos “cañones ópticos”,
Seguramente es de su conocimiento que el medio principal de almacenamiento de datos en una
en un cristal del tamaño de un terrón de azúcar (de hecho, se calcula que una vez perfeccionado el método, en el mismo volumen podrán guar-
por medio de los cuales se podía expedir la ima-
computadora es el disco duro, dispositivo que
darse varias decenas de gigabytes).
Proyectores de video LCD Hasta hace algunos años, los proyectores de vi-
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Cristal
LCD
Luz CCD
Para grabar una información, una pantalla LCD expide un patrón de "ceros" y "unos" (1), en forma de puntos claros u oscuros. Dicha pantalla se baña con una luz uniforme que se dirige modulada hacia el cristal; dentro de éste, un rayo láser plano activa una de sus capas internas (2), y en dicha capa se almacena el mismo patrón de "ceros" y "unos" que está en la pantalla LCD, grabando una "página" a la vez.
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2
Cristal
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LCD
Luz CCD
Para leer la información, la pantalla LCD se pone en blanco (1), con lo que la luz llega directamente al cristal de almacenamiento. El láser plano activa la capa que se desea leer (2), y la luz modulada llega finalmente a un panal CCD (3), donde se leen los puntos claros y oscuros y se interpretan los "unos" y "ceros" originalmente grabados.
Figura 6
Figura 1
EL GALVANISMO Y LAS RADIOCOMUNICACIONES Felipe Orozco y Leopoldo Parra
La electricidad considerada como “fluido vital”
El galvanismo no tuvo una influencia directa ni inmediata en las radiocomunicaciones; de hecho, son acontecimientos separados por casi un siglo. Sin embargo, podemos decir que las investigaciones realizadas por Galvani, son un antecedente remoto de una serie de pasos consecutivos, aunque desorganizados (así como avanza la ciencia), que vendrían a desembocar en el desarrollo de la teoría electromagnética y, por consiguiente, de las radiocomunicaciones. Hemos tomado como referencia al galvanismo, para hacer un viaje en la historia del descubrimiento del electromagnetismo, pues nos parece interesante que las ideas sobre “electricidad animal”, se hayan desarrollado en un contexto en el que las hipótesis sobre electricidad y magnetismo estaban a punto de fusionarse.
“Disequé una rana y la preparé en la forma debida. Luego, y proponiéndome una cosa distinta, la coloqué encima de una mesa sobre la cual se encontraba una máquina eléctrica. La rana no estaba en contacto con el conductor de la máquina y aún se hallaba a bastante distancia de ésta. Uno de mis ayudantes tocó casualmente con la punta de un escalpelo los nervios crurales del animal, e inmediatamente los músculos de los nervios inferiores se contrajeron como si hubiesen sido atacados de violentas convulsiones tetánicas”. Con estas palabras describió Galvani sus experimentos sobre “electricidad animal” (en contraposición a la “electricidad natural”, producida por las
(como colocar las patas de la rana en una mesa de hierro y tocarla con algún instrumento de cobre), teoría que a la larga dio origen al desarrollo de sus baterías húmedas (figura 2). Sin embargo, en el ambiente científico de la época, se consiImágenes antiguas de Luigi Galvani de su experimento con la rana.
se bautizó como “galvanómetro” a un dispositivo que se utiliza ampliamente en instrumentos de medición (aunque ambos fueron descubiertos mucho después de la muerte de Galvani). Pero en aquella época, cuando aún no se tenían bases científicas sobre el origen de las cargas eléctricas, la posibilidad de contraer las patas de una rana mediante choques de electricidad, estimuló la imaginación de los científicos, muchos de los cuales, y sobre todo cuando se inventó la pila de Volta (en 1800), hicieron fantásticos experimentos de tipo “galvánico”, utilizando cadáveres de bueyes, de perros, de ranas y hasta de humanos. Hubo incluso un científico inglés que, en 1837, creyó haber creado arácnidos artificiales con una pila de Volta. Pero no todos estaban de acuerdo con estas hipótesis, por ejemplo, Alessandro Volta fue uno de los principales detractores de la teoría de la “electricidad animal” de Galvani, proponiendo, por el contrario, que la contracción de los múscu-
tomentas), hacia fines del siglo XVIII, una época en que los investigadores se hallaban obsesionados con los fenómenos eléctricos (figura 1). Luigi Galvani no se circunscribió a estudiar los efectos de la electricidad en los nervios y músculos de los animales, en los que llegó a conclusiones desarcertadas; también hizo aportaciones a la física, a la biología y a la medicina, su principal profesión. De hecho, en su honor se conoce como “galvanismo” al proceso mediante el cual se coloca una delgada capa de un metal
Imágenes antiguas del Conde Alessandro Volta y de sus experimetos con las pilas húmedas.
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deraba que la electricidad podía ser el fluido vital del que dependiera la vida; y estas ideas no sólo eran estimuladas por los experimentos de Galvani, sino por los planteamientos de los científicos y filósofos de fines del siglo XVIII, que se habían preocupado intensamente por los efectos biológicos de la electricidad. Galvani mismo había propuesto que el cerebro era un enorme generador eléctrico, que enviaba impulsos a través de los nervios hasta el último músculo del cuerpo, consiguiendo así la riqueza de movimientos de los seres vivos. Otro investigador, llamado Erasmus Darwin (abuelo de Charles Darwin, el autor de El Origen de las Especies), también había llegado a la conclusión de que los influjos nerviosos eran de naturaleza eléctrica. Con estas ideas reinantes, era lógico que algunos científicos de la época se preguntaran incluso si sería posible “restituir a las carnes muertas su calor vital” a través de estimulaciones eléctricas. Y al parecer, esas teorías influyeron a Mary Shelley para su célebre novela Frankenstein o el Prometeo Moderno (figura 3).
El estudio de la electricidad La electricidad comenzó a ser estudiada más formalmente en el siglo XVIII, aunque desde los griegos ya habían observaciones al respecto; por ejemplo, se dice que el filósofo Tales de Mileto (que vivió aproximadamente en el año 550 A.C.) descubrió que frotando un trozo de ámbar con una piel, éste obtenía la propiedad de atraer objetos ligeros (una manifestación de la electricidad estática); también a él se le atribuye el primer ensayo describiendo las propiedades de la “magnetita”, óxido de hierro con propiedades magnéticas que se encuentra en forma natural (la famosa “piedra imán”). A pesar de ello, debido al escaso interés que
sobre otro utilizando cargas eléctricas; y también
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los de la rana se debía a la electricidad generada por el uso de instrumentos de metales distintos
Figura 2 12
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suscitaba en los griegos encontrar aplicaciones prácticas a sus especulaciones filosóficas, esos
Figura 3
La idea de que la criatura del doctor Víctor Frankestein recibió el impulso vital de cargas eléctricas, ha predominado en la cinematografía.
conocimientos cayeron en el olvido por más de mil años; y no fue sino hasta el siglo XVI cuando se retomaron las investigaciones en el área del magnetismo (hablaremos de ello más adelante). Aunque en el siglo XVI el científico inglés William Gilbert “redescubrió” el experimento de Tales de Mileto, y encontró que el ámbar no era el único material que podía “cargarse” eléctricamente, las investigaciones sobre la electricidad estática iniciaron formalmente con el químico francés Charles-Francis de Cisternay du Fay, quien en 1733 descubrió que al frotar dos varillas de ámbar con una tela, y acercarlas una a la otra, éstas se repelían mutuamente, y lo mismo sucedía con dos varillas de vidrio cargadas eléctricamente. También observó que, al acercar una varilla de vidrio a un trozo de ámbar, ambos materiales se atraían, lo que evidenciaba que la electricidad se podía presentar en dos formas; con el tiempo, estas observaciones serían la base del descubrimiento de las cargas eléctricas “positivas” y “negativas”. Un nuevo impulso a estas investigaciones lo dio, en 1745, “la Botella de Leyden” en la Universidad de Leyden (de ahí su nombre), en Alemania. En este dispositivo, se almacenaba una carga eléctrica mediante pequeños trozos de láminas metálicas, colocadas dentro de una botella de vidrio recubierta interna y externamente por delgadas capas metálicas. Del tapón de la botella
sobresalía una varilla con una esfera en su extremo, y precisamente en esa “terminal” se aplica-
Pero el magnetismo tampoco era un fenómeno que no hubiera sido estudiado. Ya menciona-
nado con unos fluidos muy particulares, como el “calórico”, cuya transferencia explicaba el
ban cargas eléctricas que la botella podía almacenar por largo tiempo.
mos que desde los griegos se había reflexionado al respecto. Se sabe también que en el siglo XII,
calentamiento y enfriamiento de los cuerpos; el “eter”, que explicaba algunos fenómenos astro-
Ya en 1708, el investigador británico William Wall había propuesto que los rayos que normal-
los europeos utilizaban la brújula (supuestamente importada de China por comerciantes árabes)
nómicos, etc. Y justamente, los fenómenos eléctricos y magnéticos se habían tratado de explicar
mente vemos durante una tormenta en realidad
para la navegación; sin embargo, durante siglos
por la existencia de un “fluido eléctrico” y de uno
eran enormes descargas eléctricas; esta afirmación (junto con los experimentos de chispas eléctricas obtenidos con la botella de Leyden) animó al científico estadounidense Benjamín Franklin a realizar su famoso experimento de la cometa en 1752, con el que comprobó la naturaleza eléctrica del rayo y desarrolló los pararrayos. Hubo también algunos experimentos con electricidad estática, como los del científico francés Charles-Augustin de Coulomb, relacionados con las fuerzas que las cargas eléctricas podían generar; pero no fue sino hasta el invento de la pila de Volta, y el consecuente estudio de la electricidad dinámica, cuando los investigadores empezaron a estructurar una base teórica y experimental más acabada y verificable en la práctica.
se pensó que las brújulas tenían algo de mágico, y hasta que poseían una especie de alma propia. Las observaciones precientíficas del magnetismo, terminan y alcanzan su punto culminante con William Gilbert, a quien se considera el verdadero fundador de la ciencia del magnetismo, pues hizo hincapié en el método experimen-
“fluido magnético”, pero los experimentos de Coulomb echaron por tierra esas especulaciones. De hecho, las observaciones de Coulomb, conjuntamente con las de Faraday hacia principios del siglo XIX, sentaron la base que permitió la síntesis analítica de los fenómenos electromagnéticos. Y fue así como, poco a poco, los
tal. De hecho, Gilbert era un gran experimentalista que llegó a tratar de encuadrar sus teorías en el sistema planetario de Copérnico. Incluso, dos de sus grandes deducciones fueron las propiedades de atracción de polos opuestos, y
científicos dejaron de hablar de fluidos o de acciones a distancia, para hablar de campos.
que la Tierra se comporta como si estuviera atravesada por un imán de polo a polo (figura 4). A fines del siglo XVIII, el máximo representante de las teorías magnéticas fue Coulomb, quien realizó experimentos determinantes con un dispositivo llamado “balanza de torsión”, demostrando la magnitud de la fuerza de atracción y repulsión tanto de los campos magnéticos como de las cargas eléctricas. Fue él quien logró establecer de manera experimental la distinción entre cargas eléctricas y magnéticas, dado que estas últimas nunca aparecían desligadas, sino en pares de polos magnéticos. Coulomb fue uno de los investigadores que lograron superar las consideraciones de los fenómenos eléctricos y magnéticos como “fluidos”. Por entonces, predominaba la idea de que prácticamente todos los fenómentos estaban relacio-
El invento de la pila voltaica fue un hecho determinante para las investigaciones sobre los fenómenos eléctricos. En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted, al investigar sobre la relación entre la corriente eléctrica y una aguja magnética, por accidente notó que la aguja se movía cuando circulaba corriente por un alambre colocado de manera paralela. Oerested concluyó que la corriente circulando por el conductor influía de alguna forma con la aguja magnetizada, aunque no pudo precisar exactamente la naturaleza de dicha interacción (figura 5). Años más tarde, André Marie Ampère descubrió que al colocar dos conductores paralelos y
Electricidad y magnetismo En aquella época, se sopechaba ya que la electricidad y el magnetismo eran aspectos diferentes del mismo fenómeno. El mismo doctor Erasmus Darwin, antes de los experimentos de Galvani y Volta, había formulado hipótesis sobre los “éteres” eléctrico y magnético; otros investigadores pensaban que el “fluido vital” tenía que ver con fluidos calórico, magnético y eléctrico; etc. Mas la línea de investigaciones que finalmente permitiría comprobar la íntima relación entre electricidad y magnetismo, fue la de Coulomb, con sus experimentos de medición de la fuerza ejercida por las cargas eléctricas y magnéticas,
te; en tanto, el magnetismo siempre se manifiesta como un dipolo norte-sur, siendo imposible encontrar un imán que sólo tenga un polo norte, y viceversa (más adelante volveremos a referirnos a los experimentos de Coulumb). ELECTRONICA y servicio
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N
S
Polo norte magnético Polo sur geográfico
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hacer circular una corriente por ellos, de modo que la corriente viajara en la misma dirección en ambos, los alambres se atraían entre sí; y por el contrario, cuando las corrientes circulaban en sentidos opuestos, los cables se repelían. Ampère dedujo que alrededor de los cables se formaba un pequeño campo magnético que dependía de la dirección de la corriente, y que eso explicaba la atracción y repulsión de los alambres. Con base en estas hipótesis, Ampère descubrió además que al hacer circular una corriente eléctrica a través de un embobinado, en los extremos del mismo aparecía un campo magnético
Polo norte geográfico
en los que quedó claro que ambas fuerzas, aunque semejantes en algunas de sus manifestaciones, eran distintas: la electricidad se comporta como un flujo de “cargas” positivas o negativas, y éstas pueden manifestarse independientemen-
Oersted, Ampère y Faraday
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Figura 4
idéntico al producido por un imán. Esta fue la primera comprobación experimental de la estre-
Figura 5
Figura 6 Solenoide
Imán
Bobina
Imán
Figura 9
Figura 10
Tierra Hernrich Hertz
N
Aparato de medida
S Hans Christian Oersted
cha relación que hay entre los fenómenos eléc-tricos y magnéticos, y la piedra de arranque de las experimentaciones modernas sobre electricidad (figura 6). Por cierto, fue Ampère quien inventó el galvanómetro, dispositivo de medición que se sigue utilizando en nuestros días. Posteriormente, en 1831, Michael Faraday, descubrió y observó físicamente la inducción electromagnética (figura 7). Primeramente, Faraday colocó limaduras de hierro en una hoja de papel, colocó debajo de ella un imán y golpeó ligeramente la hoja para que las limaduras reaccionaran a la fuerza del imán; con este sencillo experimento, Faraday descubrió que la influencia de los imanes se manifestaba en forma de “líneas de fuerza”, mismas que forman un “campo magnético” que va desde un polo del imán hasta el otro (figura 8). Se sentaron así las bases para sepultar definitivamente las explicaciones sobre las fuerzas de gravedad, eléctricas y magnéticas basadas en la existencia de fluidos o éteres. Fue Faraday quien estableció claramente que las sustancias magnéticas interactúan unas con otras mediante “líneas de fuerza”, y no mediante “acciones a distancia”,
como suponían quienes defendían las teorías de los fluidos. Cabe mencionar que las aportaciones de Faraday van más alla de estas observaciones. A él debemos el descubrimiento del transformador y de la inducción de voltaje en una espira ante un campo magnético en movimiento (figura 9), lo que daría origen a las dinamos generadoras que se utilizan hasta nuestros días para la producción de energía eléctrica.
Maxwell y Hertz Las ideas de Faraday fueron traducidas al lenguaje matemático por James Clerk Maxwell, en un tratado publicado en 1873. Este genio logró formular definitivamente las bases del electromagnetismo a través, precisamente, de las llamadas ecuaciones de Maxwell, logrando demostrar la existencia de ondas electromagnéticas y que éstas se propagan a la velocidad de la luz (de hecho, la luz es una onda electromagnética de una frecuencia muy particular).
pecto a ese inductor, descubrió que existían ciertas zonas en las que al producirse una chispa, en la discontinuidad del aro metálico aparecía una chispa de menor intensidad, seguramente inducida en el aro por la onda electromagnética producida por la chispa original (figura 11). Estos experimentos inspiraron a Guillermo Marconi para el desarrollo del telégrafo sin cables y de la radio, como veremos en otro artículo.
Qué es una onda electromagnética Polo norte
Al desplazarse en el vacío, una carga eléctrica
Polo sur
lleva asociados un campo eléctrico y otro magnético, interdependientes y con líneas de fuerza perpendiculares entre sí, de modo que se realimentan positivamente y una genera a la otra de forma indefinida. Como resultado, una vez que se genera una onda electromagnética, ésta pueda viajar por miles de años siempre que no encuentre obstáculos (es por ello que los astrónomos pueden observar galaxias ubicadas a miles de millones de años-luz de la Tierra). Justamente,
Michael Faraday
Líneas de fuerza Líneas de fuerza
Figura 7
Tres años más tarde, el concepto de onda electromagnética introducido por Maxwell en 1864 fue confirmado experimentalmente por el físico sueco Heinrich Hertz, quien además de demostrar que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, estudió muchas más de sus propiedades (figura 10). El experimento de Hertz consistió en colocar un generador de chispas en el centro de una habitación, el cual periódicamente generaba un destello eléctrico entre sus terminales. Junto a dicho generador, Hertz sostenía un aro metálico con una ligera discontinuidad, de tal manera que al experimentar a diferentas distancias con res-
Polo sur
Polo sur
Figura 8
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esa propiedad de las ondas electromagnéticas se aprovecha para las radiocomunicaciones.
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Las radiocomunicaciones Hemos hecho este pequeño viaje por la historia, solamente para despertar su interés por los fenómenos electromagnéticos, que son, como hemos insistido, la base de las modernas radiocomunicaciones. En efecto, gracias al descubrimiento de la modulación (en amplitud, frecuencia o fase) el hombre pudo disponer de un amplio espectro electromagnético para las comunicaciones de voz, datos, imágenes, etc. Estas modulaciones se basan en las tres propiedades fundamentales de toda onda senoidal: su amplitud, su frecuencia y su fase. Combinando las modulaciones, es posible generar señales sencillas como las de la radio AM, o complejas como las de la televisión, todas compartiendo el espacio que nos rodea y sin interferirse una con otra. ¿Y qué hizo Galvani por las radiocomunicaciones? Experimentar y curiosear, no conformarse con los saberes establecidos, plantear conclusiones para ser continuadas o refutadas. Su influencia no puede apreciarse directamente, como no puede observarse a simple vista la sal en un guiso, pero ahí está; la podemos pericibir con el sentido del gusto.
La bobina de inducción produce alto voltaje
El alambre capta las ondas
El reflector enfoca las ondas de radio
Ondas de radio
Chispa eléctrica
Chispas más pequeñas
Figura 11
Figura 1
LEYES, Dispositivos y circuitos
Un micrófono es un dispositivo transductor que convierte el sonido en señales eléctricas
cipio eran dispositivos voluminosos y de mínima fidelidad, pero debido a su papel fundamental comenzaron a ser ampliamente utilizados y, por consiguiente, perfeccionados.
Sonido
Sonido
Señales eléctricas
Oscar Montoya Figueroa 1922) sentó las bases para la creación y operación del teléfono. Apoyado por su colaborador Thomas Watson, completó con éxito su primer diseño funcional; y aunque su principal objetivo era construir un dispositivo de comunicación oral por cable -el teléfono-, primero tuvo que inventar de manera implícita el micrófono; por eso se le considera el inventor de este dispositivo (figura 2). Como ya se mencionó, este primer micrófono
¿Qué es un micrófono?
Los micrófonos, esenciales en las comunicaciones y en el registro de sonidos, fueron el primer elemento capaz de convertir una señal externa en un equivalente eléctrico, convirtiéndose en el primer transductor conocido. Desde que fue inventado, a fines del siglo XIX, los micrófonos han evolucionado de acuerdo con las nuevas necesidades tecnológicas de la industria musical y de las comunicaciones, pero sus fundamentos no se han modificado de forma sensible. Precisamente, en este artículo, haremos una explicación mínima de los principios de operación de tales dispositivos.
El primer paso en la amplificación, grabación o transmisión de los sonidos, es la conversión de las ondas sonoras en señales eléctricas para ser procesadas mediante circuitos electrónicos. El dispositivo encargado de este paso, es un transductor electroacústico llamado “micrófono” (figura 1). Como resulta obvio, la importancia del micrófono no sólo depende de la función que juega como enlace entre las fuentes sonoras y los equipos de audio, sino también de factores como la fidelidad con que transforma los sonidos, el rango dinámico, la correcta respuesta a todas las frecuencias audibles, la mínima distorsión, etc.
estaba basado en el uso de partículas de carbón
Una particularidad muy importante de la energía, es que mediante un transductor puede ser transformada en otra forma de energía. Por ejemplo, haciendo uso de un dinamo, la energía mecánica (movimiento) de una bicicleta se transforma en energía eléctrica (corriente); a su vez, ésta es transformada en energía luminosa mediante una lámpara incandescente (figura 4). Y de esta manera podemos descubrir una gran cantidad de procesos en los que la energía se transforma de un tipo en otro. Un transductor, puede definirse como un dispositivo capaz de tomar en un extremo alguna
fotoresistencia, un termopar, etc., son todos ellos transductores. Ahora pensemos en un micrófono como un transductor capaz de transformar la energía sonora en energía eléctrica; o dicho de otra forma,
Primer teléfono comercial (1877) de Alexander Graham Bell
el sonido se convierte en señales eléctricas que siguen las variaciones de intensidad de las ondas de sonido. Para comprobar esto, puede hacer un experimento que consiste en colocar en serie un micrófono telefónico de carbón (figura 5), un foco de 1.5 volts y una pila del mismo voltaje (figura 6). Al conectar el circuito, observará que el foco enciende con una cierta intensidad luminosa; pero al hablar por el micrófono, se producen ligeras variaciones en la intensidad de luz del foco.
Teléfonos y micrófonos Mientras continuaba experimentando con el teléFigura 2
grafo múltiple, Alexander Graham Bell (1847-
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El transductor
variable física (temperatura, velocidad, presión, luminosidad, ondas sonoras, etc.) y expedir en su salida una señal eléctrica que refleje fielmente el comportamiento de dicha variable; entonces, tenemos que un micrófono, una celda solar, una
El tipo de micrófono más sencillo y primitivo es el de carbón, utilizado fundamentalmente en los aparatos telefónicos. Otros tipos de micrófonos son: de condensador, de cinta, de bobina móvil, piezoeléctrico, etc.
ELECTRONICA y servicio
que sigue utilizándose en la comunicación telefónica (figura 3). Durante los primeros años de la radio, los micrófonos fueron un elemento esencial. Al prin-
Micrófono
LOS MICROFONOS
para la transformación de una señal sonora en una señal eléctrica, y de hecho es un dispositivo
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ELECTRONICA y servicio
La calidad del sonido que se reproduce, así como otras prestaciones propias de los micrófo-
Figura 3 Principios de operación del teléfono RECEPTOR MICROFONO Las ondas sonoras producidas por la voz del interlocutor, hacen vibrar en el micrófono un delgado diafragma metálico, el cual a su vez presiona a los gránulos de carbón, con variaciones y pausas, según la intensidad de la emisión.
Cada teléfono abonado se conecta a la central local mediante un par de alambres, y a su vez ésta se conecta a una central general por medio de una red de cables.
Ondas sonoras recibidas
senta la cápsula. En consecuencia, el micrófono de carbón produce variaciones en la circulación de la corriente que circula por su interior, y de esta manera, modula a una señal eléctrica que
Electroimán
Ondas sonoras emitidas
de ésta, hay un electrodo, uno fijo y otro que actúa como diafragma (figura 7). Como el carbón posee una resistencia intrínseca, a través de él puede circular una corriente apreciable; sin embargo, cuando se trata de pequeños gránulos colocados ordenadamente,
CENTRAL TELEFONICA Diafragma
Gránulos de carbón
Señal eléctrica
nos, dependen en cierta forma del tipo de transductor utilizado.
Tipos de micrófonos Existen diferentes medios por los cuales un micrófono puede transformar la energía sonora en energía eléctrica; es decir, los micrófonos pueden
utilizar diferentes tipos de transductores. Según el tipo de transductor utilizado, los micrófonos se clasifican en pasivos y activos; para los primeros se requiere una fuente de voltaje externo, a fin de generar la señal electrónica; por su parte, los activos son capaces de generar una señal electrónica, aun cuando no estén conectados a ninguna fuente de voltaje.
compactándolos e incrementando el área de contacto entre ellos, lo que facilita la circulación de la corriente y disminuye la resistencia que pre-
En el otro extremo, las señales llegan a un electroimán que se ubica de manera contigua al diafragma, atrayéndolo y repeliéndolo según la corriente fluctuante, con lo que se producen vibraciones que a su vez generan las ondas sonoras que escucha el otro interlocutor.
Señal eléctrica
Diafragma
Figura 6 Al hablar por el micrófono, se producen variaciones en la intensidad luminosa del foco.
el punto de contacto entre esferas es relativamente pequeño, por lo que la corriente tiene menos espacio para circular, presentando la masa de gránulos una resistencia relativamente elevada (figura 8). Cuando una onda sonora llega hasta el diafragma, la presión del aire empuja los gránulos,
El micrófono de carbón varía su resistencia interna cuando las ondas de sonido inciden en él. Vcc
posteriormente es amplificada. Insistimos en el hecho de que, para que un micrófono de carbón funcione, siempre será necesario que se le conecte una fuente de voltaje; la razón es que ésta permite generar variaciones de corriente eléctrica en el circuito, con la misma forma de onda de la onda de sonido original.
Micrófono de capacitor Este micrófono pasivo se construye con dos placas metálicas conductoras cuya área es muy pequeña (0.5 cm aproximadamente). En tanto una de estas placas se mantiene fija y mediante un conductor eléctrico actúa como si fuese placa de condensador, la otra -que se encuentra muy cerca y es metálica- tiene cierta libertad de movimiento. Cuando las ondas de sonido perturban a la placa móvil, ésta se separa ligeramente de la placa fija; a su vez, esta variación produce un cambio en la capacitancia del sistema. En otras palabras, el micrófono de capacitor cambia su valor de capacitancia en términos de la intensidad de la onda de sonido que recibe (figura 9). Se le considera de tipo pasivo, puesto
Micrófono de carbón En este ejemplo, la energía sufre diferentes transformaciones. Química
Este tipo de micrófono pasivo, como el que se utiliza en los receptores telefónicos caseros, consiste en una cápsula cerrada de carbón, como la que mostramos en la figura 5. En cada extremo
R
El sonido impulsa al diafragma
I
Señal de salida
A
Aspecto físico de un micrófono de carbón usado en un teléfono convencional
Diafragma
Gránulos libres Placa metálica base
Cápsula con gránulos de carbón
Eléctrica Luminosa
Figura 4
Figura 5
ELECTRONICA y servicio
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Figura 7
20
I1
-
B
+
I2 > I1
-
Micrófono de carbón
I
Mecánica
+
ELECTRONICA y servicio
Gránulos comprimidos
A Si los gránulos en el interior del micrófono de carbón están libres, sus puntos de contacto son mínimos, lo que se traduce en una resistencia elevada. B Al comprimir los gránulos, el área de contacto aumenta, lo que reduce la resistencia y permite mayor circulación de corriente.
Figura 8
Figura 9
Micrófono de capacitor
El micrófono de capacitor o electret, cambia su valor de capacitancia según sean las ondas de sonido.
Micrófono de bobina móvil
Micrófonos de bobina movil
Figura 12
Este micrófono activo es uno de los que más se utilizan. Básicamente, consiste en una bobina
Electrodo de entrada
montada sobre una pieza de plástico muy ligero que sirve como diafragma; éste, que por cierto
Placas metálicas
se localiza sobre un imán permanente, le confiere a la bobina capacidad de movimiento. A fi-
Vcc
R1 Ondas sonoras Señal de salida
que para funcionar requiere que las placas estén polarizadas con una fuente de corriente directa constante; esta variación de la capacidad es aprovechada por un circuito electrónico amplificador, para finalmente formar la señal de salida. Cabe mencionar que a los micrófonos de capacitor se les conoce con el nombre de electrect (figura 10), que son de tamaño pequeño y ampliamente utilizados en grabadoras portátiles, radioespías, micrófonos para computadora, etc.
El reducido tamaño de los micrófonos electret, permite utilizarlos en aplicaciones como la que se muestra en esta imagen.
En este tipo de micrófonos activos, se aprovecha la propiedad piezoeléctrica de algunos cristales;
Micrófonos de bobina móvil En un micrófono de bobina móvil, el desplazamiento del diafragma produce una señal de salida proporcional al sonido.
Bobina móvil
Sonido
Diafragma
dicha característica consiste en generar una diferencia de potencial entre las caras del cristal, cuando éste sufre alguna deformación a causa de la acción de una fuerza externa (figura 13). En los micrófonos de cristal, una oblea de material piezoeléctrico va colocada entre dos placas metálicas. Una de éstas es fija, y la que tiene una pequeña libertad de movimiento se encuentra unida a una pieza plástica muy ligera que actúa como diafragma. Cuando una onda de sonido llega al diafragma, se genera sobre la superficie de éste una presión variable; aplicada al cristal, esta fuerza variable genera una diferencia de potencial que varía en la misma intensidad que la onda de sonido original; finalmente, este voltaje variable es recogido mediante los contactos metálicos que soportan al cristal (figura 14). Este tipo de micrófonos tiene un rango muy amplio de aplicaciones, aunque debido a su principio de operación tan particular, se utiliza como dispositivos ocultos para auditorios, o como micrófonos espías, etc.
Características de los micrófonos
Imán
Sensibilidad La sensibilidad de un micrófono, se refiere a la capacidad de éste para captar los sonidos de menor intensidad posible. Entre más sensible sea, de mayor calidad se le considerará. La sensibilidad se mide en decibeles; en micrófonos profesionales, por ejemplo, un nivel de aproximadamente -60 dB se considera adecuado, y entre mayor sea el número negativo implicará un micrófono más sensible.
Micrófono piezoeléctrico En el micrófono de cristal, la presión que ejercen las ondas sonoras sobre el diafragma produce variaciones de voltaje a la salida
Diafragma Cristal piezoeléctrico
Señales de salida
Figura 10
los 20 a los 20,000 Hertz), sólo algunos tienen la capacidad de responder al rango completo del mismo. Generalmente, esto se debe a las deficiencias mecánicas y a la calidad de los materiales utilizados. Entre mayor sea el rango de frecuencia de operación de un micrófono, éste será considerado de mejor calidad.
induce en la bobina móvil una corriente eléctrica, misma que es proporcional en forma e intensidad a la señal de la onda de sonido que la generó (figura 11). Por sus propiedades, este tipo de micrófonos
Micrófono de cristal
Electrodo de salida
Vibración mecánica transmitida
nal de cuentas, el arreglo queda como una bobina móvil en cuyo centro se encuentra un imán permanente. El imán tiene la función de generar un campo magnético estático, cuando las ondas sonoras llegan al diafragma; luego éste sigue las variaciones de la onda de sonido, con movimientos hacia adelante y hacia atrás de aquél. Así es como se
se utiliza en ambientes profesionales, donde una buena respuesta en todo el espectro audible (de 20 a 20,000 Hz) resulta indispensable; sin embargo, y gracias a su relativa facilidad de construcción, es muy común encontrarlos en diversas aplicaciones que van desde los llamados micrófonos “de juguete” que usan los niños, hasta los más avanzados estudios de grabación (figura 12).
Figura 13 Bloque de cristal piezoeléctrico
Si bien todos los micrófonos reciben la señal de Figura 11
ELECTRONICA y servicio
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ondas sonoras del espectro audible (que va de
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ELECTRONICA y servicio
Figura 14
Como en algunas aplicaciones la sensibilidad pasa a un segundo plano, en el mercado podemos encontrar una amplia variedad de micrófo-
por el micrófono, con excepción de aquellas que se encuentren muy lejos (figura 15B).
nos con diferentes características a elegir.
Impedancia
Direccionalidad
Se define como “impedancia” a la resistencia que un dispositivo presenta al paso de la corriente
Para ciertas ocasiones y propósitos, esta es una característica muy importante de los micrófonos. Se considera como “direccionalidad” al espacio y dirección en que el micrófono puede ofrecer una buena recepción de los sonidos. Para toda fuente de sonido que se encuentre fuera de esta zona, no se asegura la generación de una señal eléctrica fiel y reproducible. De acuerdo con su direccionalidad o área de alcance, los micrófonos se clasifican básicamente en unidireccionales y omnidireccionales. Para los primeros, se tiene un patrón receptivo como el que se muestra en la figura 15A. Tal como puede observarse, es muy estrecha la banda de espacio en la que el micrófono tiene buena recepción; todas las fuentes de sonido que estén fuera de ella, prácticamente no causarán efecto sobre la señal final obtenida como salida. Este tipo de micrófonos se utiliza por ejemplo en estudios de grabación (micrófonos de monitoreo, etc.) En el caso de los micrófonos omnidireccionales, como su nombre lo indica, existe un patrón de captación espacial muy amplio y parecido a una burbuja alrededor de ellos. Esto significa que todas las fuentes de sonido pueden ser captadas
Zona de recepción
Zona de recepción
Micrófono Micrófono Omnidireccional Unidireccional
Figura 15
alterna. En promedio, podemos hablar de micrófonos con impedancias de 300 ohms como valor característico. Este aspecto resulta de fundamental importancia en el diseño de los amplificadores que se encargan de recoger la señal producida por el micrófono, ya que un acoplamiento de impedancias incorrecto puede disminuir considerablemente la calidad de la señal de audio obtenida incluso del mejor micrófono.
Inmunidad al ruido Es la capacidad de un micrófono, para no ser perturbado por agentes externos que induzcan de alguna manera un cierto tipo de sonido no deseado; por ejemplo, los golpes, las vibraciones, el aire, etc. Este parámetro también se mide en decibeles, y se considera un valor adecuado entre 50 y 70 dB de relación señal-ruido (signal/noise ratio).
Consideraciones finales Existen diversos métodos para convertir una señal de audio en señal eléctrica, cada uno con sus ventajas y desventajas con respecto de los otros. Por ello, es importante una evaluación cuidadosa de los objetivos que se desea alcanzar en una grabación, a fin de seleccionar el micrófono adecuado. De hecho, tan importante es este aspecto que existe una profesión especializada en estos temas: la ingeniería acústica, muy solicitada tanto por estudios de grabación como por cantantes. En suma, salvo que se trate de un pasatiempo o una actividad poco formal, en la elección de un micrófono tiene que considerar dónde y para qué va a utilizarlo. El que se requiere para trabajar en un estadio de fútbol, no es apropiado para un auditorio o sitios cerrados. Si a los micrófonos pudiéramos considerarlos como extensión de nuestros oídos y garganta, habría que ocuparse también de sus condiciones.
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VIDEOGRABADORAS MODERNAS Leopoldo Parra Reynada
Qué es un videograbadora
En este artículo vamos a dar una explicación general de los principios de operación de las videograbadoras domésticas, enfatizando los aspectos funcionales más relevantes de estos sistemas electrónico-mecánicos. También comentaremos algunas prestaciones que ya se incluyen de manera común en dichos aparatos, pero que en su momento representaron un logro tecnológico. En la elaboración del presente artículo, se ha pensado en estudiantes que requieren un textoresumen que facilite la comprensión general del tema; aunque el técnico especializado, puede consultarlo para puntualizar sus conocimientos al respecto. ELECTRONICA y servicio
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Una videograbadora es una máquina electrónico-mecánica diseñada para reproducir y grabar señales de video compuesto en cinta magnética. En términos generales, los procesos que se llevan a cabo para la lectura de la información grabada en cinta son (figura 1): recuperación de la información previamente grabada; separación de las bandas correspondientes a luminancia y color; manejo de la señal de luminancia y demodulación, para obtener nuevamente la señal de blanco y negro; manejo de la señal de croma para elevar su frecuencia al estándar de 3.58 MHz; mezcla de ambas señales y expedición de las mismas, ya sea directamente por las terminales de video o a través del modulador de RF hacia el televisor. Y al contrario, los procesos que se efectúan para grabar las señales de video compuesto son: sintonía de la señal de TV, demodulación y obtención de las señales de luminancia y croma, manejos individuales a cada una de ellas, mezcla de ambas señales debidamente procesadas y grabación en la cinta magnética. Por supuesto que en ambos procesos hay que considerar la grabación y reproducción del audio respectivo.
Figura 1
Figura 2A
I V
Y
Sintonía
FI
Note que cuando comienza a circular una co-
Proceso Y REC
Sep. Y/C
+ C i n t a
Proceso Y-PB Modulador RF Al televisor
Campo magnético
Proceso C REC
Proceso REC
+
Proceso PB
Proceso C-PB
Figura 2B
Ya mencionamos en un artículo de esta publicación (ver Del Fonógrafo al Disco Versátil Digital, No. 3), que los conceptos de la grabación magnética datan de finales del siglo pasado, y que fueron descritos en forma teórica por Oberlin Smith en 1888. Unos años más tarde, en 1898, el inventor danés Valdemar Poulsen patentaría el primer grabador magnético de sonidos. Los primeros aparatos utilizaban como medio de almacenamiento un alambre de acero, aunque posteriormente se experimentó con el uso de una cinta metálica y luego de celulosa, dando origen en 1936 al magnetófono, el cual sentó la base de toda una generación de medios basados en cinta (las populares grabadoras de carrete abierto). Pero, sin duda, el factor que marcó el despegue de las cintas magnéticas como medio popular de distribución y almacenamiento de audio, fue el desarrollo del cassette (introducido por Philips en 1964), pues gracias a este dispositivo el usuario no tenía que enhebrar la cinta manualmente (como sucedía con los carretes), ni ésta quedaba sujeta a los maltratos propios del ambiente. En el campo del video, también se hicieron diversos experimentos para la grabación de programas de TV en cinta magnética; sin embargo, por distintas dificultades tecnológicas y por su elevado costo, durante mucho tiempo estos aparatos estuvieron dedicados exclusivamente a grandes corporaciones teledifusoras. Fue hasta mediados de los 70’s, cuando dos compañías presentaron con pocos meses de diferencia, un par de sistemas que reunían las prestaciones y el
precio adecuados para llevar a la videograbación a niveles de consumo masivo: el formato Betamax de Sony y el VHS de JVC (éste es el que prevalecería, desplazando definitivamente al Betamax, que fue el primero en salir al mercado). Las bases teóricas y tecnológicas de estos formatos, permitieron el diseño de nuevos sistemas como los discos láser de video, el formato de 8 mm, los formatos de alta resolución (S-VHS, ED-Beta y Hi-8) y, a últimas fechas, al desarrollo del DVD o el nuevo formato en cinta DVC (ver Cámaras de Video Digital para Consumidor, No. 3); sin embargo, aun en la actualidad más del 90% de los equipos de grabación y reproducción de video que se venden mundialmente siguen siendo VHS. Es por ello que el presente artículo estará basado en máquinas de este tipo.
La grabación magnética Desde hace muchos años se descubrieron las propiedades electromagnéticas de ciertos materiales (se atribuye a los griegos el descubrimiento de la electricidad estática y de los primeros imanes naturales); sin embargo, es hasta el siglo XIX, cuando el físico inglés, Michael Faraday descubrió la estrecha relación que existe entre la electricidad y el magnetismo. Faraday descubrió que cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de las espiras de una bobina de alambre, en su núcleo se forma un campo magnético cuya intensidad es proporcional a la corriente aplicada (figura 2A). También descubrió que si en una bobina se introduce
N
en las espiras de la bobina un voltaje, es decir, en su salida se obtiene una señal eléctrica proporcional a la variación del campo magnético en su interior (figura 2B). Por otra parte, existen materiales que tienen la propiedad de almacenar campos magnéticos por tiempo indefinido; es decir, si se aplica un campo magnético en dichos materiales, éstos quedan imantados en proporción a la intensidad del campo aplicado. Precisamente, combinando los fenómenos descubiertos por Faraday con los materiales susceptibles de imantación, es que se logra la grabación en cinta magnética. Para llevar a cabo este proceso de grabación/ reproducción, es necesario un dispositivo muy particular: una cabeza magnética. En la figura 3 se muestra la estructura de este elemento; puede apreciar que se trata de un toroide de material ferromagnético (una variedad especial de ferrita), rodeado por una bobina. En un punto de este toroide se ha introducido una discontinuidad no-
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en línea recta, por lo que el campo tiene que “brincar” la discontinuidad. Así, el campo magnético abandona por breve tiempo al toroide de ferrita y se transmite por el aire. Si se coloca una cinta con material ferromagnético frente del gap, al aplicar corriente en la bobina, el campo magnético generado en el interior del toroide tiene a concentrarse en la cinta (figura 4B). De esta manera, es posible aplicar un campo muy concentrado en puntos específicos; y como el campo magnético generado es proporcional a la corriente que circula por la bobina, con este sencillo elemento se puede aplicar en la cinta una inducción de amplitud controlada, pasándola lentamente frente a la cabeza. Así, a lo largo de la propia cinta se van almacenando campos de magnitud variable según la intensidad de la corriente eléctrica, que a su vez corresponde a una información específica (figura 5). Para recuperar o dar lectura a la señal grabada en la cinta, se utiliza la misma cabeza magnética, pero ahora actuando como elemento receptor.
I Líneas de flujo magnético
Figura 4A
Bobina
Gap Núcleo toroidal de ferrita
un imán en constante movimiento (aplicando así un campo magnético variable), el campo induce
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rriente a través de la bobina, se forma en el interior del toroide un campo magnético intenso, que trata de seguir una trayectoria circular; sin embargo, al llegar al gap, no puede seguir su camino
Amp. RF
S
Nota histórica
magnética a la que se da el nombre de gap, y cuya función se muestra en la figura 4A.
Figura 3
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Cinta magnética Campo magnético muy concentrado
Figura 4B
Figura 5
Campo magnético almacenado en la cinta
Cinta
En tal caso, se hace pasar frente a ella la cinta grabada, con lo que los campos magnéticos almacenados se transmiten hacia el núcleo de ferrita, induciendo un voltaje en las espiras del embobinado. Ahora no se le aplica ninguna corriente, sino al contrario, se coloca un monitor para captar el voltaje en la salida del embobinado. Como resultado, en la salida de la cabeza magnética se produce un voltaje proporcional a la intensidad del campo magnético almacenado en la cinta, el cual a su vez es proporcional a la corriente aplicada durante la grabación. Este es, a grandes rasgos, el principio de operación de la grabación y reproducción por medios magnéticos; veamos ahora las adaptaciones que se requieren para grabar señales de video.
Grabación lineal contra grabación helicoidal Lo que hemos descrito se aplica en las grabaciones de tipo lineal, es decir, donde la cinta corre frente a una cabeza magnética fija; en tal caso, la calidad de la grabación que se puede almacenar está estrechamente relacionada con dos factores: el ancho del gap y la velocidad con que la cinta transcurre frente a la cabeza. Para la grabación de señales audio, el sistema de cabeza estacionaria es adecuado, ya que el ancho de banda de los sonidos que puede captar el oído humano se ubica en el rango de 20 a 20,000 Hz; esto significa que una cabeza magnética con un gap de un tamaño mediano (unas cuantas micras) y una cinta corriendo a baja velocidad, es capaz de almacenar toda la banda sonora sin que se produzca pérdida aparente. Por ello, la calidad del audio que se consigue con
los tradicionales cassettes es satisfactoria para las aplicaciones de usuario.
ción, la otra estará pasando por la porción que no está rodeada de cinta; pero cuando la primera
Pero cuando se utiliza el mismo método para grabar señales de un ancho de banda muy am-
cabeza está a punto de abandonar la cinta, la cabeza contraria apenas estará entrando a la
plio, como la de video compuesto (que va de 0 a 4.5 MHz), surgen dificultades. En tal caso, se ne-
porción de cinta (figura 7). Con este sencillo procedimiento es posible
cesitarían gaps extremadamente pequeños (difí-
grabar señales complejas y de alta frecuencia co-
ciles de producir) y velocidades de cinta muy elevadas, consumiendo grandes cantidades de cin-
mo las de video, manteniendo un consumo de cinta razonable.
Enhebrado de la cinta
El formato VHS
Diámetro del tambor
62mm
Velocidad relativa cabeza/cinta
Alrededor de 5.80 m/s
Azimuth del gap de cabezas
+/- 6˚
Tamañ o del gap
Aprox. 0.3 µ m
Velocidad lineal de la cinta
SP 33.3 mm/s LP 16.6 mm/s EP 11.1 mm/s
ta. Como ambos factores son antieconómicos, los diseñadores tuvieron que desarrollar un nuevo método de grabación que permitiera almacenar señales de muy altas frecuencias, sin incurrir en estos inconvenientes. Fue así como se desarrolló el sistema de grabación helicoidal con cabezas rotatorias. Este método se basa en un mecanismo con las siguientes características: las cabezas de grabación/reproducción se montan sobre un tambor rotatorio, el cual gira a alta velocidad. La cinta, a su vez, rodea al tambor en una trayectoria ligeramente inclinada, por lo que la información se graba en una serie de delgadas líneas (tracks o pistas) inclinadas sobre la superficie de la cinta (figura 6). De esta manera, aunque la cinta se mueve con una velocidad muy baja (unos cuantos centímetros por segundo), la velocidad relativa cabeza/cinta es lo suficientemente alta para poder grabar señales de muy alta frecuencia; típicamente, la velocidad relativa es de alrededor de 5 metros por segundo. Para lograr una grabación continua de la información, es necesario que la cinta rodee por lo menos 180 grados la periferia del tambor; y como en este cilindro se montan por lo menos dos cabezas ubicadas en extremos opuestos, mientras pasa una cabeza grabando informa-
Expliquemos ahora el formato VHS, enfatizando el aspecto de sus parámetros operacionales y sus dimensiones físicas. Vea en la tabla 1 un resumen de las principales características de este tipo de videograbadoras. Puede notar que en este formato se utiliza un tambor de cabezas con un diámetro de aproximadamente 6 cm, girando con una velocidad de 1800 RPM, es decir, el tambor da 30 vueltas por minuto. Una de las características principales del estándar NTSC (el que rige las transmisiones televisivas en nuestro país y en la mayor parte de América), es que las imágenes de TV se forman con 60 campos entrelazados por segundo, o sea, 30 cuadros completos en el mismo lapso; por lo tanto, en cada revolución del tambor de cabezas, se graba un cuadro completo, un campo por cabeza. Gracias a este arreglo, es posible que la transición inevitable que se forma cuando se hace la conmutación entre una cabeza y otra, pueda ubicarse, por ejemplo, en las 16 líneas en blanco que aparecen después del pulso de sincronía ver-
Características Ancho de la cinta
1/2"(12.7mm)
Sistema de grabació n
Helicoidal con dos cabezas de video rotatorias Tipo M
Disposició n de señ ales en la cinta
Tracks grabados en patrón helicoidal
Cabeza 2
Figura 6
29
Video
Ancho del track audio
1.0 mm
Ancho del track CTL
0.75 mm
Angulo de los tracks de video
Aprox. 6˚
Consumo de cinta por hora
SP 120 m/h LP 60 m/h EP 40 m/h
Grabació n de luminancia
Modulada en FM con una desviació n de 3.4-4.4 MHz
Grabació n de crominancia
Heterodinada con 4.21 MHz para obtener 629 KHz con fase rotada
Resolució n
Alrededor de 240 líneas horizontales Croma
Y-FM
Espectro de frecuencias
Cabeza 1
Cinta
ELECTRONICA y servicio
Audio CTL
Cuando la cabeza 1 está apunto de abandonar la porción del tambor rodeada de cinta, la cabeza 2 apenas está entrando. De esta forma se consigue una grabación continua de señal. Tambor de cabezas giratorias
VHS
Figura 7
30
ELECTRONICA y servicio
629
4.4
3.4
Grabació n del audio HiFi
Grabació n de profundidad con cabezas adicionales
Máximo tiempo de grabació n
6 Hrs. (EP.T-160)
Tamañ o del cassette
8.8 x 10.4 x 2.5 cm (488.8 Cm3)
Detecció n de inicio/fin de cinta
Metodos ó pticos por cinta transparente
Tabla 1
Figura 8
Grabación de audio
audio en alta fidelidad estéreo en formato VHS,
La información de audio no se graba junto con la de video, sino que se almacena siguiendo el
tical, presentando así al espectador una imagen siempre clara y nítida. Y para conseguir que la cinta rodee poco más de la mitad de la periferia del tambor de cabezas, en el formato VHS se recurre a un enhebrado conocido como “tipo M”, debido al trayecto que sigue la cinta una vez colocada en su posición correcta (figura 8). Para ello, el cassette posee unas cavidades en donde entran sendos postes que, una vez detectado que está en su posición adecuada, extraen la cinta de forma automática, rodeando al tambor de cabezas y poniéndola en contacto con las cabezas de audio y control. Este procedimiento automático evita que el usuario tenga que manipular de forma directa la cinta, garantizando así mayor vida útil de las películas y una operación más confiable en general.
método tradicional (una cabeza fija) en un track lineal que se encuentra en la parte superior de
Grabación azimuthal
la cinta (figura 9). Debido a este arreglo tan pecu-
La lentitud en el desplazamiento de la cinta, creó
liar, y a la baja velocidad con que se desplaza la cinta magnética, el ancho de banda que se puede guardar en el formato VHS deja mucho que desear; alcanza un máximo de 15 KHz en velocidad SP, la más alta, y cae drásticamente a menos de 10 KHz cuando se graba en velocidad EP, la más lenta. Para compensar este problema, se han diseñado métodos que permiten que la información de audio se grabe utilizando el mismo tambor
otro problema con el que tuvieron que enfrentarse los diseñadores del formato VHS. En el diseño original, cuando se grababa con la velocidad más alta, a pesar de la rapidez de desplazamiento de la cinta, los tracks permanecían los suficientemente separados entre sí (figura 11A), de modo que al leer la información, las cabezas podían posicionarse sobre su track respectivo sin que existiera ninguna interferencia de las pistas adyacentes. Sin embargo, cuando se utilizaron velocidades de grabación en alta densidad, se redujo a la mitad e incluso a una tercera parte la velocidad de desplazamiento de la cinta, con lo
de cabezas. Pero debido a que tanto el ancho de banda de la grabación en VHS como la superficie de la cinta ya estaban totalmente saturadas, no quedó más remedio que idear un sistema completamente novedoso para conseguir estos objetivos; a este sistema se le conoce como “grabación con profundidad”. En este caso un par de cabezas de audio adicionales pasan antes de que se grabe el video y graban con mucha potencia la información de audio, de modo que penetre profundamente en el sustrato de partículas magnéticas. Inmediatamente después pasa la cabeza de grabación de video, y borra la grabación de audio que hay en la superficie, colocando ahí los datos de video, pero dejando intacta la grabación en lo más profundo de la cinta (figura 10). Gracias a este procedimiento, y al uso de avanzadas técnicas que permiten evitar que ambas grabaciones se interfieran (las cuales se describirán enseguida), se consigue la grabación de Información de video
Track lineal de audio
Cabeza de video
Cabeza de audio Hi-Fi
Porción del video Información de audio Hi-Fi Track lineal de control
sobrepasando las limitaciones de velocidad que tiene la grabación lineal de audio.
que los espacios entre tracks desaparecieron, llegándose a sobreponer ligeramente una pista sobre la otra (figura 11B y C). Como en la lectura de la información no era posible separar de manera automática los datos del track correcto de los adyacentes, los diseñadores tuvieron que recurrir a un truco muy interesante para eliminar este crosstalk o información cruzada. En vez de utilizar las tradicionales cabezas magnéticas con un gap completamente vertical, se le dio una ligera inclinación en un sentido para una de las cabezas y en el inverso para la otra (figuras 12). Si usted se dedica al servicio electrónico, habrá notado que cuando a una grabadora se le manipula el azimuth (el grado de inclinación de la cabeza magnética), el audio va perdiendo sus altas frecuencias hasta que el sonido se escucha apagado; sin embargo, aún puede escucharse y reconocerse la melodía, debido a que este cambio de azimuth afecta principalmente a las frecuencias altas, dejando intactas a las inferiores. Una situación similar se presenta en la eliminación del crosstalk en el formato VHS. Como la señal de video tiene un ancho de banda de 0 a 4.25 MHz, si se grabara tal cual en
A
Tracks de video en el modo SP.
Ancho de track cabeza A (26 µ)
Ancho de track cabeza B (31 µ) Track de audio
26 µ
31 µ
Banda de seguridad
Banda de seguridad (27 µ)
(32 µ)
26 µ
(Patrón continuo) Track de control Ancho de cabeza A (26 µ)
Ancho de cabeza B (31 µ)
Gap de cabezas (0.3 µ)
31 µ
26 µ Cabeza de video A
B
Cabeza de video B
Track de video en el modo LP.
Ancho de track cabeza A (26 µ)
Ancho de track cabeza B (31 µ) Track de audio
2
3
µ sobreposición
2
µ Banda de
µ Banda de seguridad
seguridad
Track de control Ancho de cabeza A (26 µ)
Ancho de cabeza B (29 µ) (31 µ menos 2 µ de sobreposición) Banda de seguridad (3 µ)
C
Track de video en el modo EP.
Ancho de track cabeza A (26 µ)
Ancho de track cabeza B (31 µ) Track de audio
31 µ
26 µ
31 µ
26 µ
31 µ
6.7 µ
11.7 µ sobreposición
sobreposición
Track de control Ancho de track cabeza A (19.3 µ) (26-6.7 µ)
Ancho de track cabeza B (19.3 µ) (31-11.7 µ)
la cinta, el cambio de azimuth podría evitar el Figura 9
Figura 10
ELECTRONICA y servicio
31
crosstalk en las altas frecuencias, pero no en las
32
ELECTRONICA y servicio
Figura 11
Figura 12
6˚
6˚
Figura 13 Amp.
Croma
Luminancia (modulada en frecuencia) Tip Sync
Cabeza B
Cabeza A
629KHz
bajas; sin embargo, en el formato VHS la señal sufre una transformación antes de ser grabada, proceso que consiste en lo siguiente: primero se separan sus componentes de luminancia y croma, y una vez separados, a cada uno se le da un manejo especial. La luminancia se modula en frecuencia, de modo que pasa a ocupar exclusivamente una zona de altas frecuencias; por su parte, la crominancia se heterodina para disminuir su frecuencia de portadora, quedando el espectro de la señal grabada como se muestra en la figura 13. Pero como la luminancia se encuentra en una zona de alta frecuencia, la grabación azimuthal impide la información cruzada entre tracks adyacentes.
B1
A2
3.4MHz
4.4 MHz
Frec.
¿Pero qué sucede con la información de color? Para ello se diseñó un sistema muy ingenioso de rotación de fase que, en pocas palabras, se basa en lo siguiente: la fase de la portadora de color va girando 90 grados cada línea horizontal, en un sentido para la cabeza A y en sentido contrario para la cabeza B; y una vez que se lee la información, por medio de una serie de sumas y restas se consigue eliminar prácticamente toda la interferencia de los tracks adyacentes (figura 14). Gracias a estos métodos, a pesar de que la información de video se encuentre traslapada en la cinta, la imagen en la pantalla sigue siendo clara y estable.
Exploración helicoidal A1
Blanco 100%
Componente vectorial del Crosstalk H1
B2
H2
H3
H4
H5
262.5H 1/2"
Exploración
Vectores en el modo de reproducción H1
H2
H3
H4
El track de control y los servomecanismos
El sistema de control
Veamos ahora otros aspectos del formato VHS. Anteriormente mencionamos que en la parte in-
Por supuesto que todos estos circuitos y mecanismos tan complejos no podrían funcionar sin
ferior de la cinta corre un track lineal que se utiliza para una señal de control. ¿Qué es esta señal
la presencia de un “cerebro” central que los supervise; esta es precisamente la función de un
y para qué sirve? La respuesta podemos iniciarla
circuito digital de alta integración, conocido co-
con otra pregunta: ¿Cómo “sabe” el aparato que las cabezas están leyendo el track correcto? Para ello, es necesaria la presencia de una señal adicional que permita sincronizar el giro de las cabezas con el desplazamiento de la cinta; precisamente, dicha señal se graba en el track de control, y tiene un doble propósito: por un lado, indica al tambor de cabezas si su fase de giro es la correcta (esto es, que la cabeza A pase exac-
mo microprocesador o microcomputadora. Este elemento contiene una serie de circuitos lógicos que se encargan de monitorear un conjunto de variables externas, como la posición del cassette, la velocidad de los motores, la activación o desactivación de bloques enteros del aparato, etc. Dicho circuito también se encarga de recibir las órdenes del usuario (ya sea que provengan del teclado o del control remoto) y, de-
tamente sobre el track A y lo mismo con la cabeza B); y por otro lado, permite al sistema determinar con qué velocidad fue grabada la cinta originalmente y, en consecuencia, a la velocidad que debe desplazarse la cinta frente a las cabezas
pendiendo de la instrucción recibida, de poner en operación los motores necesarios y los circuitos adecuados para que la videograbadora ejecute las órdenes del usuario. También se encarga de excitar al display externo o al des-
rotatorias. Para llevar a cabo estas funciones, es necesaria la operación de complejos circuitos electrónicos interactuando estrechamente con un par de motores (de giro de cabezas y de desplazamiento de cinta). Esta combinación de circuitos electrónicos y motores da origen a un sistema de servomecanismos que, en el caso de las videograbadoras son dos: de drum (tambor) y de capstan (cabrestante). La operación conjunta de ambos garantiza que la cinta se desplace siempre con la velocidad correcta y que las cabezas magnéticas lean la información que les corresponde (figura 15).
pliegue de datos en pantalla, e inclusive permite programar el aparato para que se encienda por sí solo a determinada hora, grabe un programa en un cierto canal y, al concluir la grabación, se apague por sí misma. Como puede apreciar, las operaciones que lleva a cabo el sistema de control en una videograbadora son muy variadas. Inclusive, en los últimos años se han integrado funciones de “autodiagnóstico”; esto es, la máquina puede detectar cualquier error que aparezca durante la grabación o reproducción, y reportarlo al usuario por medio de un código en el display (puede con-
H5
1
4
2 3
Salida de la señal duplicada
División de la señal restaurada H2+H1 H3+H2 H4+H3 H6+H4
Divisor (B)
+ Retardo de 1H
Salida
(2H1)
(2H2)
(2H3)
(2H4)
5
Salida de la señal duplicada H1
H2
H3
H4 El usuario presiona una tecla. El circuito dentro del remoto la identifica y expide una serie de pulsos codificados El LED transforma los pulsos en la luz infrarroja. La luz es captada por el módulo receptor y convertida en pulsos 5 Los pulsos llegan al CPU del televisor, donde se identifica la orden y se ejecuta.
1 2 3 4
(D)
(C)
Figura 14
ELECTRONICA y servicio
33
Figura 15
34
ELECTRONICA y servicio
sultar un artículo relacionado con este tema en
Grabación no asistida
video (Double-Azimuth 4-Head Video System),
el número anterior de esta publicación).
Debido al avance de las técnicas de control digital, se ha podido incluir en las videograbadoras
para que al momento de efectuar los efectos es-
Algunas características de las videograbadoras modernas
avanzados y poderosos microcontroladores como “cerebro”. Gracias a ello, estas máquinas
Los avances tecnológicos de los últimos 20 años,
pueden ofrecer prestaciones inimaginables hace 20 años.
han contribuido al abaratamiento de las videograbadoras, a su compactación y a la inclusión de novedosas prestaciones. Una videograbadora actual es mucho más sofisticada que los primeros modelos que se presentaron en 1975. Por citar algunas diferencias, podríamos mencionar lo siguiente: el tamaño más reducido, la operación totalmente electrónica (muchas de las funciones de las primeras máquinas se realizaban mecánicamente, a través de un teclado similar al de las grabadoras de audio comunes), una imagen más estable, mayor duración de las cintas y otros aspectos que puntualizaremos enseguida. Sin embargo, no hay que perder de vista que su principio básico de operación sigue siendo exactamente el mismo que cuando apareció el formato VHS, a mediados de los 70’s.
Manejo remoto Los primeros modelos de videograbadoras no incluían control remoto; a lo más que podía aspirar el usuario era un interruptor unido por un grueso cable al aparato. En la actualidad, el control remoto inalámbrico es parte fundamental de toda videograbadora; de hecho, ya existen en el mercado múltiples marcas que han reducido el teclado del panel frontal casi hasta su desaparición, de modo que todo el manejo del aparato debe hacerse forzosamente mediante dicha unidad. Los modernos controles inalámbricos utilizan pulsos infrarrojos codificados digitalmente para dar las instrucciones a la videograbadora (figura
Por ejemplo, es posible programar la videograbadora para que al llegar determinada fecha y hora se encienda, sintonice un canal, pase al modo de grabación y, una vez transcurrido el tiempo del programa, se apague por sí misma. Como ya mencionamos, dicha prestación está basada en el uso de microprocesadores, los cuales llevan un registro exacto de la fecha y hora, del control de los circuitos y del estado de los mecanismos de la máquina; es así como puede impartir las instrucciones necesarias para colocarse en el modo de grabación y apagarse una vez transcurrido el tiempo programado.
Sistema de autodiagnóstico Según explicamos en la edición anterior de esta revista, en las modernas videograbadoras ya comienza a incluirse un software que checa la máquina durante el arranque y la operación normal del sistema, reportando por medio del display las anomalías que llegaran a existir. Gracias a estas rutinas informáticas de autochequeo, el trabajo del personal técnico se facilita considerablemente, pues basta un simple dato alfanumérico y las tablas que describen la falla (mismas que se publican en el manual de servicio de la máquina), para detectar la sección que presenta anomalías, incluso sin necesidad de abrir el aparato.
Múltiples velocidades de reproducción
15); dichos pulsos tienen algunas características especiales para cada marca (o incluso modelo) de equipo, para no interferir la operación de otros aparatos cercanos. Por supuesto que tanto para generar como para interpretar estos códigos de
Otra de las prestaciones que muchas videograbadoras modernas ofrecen, es la modalidad de reproducción en diversas velocidades, que van desde una “cámara rápida” hasta una “cámara lenta” o inclusive un avance cuadro por cuadro. Lo más interesante de esta función, es que dichos efectos se llevan a cabo prácticamente sin ninguna in-
pulsos, es necesario el uso de sofisticados microprocesadores, tanto en el control remoto como
terferencia apreciable en la imagen. Conseguir esto, obligó a los fabricantes a la
en la propia máquina.
inclusión de sistemas con múltiples cabezas de
ELECTRONICA y servicio
35
Figura 16
peciales se haga una rápida conmutación de cabezas, de modo que siempre lean su track respectivo (figura 16). Pero también se han incluido avanzados circuitos digitales de proceso de imagen para esas funciones, como explicaremos en un apartado posterior.
Mejoras en mecanismos Aunque las videograbadoras no admiten variaciones significativas en el nivel mecánico, puesto que el tipo de enhebrado, el diámetro del tambor, etc. son parámetros que no pueden alterarse sin modificar el formato VHS, los fabricantes han logrado introducir algunas innovaciones con respecto a los primeros modelos. Por ejemplo, originalmente en todas las máquinas VHS se seguía el enhebrado tipo M original, en el cual el eje de capstan se disponía detrás de la cinta, con lo que el pinch roller entraba en contacto con la superficie magnética (figura 17), la cual se desgastaba lentamente, adhiriéndose
el usuario dé la orden de grabación o reproducción, el equipo responda instantáneamente. Entre otras variantes mecánicas del sistema aludido, se modificó ligeramente el enhebrado tipo M (figura 18). En este caso, una palanca ocupó el lugar que tenía el eje de capstan, para extraer la cinta del cassette y llevarla hasta su posición final, donde el pinch roller desciende y se coloca detrás del material magnético (y no enfrente, como en el sistema original), creando en consecuencia un menor desgaste de la cinta. Además, el hecho de que la cinta quedara per-
las partículas al propio pinch roller, que por consecuencia requería de limpiezas frecuentes. Otra importante desventaja del estándar JVC original, es que al introducir un cassette, la cinta quedaba en su posición de “lista para el enhe-
manentemente enhebrada, permitía el contacto con la cabeza de control, con lo que pudieron emplearse los pulsos respectivos como contador de tiempo real. Estas modificaciones trajeron consigo algunas
brado”, el cual no se realizaba sino hasta dar la orden de PLAY o RECORD. En el modo de reproducción, esta espera de algunos segundos no representaba mayor problema, pero sí en grabación, ya que constituía una pérdida de informa-
desventajas, entre las que destaca el rápido desgaste de las cintas y cabezas de video en avance rápido y en retroceso con carga. Fue así como algunos fabricantes desarrollaron mecanismos
ción valiosa para el usuario. A estos inconvenientes habría que añadir un defecto que impedía a las máquinas VHS llevar un reloj de tiempo real, dado que el contador de cinta por lo general medía el número de revoluciones, ya sea del carrete supply o del take-up, los cuales giran con una velocidad diferente si la cinta se encuentra al principio, en medio o al final. Precisamente para corregir estos defectos, los fabricantes de videograbadoras VHS desarrollaron un sistema conocido como “mecanismo de carga rápida”, cuya característica principal es que al momento de la carga, la máquina también rea-
Enhebrado tipo M original Posición del pinch-roller en el enhebrado M original
liza el enhebrado y pone a rotar las cabezas de video con su velocidad apropiada, para que cuando
36
ELECTRONICA y servicio
Figura 17
Figura 18 Enhebrado tipo M de carga rápida Posición del pinch-roller en mecanismos modernos
sobre el que se grabó la información, evitando así el desgaste y al mismo tiempo asegurando la calidad de la imagen. 7) Los mecanismos inteligentes también son capaces de detectar cuándo la máquina está en reproducción rápida o cuándo el usuario ordena un rebobinado rápido, procediendo en este caso a desenhebrar la cinta para evitar un desgaste de cabezas prematuro. 8) Una última característica importante de los mecanismos inteligentes, es que mantienen a la cinta enhebrada en espera de la orden PLAY, con las cabezas de video girando para posibilitar la aparición instantánea de la imagen con sólo presionar la tecla de reproducción.
“inteligentes”, llamados así por sus características funcionales que dependen del sistema de control. Dichas características son: 1) Permite cargar el cassette a pesar de estar apagada la máquina, encendiéndose automáticamente al momento de insertarlo. 2) Inmediatamente después de que realiza el enhebrado de la cinta, entra al modo PLAY y continúa así hasta terminar la reproducción (si el cassette no posee aleta anti-grabación). 3) Cuando concluye la reproducción, se lleva a cabo inmediatamente el rebobinado y la posterior expulsión del cassette, apagándose por sí sola la máquina. 4) Cuenta con un sistema de rebobinado rápido, el cual actúa cada vez que el sistema de control detecta que hay demasiada cinta en el carrete take up; en este caso, el equipo desenhebra la cinta, es decir, la despega de las cabezas de video y la rebobina a alta velocidad.
Efectos digitales Gracias a los avances en las tecnologías digitales, se han incluido ya circuitos para diversos efectos en la imagen, incluso en videograbadoras de precios relativamente bajos. Entre los principales efectos digitales podemos citar los siguientes: congelación de imagen; efectos mosaico, zoom, arte pictórico, solarización y estroboscopio; transición de secuencias; imagen-en-imagen (Picture-in-Picture); avance y retroceso “limpios” a distintas velocidades; etc. Sin entrar en detalles, conviene mencionar que estos efectos digitales se consiguen mediante la digitalización de la señal de video recibida y su almacenamiento temporal en una memoria, para ser manipulada por un microcontrolador exclusivo.
Mejoras específicas Además de las mejoras incorporadas en el formato VHS, y que se han generalizado entre diver-
Figura 20
sas marcas y modelos de aparatos, existen algunas características que por el momento son innovaciones exclusivas de aparatos específicos (o de toda una serie de videograbadoras). Entre estas novedades encontramos: • La videograbadora Panasonic modelo PV7200, cuenta con un sensor de las cabezas de video, el cual detecta cuándo baja la calidad de la señal de video, e indica que es necesaria la limpieza de las propias cabezas. Para esta función, se mide constantemente la amplitud de la señal RF obtenida de la cinta, y cuando su nivel promedio desciende por debajo de un cierto límite, es señal de que las cabezas de video seguramente ya están sucias o extremadamente gastadas. • En la Sharp VC-A574U de 4-cabezas VHS, se cuenta con un novedoso sistema de cabezas de video, las cuales tienen una anchura de 19 micrones para una lectura exacta de los tracks de video sin leer parte del track adyacente (figura 20). Esto se consigue debido a que el sistema VHS tradicional utiliza cabezas de 19 y 26 micras, por lo que al momento de la escritura se graba un track ancho y uno más delgado. En velocidad SP no hay problema con esta diferencia, pero cuando se usa la velocidad LP o EP, los tracks se traslapan ligeramente, provocando el conocido efecto crosstalk. Reduciendo el ancho de las cabezas de video, se puede evitar este fenómeno incluso en velocidad LP, lo que al final se traduce en mayor calidad de la imagen. • En los modelos Arena de Toshiba, se ha incorporado un novedoso sistema que introduce los
circuitos de amplificación de cabezas en el mismo ensamble del tambor, evitando así que la señal recuperada de la cinta (que es extremadamente débil), viaje una distancia considerable para llegar al amplificador, estando expuesta al ruido e interferencia externa (figura 21). Incluyendo el amplificador de cabezas en el mismo tambor, se consiguen señales mucho más claras, incluso en cintas maltratadas y mal grabadas. • En algunos modelos de videograbadoras se ha incorporado el sistema childproof lock, el cual desactiva la botonera o atora la puerta del cassette para evitar que los niños utilicen la máquina en momentos no autorizados por sus padres. Estas son algunas de las prestaciones que ofrecen las modernas videograbadoras a los usuarios, y que la mayoría las toma como funciones completamente normales; sin embargo, la aparición de cada una de estas características en su tiempo representó un enorme logro de la tecnología electrónica.
5) Además cuenta con un limpiador de cabezas automático, conformado por un rodillo de poliuretano que se activa cada vez que se introduce o extrae el videocassette (figura 19). 6) También utiliza un rodillo de presión (pinchroller), el cual, como su nombre lo indica, presiona a la cinta de video contra el eje del motor capstan para impulsarla. Sin embargo, la característica especial del pinch roller consiste en que ejerce la presión por la parte posterior de la cinta, sin tocar el material magnético
Figura 21
Figura 19
ELECTRONICA y servicio
37
38
ELECTRONICA y servicio
Figura 1
MECANISMO DE SEIS DISCOS CON ENTRADA UNICA EN REPRODUCTORES DE CD’s
Figura 2
char que estos aparatos poseen un almacén en su interior; al abrirlo, sin embargo, encontramos una estructura un tanto compleja (figura 3). Puede notar que existen seis charolas internas, mismas que van siendo expedidas una a una a través del mecanismo de expulsión, según la posición que solicite el usuario. Para fines prácticos estaríamos ante un mecanismo que se comporta casi de forma idéntica a un sistema de magazine convencional multi-disco, aunque con las adaptaciones correspondientes para que la introducción de los discos pueda llevarse a cabo a través de una entrada individual.
Leopoldo Parra Reynada
Circuito de control
Continuando con la serie de artículos sobre sistemas mecánicos en reproductores de CD’s, en esta ocasión hablaremos del mecanismo de seis discos con entrada única. Para el efecto nos apoyaremos en un modelo representativo, incorporado en la radio-grabadora Sony CFD-606. Dicho mecanismo es un ejemplo de la evolución de estos sistemas, en la medida que pueden ser incluidos en aparatos portátiles sin modificar sensiblemente las dimensiones de éstos.
ticar un mal funcionamiento, es lo que veremos en el presente artículo.
Reproductores de múltiples discos tipo sinfonola
Centrémonos en un modelo Si usted se dedica al servicio electrónico, seguramente habrá observado que en fechas recientes han aparecido diversas marcas y modelos de aparatos que tienen una característica común: son minicomponentes o radio-grabadoras con reproductor de discos compactos aparentemente idéntico a los convencionales de un disco; esto es, en la sección de CD aparece la tradicional charola de entrada-salida de discos. Sin embargo, al observar la carátula del aparato se advierte que este sistema puede almacenar “N” discos en su interior; el número varía entre 4 y 25, e incluso más (figura 1).
Tratar de explicar cómo funcionan todos los mecanismos de multi-disco con una sola entrada, sería punto menos que imposible; así que hemos tomado como referencia una marca y modelo de aparato muy representativo: la radio-grabadora Sony modelo CFD-606 (figura 2). Este es un aparato muy atractivo, que a pesar de sus reducidas dimensiones posee una grabadora-reproductora de cassettes, sintonizador de radio y, por supuesto, un sistema cambiador de CDs con entrada única, capaz de almacenar has-
Cómo funciona este sistema multi-disco de
ta seis discos. Como mencionamos arriba, exteriormente no
una sola entrada, y la forma correcta de diagnos-
existe ninguna indicación que nos permita sospe-
ELECTRONICA y servicio
39
Para controlar los movimientos del sistema mecánico, los reproductores de múltiples discos tipo sinfonola incluyen un microprocesador especialmente dedicado a esta función, al cual le llegan las indicaciones que provienen del sistema de control y también las señales que se generan en
40
ELECTRONICA y servicio
Figura 3
S663 (Chucking) S667 S669 (MODE 2) (MODE 3)
M.STOCK 21
S666 (MODE 1)
UDM2 UDM1 11 12
10 LM2
M1 15
M2
16
M3 19
IC CHANGER CONTROL LM1 9
1 RST
27 28 29 30
la, y si no lo consigue expide un mensaje de error.
Operación de expulsión de una charola Ya que tenemos el mecanismo en la posición anterior, veamos qué ocurre cuando el usuario solicita que se expulse alguna de las charolas.
7 DOWN
aparato, al expulsar la charola y al introducir la misma junto con el disco compacto.
IC651 Motor drive
UDM2
UDM1 3
2
Operación paso a paso desde el encendido Cuando se aplica alimentación por primera vez al circuito de control, éste tiene que llevar a cabo
M M651
8 UP
algunas pruebas de inicialización, las cuales se describen enseguida:
Floor up/down motor
Q600 6V REG CD 7.5 V
M
se activa M651 (motor elevador) para verificar la posición vertical del magazine interno. Al hacer este movimiento se abre S663 (chucking), y el fotodetector PH663 (floor point det) cuenta los pulsos generados por unas pequeñas aletas que se encuentran a la izquierda del ensamble (figura 5); el movimiento vertical continúa hasta que se activa el switch S668 (stock). 3) Se invierte el movimiento anterior, de modo que se desactiva S668; PH663 vuelve a contar los pulsos de posición de las charolas internas, y este movimiento termina hasta que se vuelve a activar S663 (chucking). 4) Concluido el movimiento anterior, se utiliza PH662 (disc detect) para verificar si en alguna de las charolas internas existe un CD; en caso contrario se expide en el display el mensaje “No Disc”.
A continuación describiremos el funcionamiento de cada uno de estos elementos, mientras explicamos los pasos que se suceden al encender el
6
6 Load 7
tifiquemos el funcionamiento de cada uno de los elementos que se muestran.
de la charola de entrada-salida.
LM2 3
LM1 2 Unload 8
Tray load motor
IC652 MOTOR DRIVE
sensores para determinar si efectivamente se encuentra en una condición reconocible por el sistema. En caso contrario trata de corregir-
2) Si el paso anterior transcurre normalmente,
+5V
CE CLK D1 D0
2 2 3 3 4 4 5 5 MAIN BOARD
de mecanismo verifica todos sus switches y
dedor de esta sección. En la figura 4 se muestra el diagrama a bloques de esta sección controladora especial. Iden-
a) El motor M651, es el encargado del movimiento ascendente y descendente del ensamble almacenador (holder) y realiza la función de lanzamiento (chucking). b) El motor M652 es el que mueve las charolas hacia adentro y hacia afuera, lo mismo que al ensamble encargado de la introducción y expulsión de discos (drawer). c) A la derecha del diagrama, se encuentran dos sensores luminosos: el PH661 y el PH663; el primero sirve para detectar la presencia o la ausencia del disco seleccionado, mientras que el segundo se encarga de detectar la altura correcta de las siete posiciones que puede tomar el mecanismo (las de los seis discos y la de lectura). d) Por otra parte, existe una serie de interruptores que se encuentran en la parte inferior del controlador; el S663, sirve para detectar la posición inicial de lanzamiento (home chucking position); el S667 detecta la posición de la charola de entrada-salida y la selección de disco; el S668 detecta la posición de retorno de disco; y el S669 detecta la posición interna
S668 (STOCK)
CHUCKING 20
F.P/1 22
Q601
CD CHANGER BOARD
PH663 Floor point DET
PH661 DSC DET. Q602,QO603 Buffer D.P/R 23 34
X IN X OUT
33 36
VCC
X600 500KHz +5V
11 11
CONTROL BOARD 12 12
13 13
CN801
10 10
CN305
los distintos sensores que están repartidos alre-
Figura 4
ELECTRONICA y servicio
41
1) En primer lugar, cuando se enciende la grabadora y se selecciona el modo CD, el control
42
ELECTRONICA y servicio
Figura 5
A
Para subir y bajar el conjunto de charolas, se usa un engrane tipo tornillo sin fin
B
Acercamiento a este engrane
Figura 6
de lanzamiento (chucking). De esta forma se detiene dicho motor. 4) Una vez que se ha activado el sensor chucking, el motor elevador vuelve a funcionar hacia arriba ligeramente, hasta colocar la charola en su posición de expulsión. 5) Por medio del motor M652 (motor de carga de charola) se introduce la charola al mecanismo expulsor (drawer). 6) Nuevamente M651se mueve hacia abajo, hasta que el drawer quede en su posición correcta para expulsar la charola al exterior. 7) M652 expulsa al drawer (conteniendo éste a la charola No. 6), esperando recibir un disco compacto por parte del usuario.
Cabe mencionar que explicaremos sólo la forma en que se expulsa la charola No. 6, ya que es la posición más alejada y la que implica mayores movimientos mecánicos (aunque simplificados, los movimientos son los mismos para cualquiera de las charolas inferiores). La expulsión se sigue únicamente después de estar la charola en la posición inicial ya mencionada (sensor chucking cerrado): 1) Después de que el usuario selecciona la opción EJECT, se pone a funcionar el motor elevador (figura 6), de modo que se desactiva el sensor chucking. Con PH663 se detecta la posición de
la charola 1, y entonces continúa el movimiento hacia arriba; este mismo sensor va detectando las posiciones de las charolas 2, 3, 4, 5 y finalmente la 6, que es la que nos interesa expulsar (figura 7). Cuando se ha detectado que el ensamble holder se encuentra en dicha posición, se detiene el movimiento del motor elevador. 2) Luego se activa M652 (motor de carga de charola), con lo cual la charola correspondiente a la posición 6 se introduce en el ensamble holder. 3) Se pone a funcionar nuevamente a M651 (motor elevador), pero ahora en sentido contrario para que el ensamble holder baje a la posición
Contraste entre la posición superior e inferior del almacén interno de este mecanismo
A
B
Con esto termina el proceso de expulsión de una charola. Veamos ahora cómo se introduce el disco al aparato.
Operación de introducción de la charola Para regresar la charola a su posición interna, se siguen los mismos pasos descritos anteriormente, pero en sentido contrario:
1) M652 introduce el drawer (conteniendo éste a la charola No. 6) hasta su posición interna, dentro del ensamble holder. 2) M651 mueve hacia arriba al ensamble holder ligeramente, y luego lo envía a su posición inferior; entonces se activa el sensor chucking. 3) Se regresa el ensamble holder a su posición de expulsión, y por medio de PH661 se detecta si se ha introducido un disco en esa charola. 4) Por medio de M651 se eleva el mecanismo holder hasta la posición de la charola 6. 5) Se activa M652 para extraer la charola 6 del ensamble holder, y para colocarla en su posición interna; entonces tendremos un CD almacenado en el aparato, listo para reproducirse cuando se desee. 6) Finalmente el mecanismo elevador regresa a su posición de descanso, a la espera de nuevas órdenes por parte del usuario. Como ha podido apreciar, los movimientos mecánicos de este tipo de aparatos también siguen una secuencia bien establecida. Conociéndola bien, pronto podrá usted diagnosticar cualquier mal funcionamiento de este sistema.
MAGNETO C O N Todo para fabricar o reparar:
Transformadores y Bobinas Figura 7
ELECTRONICA y servicio
43
República de El Salvador No. 23-6 (por Aldaco) México, D.F. Tel. 5-21-34-03 ELECTRONICA y servicio
Figura 1
pliegue de imágenes en color, que se inyecte al cañón no sólo una señal, como es el caso de los
MODERNOS CINESCOPIOS QUE NO REQUIEREN ANILLOS DE CONVERGENCIA
tubos de imagen en blanco y negro, sino de tres flujos de información eléctrica independientes, para excitar sendos cátodos en una intensidad que resulta en cada momento de la combinación de colores desplegados en pantalla. De hecho, es en los cátodos del cinescopio donde finalmente llegan las señales RGB obtenidas de la jungla Y/C, para modular los haces electrónicos producidos, permitiendo así la exploración o barrido de la pantalla para recons-
El principio teórico en el que se apoyaron los
truir la imagen cromática. Adicionalmente, en la figura 2 se puede apreciar que en el interior de la pantalla del cinescopio se incluye un revestimiento de fósforo, formando miles de diminutas tríadas RGB (redgreen-blue), distribuidas en toda la superficie. Gracias a este recurso, el ojo humano no alcanza a percibir los puntos individuales de color, sino que éstos se funden conformando un campo uniforme. Para lograr que el haz de cada cañón excite única y exclusivamente a los puntos de color que le corresponden, justo antes de la pantalla se coloca un elemento llamado “máscara de sombras”, el cual no es otra cosa que una delgada lámina de acero con infinidad de minúsculas perforaciones. En la figura 3 puede notar que se han hecho coincidir las perforaciones con las tríadas de puntos de fósforo en la pantalla, de tal forma que sólo deja pasar los haces electrónicos en el momento en que sus ángulos les permiten excitar a su tipo de fósforo en particular, bloqueándolo en los demás puntos de la exploración. Hay otros elementos necesarios en la ope-
pioneros de la televisión en color fue el de la “mezcla aditiva de los colores”, según el cual prácticamente todos los colores pueden ser producidos mediante una combinación precisa de los tres básicos: rojo, verde y azul. Esto llevó a
ración de un cinescopio, por ejemplo, enseguida de los cátodos se incluyen algunos cilindros metálicos huecos, cuya función no resulta tan evidente, pero de capital importancia en la operación del dispositivo. Estos pequeños tubos son
una imagen homogénea (figura 1). Así, el cinescopio cumple la función contraria
los investigadores a incluir en un mismo cinescopio tres cañones electrónicos y tres tipos dis-
en realidad las rejillas de aceleración y enfoque, encargadas de dar a los electrones la velocidad
a la cámara de televisión, donde la imagen se
tintos de fósforo, uno para producir luz roja, otro
necesaria para golpear con fuerza al fósforo (pro-
J. Luis Orozco C. y Leopoldo Parra R.
La eliminación de los anillos de convergencia en los televisores modernos, parece ser una tendencia que pronto ha de generalizarse. En principio, esto resulta desconcertante por el hecho de que tales elementos son necesarios para conseguir la nitidez de la imagen cromática desplegada en la pantalla, garantizando la sincronización de los tres haces electrónicos en la trayectoria que recorren desde los cátodos hasta el fósforo del cinescopio. En este artículo explicaremos la razón por la que se han eliminado tales anillos, y qué hacer para llevar a cabo el ajuste de convergencia en televisores General Electric y RCA.
verde y el último azul, desplegando de esta manera imágenes cromáticas. En efecto, dicho sistema requiere para el des-
Generalidades En el tubo de imagen o cinescopio, las señales eléctricas que se han manejado desde la recepción por la antena hasta su placa base, se convierten en información luminosa, reconstruyendo así la imagen enviada desde la estación emisora. Como seguramente es de su conocimiento, en el cinescopio se aplica el principio de los tubos al vacío y la transmisión de electrones desde un cátodo caliente hasta un ánodo alimentado por un alto voltaje. Esto produce una emisión electrónica que, al chocar con el fósforo que recubre por dentro la pantalla, se traduce en puntos de luz, los cuales al ser observados a cierta distancia no se perciben de manera individual, sino como
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descompone en una señal eléctrica que posteriormente es modulada y radiada al espacio circundante, una vez que se le ha agregado el audio y otros componentes de información. De hecho, en el desarrollo de la televisión fueron determinantes los avances conseguidos en la exploración de imágenes mediante un tubo de rayos catódicos, pues sentó las bases para el diseño de un dispositivo encargado de la tarea contraria: explorar la pantalla del receptor de TV conforme una señal eléctrica, para reconstruir la imagen original.
Estructura y operación del cinescopio en color
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ELECTRONICA y servicio
Figura 2
Ampolla al vacío
Pantalla
Figura 3
Electrones reflejados Haz de electrones
Haz azul Haz verde
Fotografía con microscopio de los orificios cónicos en la máscara de sombras, desde la cara de la placa frontal. La forma del orificio en las máscaras de sombras afecta la calidad de imagen. En (A) los electrones se reflejan en los bordes de orificio en la máscara de sombras. En (B) cambia la forma del orificio en la máscara de sombras (como se muestra) y se eliminan los reflejos indeseables.
Haz rojo Base
(A)
Puntos de fósforo de colores (en la superficie interna de la pantalla)
Máscara de sombras
Haz de electrones
Máscara de sombras
Cañones electrónicos
Máscara de sombras
Aquadag
(B) Pantalla
Sellado Banda de protección Banda de tensión
Puntos de fósforo
Orificio de la máscara de sombras
En esta imagen se muestra la convergencia de los tres haces en cada punto de la tríada RGB, pasando por el orificio de la máscara de sombras.
Finalmente, el tubo está cubierto en la parte externa por una sustancia conocida como aquadag, (figura 2) que consiste en una delgada capa de pintura con base en ferrita con propiedades conductoras. El interior de la campana también está recubierto con una capa similar, y el objetivo de esto es formar una capacitancia con un voltaje de ruptura muy alto entre ambas capas, aprovechando el vidrio intermedio como aislante. Así se evitó la necesidad de incluir un condensador
de muy alto voltaje, aprovechando el mismo cinescopio para dicha función. Recuerde que para que un tubo de rayos catódicos funcione adecuadamente, es necesario aplicar al ánodo un voltaje que fácilmente excede de 20,000 voltios, y esta tensión se genera por medio de un conmutador de alta frecuencia (la salida horizontal) y un transformador especial (el fly-back); pero aunque el voltaje ya sale rectificado de este último elemento, aún es necesario filtrarlo, y para ello se aprovecha la capacitancia del cinescopio.
Trayecto de los haces electrónicos.
Los ajustes de pureza y convergencia
Máscara de sombras Haces electrónicos
Trayectoria del haz sin rejillas de aceleración y enfoque (muy exagerado)
Los ajustes de pureza y convergencia son un procedimiento de servicio cuyo objetivo es aumentar
Fotografía ampliada de un grupo de tríadas o deltas de fósforo de un cinescopio RCA convencional.
Verde
Rojo
Yugo
Azul
Rejillas
Trayectoria del haz con rejillas de aceleración y enfoque
miento lateral y vertical de los haces electrónicos) y los imanes de pureza y convergencia (que garantizan la adecuada superposición de las imágenes obtenidas con cada cañón electrónico). Además, también podemos localizar la
(figura 4). También, en la parte externa aparecen algu-
bobina demagnetizadora, la que evita que los campos magnéticos adyacentes se concentren
nos elementos auxiliares, como los yugos de deflexión (que son los encargados del desplaza-
en la máscara de sombras, produciendo aberraciones cromáticas (figura 5).
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Haz verde Haz rojo Haz azul
Rojo Verde Azul
duciendo un punto brillante) y afilar el haz electrónico para que no tome una trayectoria divergente (lo normal en una emisión electrónica), permitiendo que produzca un punto definido al llegar perfectamente concentrado a la pantalla
Figura 4
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ELECTRONICA y servicio
Imanes
Figura 5
la nitidez de la imagen cromática desplegada en
sino variable, dependiendo, en cada momento,
la pantalla, garantizando la sincronización de los tres haces electrónicos en la trayectoria que recorren desde los cátodos hasta el fósforo del cines-
de la combinación necesaria de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) para desplegar la gama cromática correspondiente a los distintos
copio. Aunque algunos de los movimientos para con-
puntos de la imagen exhibida. Por ejemplo, en aquellas zonas de la pantalla
cretar la corrección se realizan en la placa base
donde predominen los tonos azules habrá un
del cinescopio, la mayor parte de la rectificación se hace en ciertos elementos externos a éste, como el yugo de deflexión, los imanes de pureza y convergencia, etc. Por esto, podemos decir que dichos ajustes se realizan en el tubo de imagen. Explicamos ya que gracias a la máscara de sombras (rejilla de apertura en el caso del Trinitron de Sony), los haces electrónicos caen sobre su fósforo respectivo, lo que teóricamente garantizaría una imagen correcta; pero ¿cómo asegurarse que los haces electrónicos efectivamente viajen en sus trayectorias correctas dentro del cinescopio, para que la condición anterior se cumpla? Este es, precisamente, el objetivo de los ajustes de pureza y convergencia. Para entender mejor lo anterior, hagamos un experimento. Consiga una lámpara de mano (de preferencia de las que pueden enfocar un haz delgado); colóquese en una habitación oscura frente a una pared -a una distancia aproximada de un metro-; encienda entonces la linterna y observe la huella que deja el rayo luminoso en los distintos puntos del muro (figura 6A). Ahora, imagine que la pared es una pantalla y mueva la
mayor porcentaje de emisión del cátodo azul, reduciéndose la del rojo y verde; o bien, en las áreas de color amarillo, los haces que trabajan son el verde y el rojo, atenuándose el azul. Recuerde que este es el principio de la mezcla aditiva de los colores. Sin embargo, para conseguir imágenes nítidas y con la gama cromática apropiada, al diseñar el tubo de imagen es necesario considerar varios aspectos. Por ejemplo, en un cinescopio del tipo RCA convencional (cañones en delta), la máscara de sombras se coloca de tal forma que, vista de frente, coincide con el centro geométrico de la tríada (figura 7). Esto garantiza que, al llegar de forma simultánea los tres haces electrónicos, cada uno excite única y exclusivamente el fósforo
pendicular a la pared, la huella que forma es casi circular; mientras que cuando el haz llega a las esquinas se deforma hasta ser una elipse alargada (figura 6B). Pues bien, como se examina a continuación, este mismo efecto se produce en el tubo de imagen de un televisor. Los cátodos del cinescopio generan tres haces de electrones que se aceleran, enfocan e inciden en la pantalla recubierta de fósforo para producir imágenes en color. A su vez, el nivel de excitación de los cátodos no es constante en el tiempo,
Pantalla imaginaria
Figura 6A
Aspecto del haz de luz dependiendo del punto de incidencia.
Figura 6B
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Puntos de fósforo
Vista de frente Orificio de la máscara de sombra
Orificio de la máscara de sombras Haces electrónicos
que le corresponde, lo cual se debe al pequeño ángulo que presentan entre sí y que los hace converger de manera exacta al atravesar el orificio en la máscara, para separarse a continuación; así, la información de color rojo sólo alcanza a los puntos de fósforo que emite dicho color, e igualmente sucede con el verde y el azul. Al procedimiento que garantiza que cada haz electrónico caiga exclusivamente sobre los puntos o líneas de fósforo que le corresponden sin interferir a los adyacentes, se le denomina “ajuste
las que aparece una zona blanca sobre un fondo negro; si el televisor no está convenientemente ajustado, se alcanzará a notar un borde de color (puede ser rojo, verde o azul, indistintamente) a lo largo de la transición entre blanco y negro.
Pureza OK
de pureza” (figura 8). Pero además, es muy importante conseguir la perfecta superposición de las imágenes producidas por cada uno de los rayos electrónicos. Durante el trayecto entre los cañones y la panta-
Pared
lámpara simulando la exploración del haz electrónico dentro de un cinescopio; esto es, de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, como en zigzag. Notará que cuando la luz llega de manera per-
Aprox. 1m
Figura 7
En esta imágen se muestra la convergencia de los tres haces en cada punto de la tríada RGB, pasando por el orificio de la máscara de sombras.
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lla, los haces siempre varían su ángulo de excitación con respecto a la máscara de sombras; así, mientras que en los puntos centrales de la pantalla los haces llegan casi en forma perpendicular (figura 9A), cuando alcanzan los bordes del cinescopio tienen un ángulo muy pronunciado, tal y como sucedió en el experimento que realizamos antes (figura 9B). Es decir, conforme más lejano estén los haces del centro de la pantalla es posible que se presenten algunas deformaciones en los bordes de la imagen. Esto es más notorio en imágenes en
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ELECTRONICA y servicio
Pureza defectuosa (imagen simulada)
Figura 8
Figura 9A
Eliminación de los anillos de convergencia
Figura 11A
Anillos
Figura 11B
Aunque no explicaremos en este artículo cómo realizar los ajustes de pureza y convergencia, conviene mencionar que llevarlos a cabo no es tan fácil como sólo mover un potenciómetro o acceder a un menú en la pantalla del televisor
Figura 9B
por medio del control remoto. Dichas calibraciones son hasta cierto punto complejas, pues requieren de la intervención directa del técnico sobre los yugos de deflexión vertical y horizontal, así como la manipulación de una serie de elementos que también se han montado en el cuello del cinescopio con ese propósito, entre ellos los anillos de convergencia. No obstante, desde hace algunos años, en algunas marcas de televisores en color se ha suprimido el uso de anillos de convergencia en el cinescopio, lo cual en principio resulta desconcertante, pues es sabido que estos elementos se utilizan para permitir un perfecto ajuste en la
Por todo lo anterior, al procedimiento que permite garantizar la correcta superposición de las informaciones del rojo, verde y azul, y que por lo tanto impide la aparición de esos bordes en los puntos de transición de claro a oscuro, se le llama “ajuste de convergencia” (figura 10).
Cuando en el patrón de “crosshatch“ se note un efecto como el que se muestra en esta figura, es que el televisor necesita ajuste de convergencia
Figura 10
convergencia de los haces en la pantalla de cinescopio. ¿Que ha sucedido? Simplemente que se ha perfeccionado el montaje del yugo en el cuello del cinescopio, de tal manera que en algunos equipos se ha optado por eliminar este tipo de anillos; y además, se incluye un cinturón de material magnético que sirve para el ajuste de convergencia. En la figura 11A se muestra el cinescopio de un televisor General Electric o RCA, chasis CTC185A, en el que se puede apreciar la carencia de dichos anillos, y en la figura 11B presentamos al cinescopio convencional. Una característica importante en este tipo de yugos de deflexión, es que vienen pegados al cuello del cinescopio, por lo que el fabricante de los equipos recomienda que cuando se dañe dicho elemento (el yugo) debe sustituirse todo el cinescopio, pues sólo así se garantiza el ajuste adecuado. Y aunque esto es lo ideal, la reparación resulta incosteable. En la práctica, hemos observado un método que permite retirar el yugo para sustituirlo sin tener que cambiar todo el tubo de imagen. Dicho
temperatura en el yugo, éste se va a despegar del cinescopio. Sin embargo, si usted va a efectuar este proceso le recomendamos calentar bien la zona, pues de otra manera se puede llegar a romper el cuello del cinescopio.
¿Cómo ajustar la convergencia cuando no hay anillos? Expliquemos, por último, qué pasos seguir cuando tenga problemas de convergencia en algún televisor de este tipo: 1) En el caso específico de los televisores RCA o General Electric del chasis indicado, entre en
Los tres haces cuando no convergen Cinturón magnético que hay que mover para ajustar la convergencia
Los tres haces cuando convergen
procedimiento consiste en calentar al yugo con un par de pistolas de aire caliente (secadoras de pelo) de tal forma que cuando exista la suficiente
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el modo de servicio presionando MENU, POWER y VOLUMEN +, e inmediatamente indique la clave ACCESO 76. Luego presione CANAL + y MENU, con lo que debe aparecer en pantalla una línea horizontal. 2) Retire con cuidado el cinturón magnético (figura 12) y muévalo para ajustar la convergencia. 3) Observe la línea horizontal hasta que se junten los haces (figura 13). 4) Fije con cinta adhesiva el cinturón magnético, una vez que haya concluido el ajuste.
Figura 12
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ELECTRONICA y servicio
Figura 13
Figura 1
COMO LOCALIZAR FALLAS EN FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS
Figura 2
• Excelente estabilidad en la salida de voltaje. • Bajo calor generado. • Tamaño reducido. • Pueden operar con voltajes de entrada muy amplios (generalmente de 85 V a 240 Vca).
EXCITADORA y NO CUANDO HAY UNA CARGA EXCESIVA.
2) Excitador y oscilador. Guillermo Palomares Orozco
El bloque fuente de poder es de fundamental importancia en la estructura de cualquier aparato electrónico, debido a que en esta sección es donde se producen todos los voltajes necesarios para el correcto funcionamiento del equipo. En los últimos 10 años, este módulo ha sufrido una transformación muy importante, pasando de ser circuitos sencillos que todo mundo comprendía, aunque de operación muy deficiente, a sofisticadas fuentes conmutadas de mucho mayor eficiencia, y cuyo funcionamiento resulta mucho más complejo. En este artículo, explicaremos su teoría de operación, mostraremos dos circuitos reales como ejemplo y enseñaremos un método para la detección de fallas, con algunos consejos prácticos.
Diferencias entre las fuentes lineales y las fuentes conmutadas Las fuentes conmutadas presentan grandes ventajas con respecto a las fuentes lineales tradicionales. Estas últimas (figura 1) presentan, en ge-
Estos nuevos tipos de fuentes constan de un oscilador, un pequeño transformador, rectificadores secundarios y filtros pasa-bajos para filtrar el voltaje de salida (figura 2). Los tipos de control de salida de voltaje, son: • Control de la amplitud del oscilador. • Cambio del ciclo de trabajo del oscilador (control de amplitud del pulso). • Control de frecuencia (sea del oscilador o del transformador).
neral, las siguientes particularidades: • Transformador de gran tamaño, conectado directamente en la línea de CA (y que por consecuencia trabaja con una frecuencia muy baja). • En la mayoría de los casos, circuitos rectificadores tipo puente de diodos. • Filtros de gran capacidad. • Reguladores de voltaje.
Cabe mencionar que algunas fuentes de poder utilizan más de uno de estos tres tipos de control.
En videograbadoras, este bloque consiste en un circuito integrado de mediana potencia (600 V, 5 amp) y alguna circuitería adicional de apoyo, mientras que en televisores generalmente se trata de un transistor discreto (aunque cada vez se usa con más frecuencia un circuito integrado). El propósito de este conjunto es tomar el voltaje de 170 Vca y “pasarlo” a través del primario del transformador, pero en forma de una señal pulsante (recuerde que un transformador resulta inútil ante señales de DC). Uno de los embobinados del transformador retroalimenta un voltaje fuera de fase para que el excitador entre en oscilación (enseguida se hablará de esto con mayor detalle).
Secciones de una fuente conmutada típica 3) Transformador. Son seis los bloques de una fuente conmutada típica (figura 3), a saber:
El transformador tiene un primario, uno o más secundarios y un embobinado de retroalimentación; las funciones de este último son:
1) Rectificador y filtro. Por contraste, las características más importantes de las fuentes conmutadas (también conocidas como “fuentes osciladoras” por su capacidad de adaptarse a las variaciones de voltaje), son:
Este bloque recibe los 120 Vca de la línea y entrega aproximadamente 170 Vcd en su salida. Hay que recordar que el puente rectificador convierte la corriente alterna en corriente directa, y que el filtro elimina el ruido o ripple. Un fusible que se
a) Retroalimentación. Este embobinado de control entrega una señal de retroalimentación al transistor excitador/oscilador, con el objeto de apagarlo y generar una situación inestable que provoque la oscilación (lo que significa que el
• Bajo costo, debido a su pequeño transformador (que además es de alta frecuencia).
encuentra en la entrada de la línea para protección del circuito, se abre CUANDO HAY UN COR-
conmutador se enciende y apaga a muy alta velocidad). Puesto que esta situación se repite
• Ligeras.
TOCIRCUITO EN LA SECCION OSCILADORA O
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ELECTRONICA y servicio
Figura 3
AC
Carga
Diodos de salida RV4M
Retroalimentación del oscilador
Carga
(acoplamiento/retroalimentación)
Aislamiento optoacoplador Primario
en un ciclo de trabajo muy pesado, debe usarse un transistor con características apropiadas. b) Acoplamiento. El circuito de acoplamiento (cuando existe) sirve para proporcionar al extremo primario una referencia del comportamiento de los voltajes en el secundario, con el objeto de que las tensiones de salida de la fuente estén siempre dentro de sus especificaciones correctas. También provee un aislamiento eléctrico entre el circuito del primario y el circuito del secundario; esto es para que el cliente nunca entre en contacto con la línea de CA cuando toque la unidad.
Secunario
Ajuste de voltaje
dores de baja frecuencia (entre ellos el 1N4007) resultan inútiles. Este es uno de los principales problemas con los que el técnico de servicio se enfrenta cuando va a reparar fuentes conmutadas; y es que si desconoce dicha situación, seguramente que en sustitución de los diodos originales colocará cualquier otro tipo de diodos, pero las nuevas piezas se dañarán rápidamente, e incluso pueden llegar a dañar a otras secciones dentro de la fuente. El tipo de diodos que se recomienda utilizar es el RU4M, que soporta 400 V, 2 amp, y es de rápida recuperación.
5) Retroalimentación y aislamiento. Dicho transformador puede ser pequeño, en comparación con un transformador tradicional. La razón de ello es que trabaja con una frecuencia alta, con lo cual se logra que la transferencia de energía entre primario y secundario sea mejor que si trabajara -como lo hace un transformador normal- a 60 Hz. El blindaje del transformador (o de la fuente en general) es necesario si se toma en cuenta que esta señal, al operar en altas frecuencias, puede ser inducida en los amplificadores de cabezas de video o en las líneas de transporte de señal de video, trayendo como consecuencia la generación de líneas de interferencia en la pantalla.
4) Rectificadores del extremo secundario.
Existen dos formas para controlar la salida de voltaje en los secundarios:
formador. Por lo tanto, si se modifica cuidadosamente la frecuencia de entrada al primario del transformador, el voltaje de salida de éste puede
1) Control mediante frecuencia (cambio de frecuencia en el oscilador, con respecto al punto de resonancia del transformador).
ser controlado o regulado.
D1
Transformador
Excitador y oscilador
Control de nivel
El voltaje de salida de los secundarios aumenta cuando la frecuencia de trabajo se aproxima a la frecuencia natural de resonancia del trans-
D2
Rectificador y filtro
DC
Métodos de control de voltaje más empleados
El voltaje del secundario más importante (la línea de 12V en el caso de las videograbadoras, y la línea de B+ en el caso de los televisores), en algunas fuentes es tomado y enviado en retroalimentación al circuito primario. Este voltaje se emplea para controlar la salida de voltaje que va hacia el transformador por el excitador de retroalimentación. Esta muestra de voltaje es enviada de regreso al primario del circuito, aunque no exista una conexión directa entre primario y secundario; por razones de seguridad, esta muestra se envía a través de un optoacoplador.
La operación de estos transformadores depende de la frecuencia, ya que el embobinado primario funciona como un resonador (un oscilador natural). Recordemos que siempre que colocamos en paralelo una bobina y un capacitor, el conjunto posee una “frecuencia de resonancia” natural, misma que depende estrechamente de los valores de L y C; por lo tanto, podemos decir que un transformador en cuyo primario se le coloque un condensador en paralelo, poseerá una frecuencia de oscilación implícita, que marcará su punto de operación óptima. Aun y cuando no se coloquen capacitores externos en el embobinado
La gráfica del comportamiento de un transformador se muestra en la figura 5; ahí vemos que el pico máximo es Vs, mismo que se alcanza exactamente cuando la frecuencia de entrada coincide con la de resonancia natural del embobinado. Como puede observarse, la forma de respuesta no es muy estrecha sino amplia (tiene el aspecto de una campana normal); esto se debe a la resistencia del alambre, al valor de la inductancia, a la capacitancia inherente, etc. En consecuencia, si se maneja cuidadosamente la frecuencia aplicada al embobinado primario, se le puede hacer trabajar en cualquier punto de la curva (de preferencia en la porción lineal, ya sea de subida o de bajada), produciendo en su salida una gama de voltajes que van desde un punto
primario, existe una capacitancia inherente causada por la proximidad de las espiras del mismo. Este circuito resonante L-C es producido exclusivamente con el embobinado del transformador (figura 4).
muy bajo hasta su punto máximo (Vs). Esto quiere decir que el método puede utilizarse para controlar de forma muy precisa los voltajes a la salida de los secundarios. En videograbadoras, lo normal es que la fre-
Vcc
A
C
L
Oscilador LC típico. La frecuencia de oscilación del conjunto depende de los valores de L y C
cuencia de entrada al transformador opere en la región marcada como A (flanco de subida de la respuesta en frecuencia). En este caso, conforme la frecuencia de entrada se incrementa, el punto de operación va hacia la parte alta de la curva, por lo tanto la salida del transformador aumenta.
Punto de resonancia de un transformador VS (Pico máximo de resonancia)
6) Control de nivel. Con la reducción del bias (polarización) de la base del transistor excitador/oscilador, se reduce tam-
Estos rectificadores son de bajo voltaje pero de alta velocidad, ya que el secundario del transfor-
bién la amplitud de la señal entregada en su colector. Y dado que este efecto se presenta en todos los voltajes secundarios, puede decirse que la
mador entrega corriente alterna de muy elevada frecuencia; a causa de esto, los diodos rectifica-
polarización del oscilador se reduce para mantener en estado de regulación a la fuente conmutada.
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Salida del transformador
A
B
Punto de operación
B En todo embobinado, la misma cercanía de las espiras entre sí produce una pequeña capacitancia; por tanto, todo embobinado posee una frecuencia de oscilación inherente
Figura 4
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ELECTRONICA y servicio
Frecuencia de entrada
Figura 5
Algunas fuentes en televisores operan en el punto B de la curva, por lo que en ellos las variaciones de frecuencia tienen un efecto inverso (en la porción descendente de la curva, un aumento de frecuencia implica menor inducción, produciendo entonces una disminución en la salida del secundario en el transformador). Este modo de operación (en la región B) no es usualmente elegido por los diseñadores, ya que al encender el equipo, el oscilador comienza a trabajar a una baja frecuencia; esto provoca que la salida en los secundarios del transformador sea elevada, dando origen a posibles daños en la fuente o en el equipo.
2) Control mediante embobinado de control. Un voltaje aplicado en la bobina de control de un transformador especial, hace que disminuya la inductancia dentro del dispositivo.
Corrimiento de frecuencia en el transformador La mayoría de televisores utiliza un transformador especialmente construido con un embobinado de control colocado en una laminación acoplada de manera perpendicular a la laminación del primario y secundario (figura 6). El embobinado de control regula la salida del transformador alterando la reluctancia y, por lo tanto, aparentemente también la inductancia del transformador.
Cambio de frecuencia del transformador
Usando la bobina de control, cuando se le aplica un voltaje de CD, se desarrolla un campo magnético; y este campo se aplica en el núcleo del transformador, afectando el campo inducido por el primario y, por consiguiente, el voltaje generado en el secundario. Esto altera al campo tal como cuando se inserta un tornillo de aluminio en una bobina de sintonía (inductor). Cuando la inductancia (L) es decrementada, la frecuencia de resonancia es incrementada. En el diagrama mostrado anteriormente, equivaldría a que la curva de respuesta se corriera hacia la derecha, lo que a su vez se traduciría en un cambio en la salida de voltaje de los embobinados secundarios. El diseñador de la fuente selecciona el punto de operación A o B para determinar si al aplicar CD a la bobina de control el voltaje de salida se aumenta o disminuye. Si es elegido el punto A, podemos notar que al estar la curva corrida hacia la izquierda implicaría que la fuente comenzaría a trabajar con un voltaje muy alto (lo que puede afectar la integridad de los circuitos alimentados); para evitar esto, se debe aplicar un voltaje de CD inmediatamente a la bobina de control cuando el aparato es energizado (este es representado por el capacitor en línea punteada). Para evitar dicho problema, este tipo de fuentes por lo general trabajan en la región B de la curva; esto significa que comienzan a operar con un voltaje de salida bajo, y conforme se va aplicando una corriente de realimentación al embobinado de control, el voltaje de salida va creciendo hasta alcanzar su nivel correcto (lo cual ocurre en pocos milisegundos).
Dos ejemplos de fuentes típicas. Primario Secundario
Bobina de control
Voltaje de control de CD
B+ El voltaje de control genera un campo magnético para disminuir la inductancia efectiva.
Figura 6
Para concretar la explicación teórica anterior, enseguida vamos a mostrar dos fuentes de poder típicas, una de una videograbadora (figura 7) y otra de un televisor (figuras 8). Se explicará en detalle la operación de la segunda, dejando para el lector deducir el funcionamiento de la primera. Podemos ver que en la entrada del circuito oscilador hay un voltaje de aproximadamente 150 Vdc, mismo que se obtiene de rectificar y Figura 7
filtrar directamente la entrada de 120 Vac de la
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19.5V DC
C4108
C4127 10µF 63V
+
CR4111
HOT
R4135
7
6 CR4109 7.5V
R4122
CR4102 R4128
R4129
5
_
1
2
ERROR AMP
+
DRIVER 4
tencia de bajo valor). En tal caso, el circuito de protección corta la polarización del conmutador, impidiéndole trabajar y apagando el televi-
la oscilación. Dentro de este circuito se aloja el elemento de switcheo (un MOSFET de potencia),
sor, con lo que se evitan daños mayores ya sea a la fuente o a los circuitos que alimenta.
cuya fuente se encuentra en las terminales 8 y 9
Por su parte, el extremo secundario resulta
del IC, que se conectan a la tierra del primario a través de una resistencia de bajo valor. Observe también que parte del voltaje de entrada pasa por una resistencia y llega hasta la terminal 4 del IC, que corresponde a la entrada del excitador del conmutador. Cuando es conectado por primera vez el aparato, el voltaje en esta terminal resulta suficiente para que el excitador se dispare y ponga a conducir al conmutador, con lo que se consigue un flujo de corriente a través del embobinado primario. Este flujo induce voltajes en todos los embobinados secundarios, incluyendo el ubicado entre las terminales 5, 6 y 7, que en este caso funciona como bobina de realimentación. El voltaje inducido en la terminal 7 de este secundario, comienza a cargar a un condensador con un voltaje negativo, y cuando la tensión alcanza un cierto punto (detectado por el amplificador de error dentro del IC), este elemento envía una orden hacia el bloque AMP, el cual corta el voltaje de polarización al conmutador y lo obliga a apagarse. Por lo tanto, el flujo de corriente que circulaba por el primario sufre un colapso, y este
sumamente sencillo: puede notar que la salida del embobinado ubicado en las terminales 8, 10 y 11 del transformador corresponde a la salida B+, misma que sólo es rectificada y filtrada; y lo mismo ocurre con la fuente de bajo voltaje, la cual aprovecha el embobinado entre las terminales 12 y 13, de donde se generan los casi 20 V que se necesitan para alimentar a diversos circuitos del televisor. Compare este funcionamiento con el de la fuente de videograbadora, y advertirá que básicamente se trata del mismo circuito.
conmutador, y lo vuelve a encender. Con esto tenemos una situación inestable que obliga al conmutador a encenderse y apagarse continuamente, con lo que se logra la inducción hacia los secundarios y la generación de los voltajes de alimentación para el funcionamiento del televisor. Como circuito de protección, el IC conmutador posee un detector de sobrecarga, el cual se dispara precisamente cuando el voltaje en sus ter-
R4105
3
AMP
C4103
6
U4101 REGULATOR
R4125 C4123 R4104 150 Volts RAW 8+
determinado (gracias a la presencia de la resis-
a su vez induce voltajes hacia los embobinados secundarios; específicamente, produce un pulso en la terminal 5 del embobinado de control, el cual se transmite a través de una resistencia y un condensador a la entrada del excitador de
8
OUTPUT
9
R4124
OVERCURRENT PROTECT
OCP CIRCUIT
12
7
C4126
FB4102 11
C4124
C4136
330 500V
C4135 FB4112
C4128
CR4112
FB4113
R4126 C4122
5
3
1
C4008
12
COLD
C4110
CR4107
FB4108 FB4109
NC 13
11
10
NC
C4137 C4106
8
A
+
C4107
+
140V DC B+ FB4107 CR4106 FB4106
C4109 T4101 REGULATOR
Fuente de poder de los televisores RCA con chasis CTC 176/177
línea hogareña. Este voltaje se dirige hacia la terminal 1 del transformador principal, del cual el otro extremo del primario llega a las terminales 11 y 12 del circuito integrado que se encarga de
Figura 8
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minales 8 y 9 (que, como recordará, corresponden a la fuente del conmutador) alcanza un valor
60
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Procedimiento para la localización de fallas Observe cómo se lleva a cabo este procedimiento, en el siguiente diagrama (figura 9):
Aspectos que deben considerarse en el servicio a fuentes conmutadas En el caso de las fuentes conmutadas, son varios los aspectos que deben considerarse al proceder a su reparación: hay que observar y comprender las secciones que contiene; saber cómo interactúan y, después de una adecuada comprensión, determinar las posibles fallas que pudieran presentarse en cada una de ellas; de esta forma se puede aislar el problema para su más pronta y eficaz atención. Y aunque en los manuales de servicio se recomienda cambiar como un módulo completo toda la fuente, ello resulta una tarea poco práctica y muy costosa en comparación con un simple servicio en el nivel de componentes.
Método para la reparación de fuentes conmutadas Como ya explicamos, las fuentes conmutadas son unidades que basan su funcionamiento en la oscilación de muy alta frecuencia. Como dispo-
Figura 9
¿Llega la alimentación de DC al aparato?
No
Revise cable, clavija y fusible de entrada
No
Revise etapas de rectificación y filtrado
No
Verifique circuito de control del conmutador
No
Reemplace el dispositivo
Sí
¿Llega la excitación al conmutador? Sí
¿Funciona el conmutador? Sí
¿Hay alimentación para el Syscon?
No
Revise las etapas de rectificación, filtrado y regulación
Sí
¿Hay pulso de encendido?
No
Problema en Syscon
Sí
¿Aparecen los voltajes B+ y todos los necesarios para el encendido?
No
Revise las etapas de rectificación, filtrado y regulación respectivas
Sí
¿El aparato se enciende un momento y luego se apaga?
1) Utilice un Variac o reductor de voltaje de entrada de línea, para modificar a voluntad el voltaje de corriente alterna entregado a la fuente. De
Sí ¿Hay voltaje de alimentación de DC en el transformador de switcheo?
Procedimiento Para reparar una fuente conmutada ejecute las siguientes acciones:
Secuencia para la detección de fallas en fuentes conmutadas de TV color.
No
Fuente bien
Sí Falla en circuitos de protección
sitivo de conmutación, generalmente tenemos un transistor, o un circuito integrado que contiene a éste. Conforme a la experiencia, usted habrá advertido cuán frecuentemente se daña este dispositivo, aunque rara vez es el causante original del problema; de ahí que al sustituirlo vuelva a dañarse apenas transcurridos algunos segundos, o quizás minutos u horas.
DISCOS DUROS
esta manera, evitaremos hacer daño a los transistores de conmutación. 2) Localice la sección de retroalimentación; es decir, la porción de señal que es tomada del primario o del secundario para informar al circuito oscilador sobre el nivel de salida que guarda la fuente. Por lo general, esta sección es responsable de la avería en los circuitos. Revise también los condensadores electrolíticos, ya que suelen ser con frecuencia los causantes del problema. 3) Acostúmbrese a revisar los diodos rectificadores de los diversos secundarios. Como ya comentamos, en caso de descubrir que estos dispositivos se encuentran averiados, proceda a sustituirlos por piezas de iguales características (es muy importante verificar su corriente máxima de trabajo y su velocidad de recuperación). 4) Es común que luego de sustituir componentes quemados o averiados, se piense que la fuente ha quedado reparada; pero este es un grave error. Para asegurarse de que ha sido arreglada, se le debe colocar una carga artificial a fin de medir la corriente y voltaje entregado por sus devanados; para tal efecto, podemos calcular algunos valores de resistencias que simularán la carga normal de la fuente por medio de la ley de Ohm. Una vez conectadas éstas entre alguna salida y tierra, por medio de un multímetro se debe medir el voltaje entregado por dicha salida (sabiendo, de antemano, que lo normal es que el voltaje tienda a caer, pero no en exceso). 5) Por último, no está de más reiterar que a estas fuentes debemos conocerlas a fondo, para que, al tener plenamente identificadas sus distintas secciones, sea posible realizar una reparación más rápida y confiable; y no por querer ahorrar dinero, compremos refacciones de dudosa calidad o las primeras que tengamos a la mano.
ELECTRONICA y servicio
61
Leopoldo Parra Reynada
Un poco de historia El disco duro es un medio de almacenamiento de información no removible y de muy alta capacidad, a diferencia de los disquetes, aunque también trabaja mediante principios magnéticos. Por estas propiedades, los discos duros son utilizados en computadoras como dispositivos donde se graba el sistema operativo, los programas de aplicaciones y los archivos que se generan durante el trabajo cotidiano; también actúan como memoria temporal durante los procesos complejos en ambientes de trabajo avanzados (por ejemplo, en Windows u OS/2), e inclusive como almacén de datos que se obtienen de Internet, de un CD-ROM o de cualquier otra fuente externa. Cómo está formado un disco duro, así como los detalles interesantes de su operación, son los objetivos principales de este artículo. 62
ELECTRONICA y servicio
Aún antes de la aparición de las computadoras electrónicas comerciales (1951), el almacenamiento “masivo” era ya una necesidad. A mediados del siglo XIX, se utilizaban tarjetas perforadas como “recipiente” de la información que se introducía en las calculadoras mecánicas y otras máquinas de la época. En la década de los 40’s del presente siglo, el tubo de vacío llegó a emplearse para almacenamiento de datos, aprovechando su capacidad de conmutación y, por lo tanto, la posibilidad de “guardar” en ellos dígitos binarios; y a principios de los 50’s, las cintas magnéticas empezaron a reemplazar a las tarjetas perforadas. Poco tiempo después, aparecieron los tambores magnéticos y, en 1957 -como componente de las RAMAC 350 de IBM-, se lanzó al mercado el primer disco duro. Se requerían entonces 50 discos de 60 cm de diámetro cada uno, para almacenar apenas 5 megabytes (MB) de información, alcanzando un costo de 7,000 dólares por MB. Por supuesto que 5 MB es una capacidad ínfima para las necesidades actuales, pero considerando que en aquella época un programa
Disco Winchester fabricado a finales de los años 70’s. Podía almacenar más de 400 MB, pero su costo era de 35,000 dólares. Tenía el tamaño de un gabinete .
típico medía apenas unas cuantas decenas de kilobytes, y que los archivos de trabajo eran igualmente reducidos, era más que suficiente para satisfacer las necesidades de las empresas. Durante décadas los discos duros siguieron siendo enormes y costosas unidades, sin embargo, a principios de los 80’s, con la revolución de las computadoras personales, se produjo igualmente un cambio dramático en tales dispositivos. Los primeros discos duros que se utilizaron en computadoras personales, eran de 5.25 pulgadas (extraordinariamente pequeños, considerando los diseños previos), con una capacidad de almacenamiento de 5 a 10 MB, más que suficiente para entonces. De hecho, cuando IBM lanzó al mercado la PC/XT de IBM, aunque los discos duros no se consideraban un componente estándar en las computadoras personales (utilizaban disquetes para grabar el sistema operativo, los programas de aplicación y los archivos), ofreció la posibilidad de incluir como aditamento un disco duro de 10 MB (el equivalente a casi 30 disquetes de 360 KB). Esta opción era muy costosa (arriba de 1,500 dólares), pero muy atractiva para las empresas, pues la misma capacidad habría costado en años anteriores varias decenas de miles de dólares. Desde entonces a la fecha, al igual que la mayoría de dispositivos de computadora, los discos duros han mostrado una rápida evolución que se expresa en el incremento de la capacidad de almacenamiento, en la mayor velocidad de acceso a los datos y en una reducción de su tamaño (figura 1). Por ejemplo, en la actualidad la capacidad típica de un disco duro es de 2 a 6 gigabytes (GB), con un precio que no rebasa los 300 dóla-
Figura 1 Conjunto de platos removibles de una computadora de los años 70’s. Compare su tamaño con una unidad moderna.
res; pero lo más sorprendente de esta rápida evolución es que el principio de operación de estas unidades sigue siendo el mismo, únicamente se ha perfeccionado. En la tabla 1 presentamos un resumen de las diferentes tecnologías que se han utilizado.
Generalidades sobre la construcción física de un disco duro típico
Tabla 1 TECNOLOGIA
CAPACIDAD TIPICA
MFM (Modified Frequency Modulation)
10 a 40 MB
Primer tipo de disco duro empleado en la PC. Tambié n conocido como norma ST506, corresponde a unidades con interface tipo IBM. Por lo general eran de gran tamañ o y se distinguían porque en su tarjeta controladora se utilizaban dos cables tipo listó n para comunicarse con la unidad.
RLL (Run Lenght Limited)
40-100 MB
Prácticamente idé ntico a MFM, pero con un nuevo tipo de codificació n de datos que permite una mayor densidad de informació n.
80 a 200 MB
Fue un desarrollo posterior al MFM, con la ventaja de poseer una tarjeta de interface más confiable y rápida, apta para la mayor velocidad de transferencia de datos de los procesadores superiores al 8086. Llegó a utilizarse hasta en máquinas 386. El aspecto externo de su tarjeta controladora y de los cables de conexió n era prácticamente idé ntico al disco MFM.
ATA (AT attachement) o IDE (Intelligent Drive Electronics)
40 a 528 MB
Comercialmente se les conoce como "discos inteligentes" porque internamente incluyen una tarjeta acopladora para acceder directamente al bus de datos. Son las unidades más populares en este momento porque combinan un precio relativamemente bajo con un excelente desempeñ o. Su problema es que tienen como límite 528 MB. Cuando la tarjeta madre de la PC no llega a incluir el conector para el cable de datos y control de este disco duro (un cable plano de 40 hilos), se requiere entonces una tarjeta adaptadora para IDE, la cual usualmente tambié n actúa como controladora de las unidades de disco flexible y de los puertos de entrada/salida de datos. A estas tarjetas se les conoce precisamente como multi I/O y permiten ahorrar ranuras para el control de varios perifé ricos.
ATA-2 o EIDE (Enhanced IDE)
528 MB a 8 GB
IDE mejorado con las mismas características, pero diseñ ado para romper la barrera de los 528 MB.
200 MB a 20 GB o más
Los discos SCSI (se pronuncia "escoci") constituyen un desarrollo especialmente dirigido a sistemas de alto desempeñ o (por ejemplo, en servidores). Al igual que las unidades de tecnología IDE, tambié n son considerados "inteligentes" en la medida en que incorporan directamente una interface. Se reconocen porque el cable tipo listó n que comunica a la unidad es de 50 hilos en vez de 40. Una ventaja adicional de estos discos es que la tarjeta de interface adicional que se requiere cuando la tarjeta madre no dispone de conector para puerto SCSI, puede manejar más de dos discos, así como otros dispositivos como unidades de cinta magné tica, discos ó pticos, etc.
ESDI (Enhanced Small Device Interface)
CARACTERISTICAS
La unidad de disco duro toma su nombre de la parte donde se almacena la información (figura 2): un disco magnético rígido llamado “plato” (a), el cual es impulsado por un motor de giro (b). Para incrementar la capacidad de almacenamiento, la mayoría de las unidades contienen dos o más platos magnéticos. La información se escribe y se lee por medio de una cabeza magnética de lectura/escritura alojada en el ensamble del conjunto de la cabeza (c). Un brazo actuador (d) que mantiene a este ensamble en su lugar, es posicionado por dos imanes, uno superior y otro inferior; a estas placas se les llaman “placas magnéticas” (e), y su función es controlar el
aterrizaje”, un sitio de seguridad en el plato donde no se almacena ninguna información.
con el bus de la computadora, un ASIC de control que opera por completo al hardware de la unidad
movimiento del brazo actuador a través de la superficie del plato. Dicho movimiento, en sincronía con la rotación del plato, permite a la cabeza de lectura/escritura acceder a puntos específicos de la superficie magnética.
Todas estas componentes se contienen en un ensamble de base (j) y una cubierta (k), los cuales son sellados en un ambiente totalmente limpio; de esta manera se aísla el polvo y otros contaminantes que pueden dañar o destruir a la unidad.
(ASIC corresponde a las siglas en inglés de “Circuito Integrado de Aplicación Específica”, y se refiere a una tecnología que, por medio de un solo circuito de alta escala de integración, lleva a cabo las principales tareas de control de un
Las señales que lee o escribe la cabeza, son amplificadas por el preamplificador de lectura/ escritura (f), mismo que, en conjunto con la bobina actuadora (g) y conectores asociados, da forma a la “bobina de voz” (h); cerca de ésta se encuentra la palanca de estacionado (i). Cuando la
Cada disco duro moderno, contiene un ensamble de circuito impreso donde se alojan los componentes electrónicos que le permiten comunicarse con la computadora y que todos sus elementos trabajen en sincronía. Entre dichos componentes electrónicos, se incluye un micro-
determinado equipo), un canal de lectura que codifica y decodifica la información y un ASIC de motor que dirige al motor y a la bobina actuadora. Ya con este panorama general de la construcción de un disco duro típico, podemos describir
unidad es desactivada, esta palanca mantiene a
procesador encargado de controlar todas las fun-
con más detalle las partes que lo componen.
la cabeza de lectura/escritura en la “zona de
ciones del disco, una interface que se comunica
ELECTRONICA y servicio
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SCSI (Small Computer System Interface)
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ELECTRONICA y servicio
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Comparación de tamaños de discos duros
3.5 pulgadas
(k)
Mas no obstante su alto costo, mantienen un diseño básico y un objetivo relativamente simple: una cabeza es una pieza de material magnético,
2.5 pulgadas (e)
cuya forma es parecida a una letra “C” con una pequeña abertura (gap); una bobina de alambre
(d) (c) (g)
(h)
5.25 pulgadas
(i)
(e)
Las cabezas son el componente más costoso de un disco duro, y sus características ejercen gran impacto en el diseño y rendimiento de éste.
(a)
Como su nombre lo indica, los platos donde se
cabezas magnéticas, ha mostrado limitaciones serias, sobre todo en la producción de superficies cada vez más planas y perfectamente lisas (todos los metales poseen protuberancias y depresiones naturales, que pueden minimizarse pero no eliminarse por completo). Ante esta situación, los fabricantes de discos duros están experimentando con nuevos materiales, como el vidrio (del cual ya existen algunos modelos de discos duros en el mercado) y componentes cerámicos de alta tecnología. Por ahora, el problema de estos materiales alternos es su alto costo. Para almacenar información, la superficie de los platos es recubierta con un material capaz de grabar por tiempo indefinido campos magnéticos de niveles apreciables; en este aspecto, los fabricantes han utilizado dos técnicas: la primera (utilizada desde los discos duros más antiguos) consiste en un depósito de partículas de óxido de hierro sumergidas en una solución adhesiva,
almacena la información en un disco duro, son de un material rígido, en contraste con la delgada capa plástica de los disquetes (figura 3). Dichos platos son de aluminio, con un diámetro que se ha ido reduciendo gradualmente, a la par que se ha incrementado la capacidad de almacenamiento: han pasando de 5.25 pulgadas en las primeras unidades a 3.5 de los discos más usuales en máquinas de escritorio y a un tamaño de 2.5 ó 1.8 pulgadas para las máquinas portátiles (figura 4).
misma que se aplica en el centro de los platos girando a alta velocidad, de tal manera que por fuerza centrífuga el material se distribuye de manera uniforme sobre toda la superficie. Con esto se consigue una capa de aproximadamente 7080 micras de grueso, con un acabado café opaco. Los discos más nuevos utilizan una técnica más avanzada, conocida como “de capa delgada”, pues es más fina, a la vez que más consistente y uniforme que la anterior, permitiendo
Si bien el aluminio ha sido durante mucho tiempo el material más utilizado, conforme ha
mayores densidades de grabación y una mayor durabilidad. Físicamente, pueden reconocerse
ido avanzando la tecnología de construcción de
por su acabado en espejo. La profundidad de la
(f) (j) (b)
(I)
Los platos magnéticos
ELECTRONICA y servicio
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capa magnética que almacena los datos es de unas 3-8 micras de espesor, dependiendo de la tecnología empleada para aplicar esta capa (figura 5). Estos tipos de platos son los que más se utilizan en los discos actuales.
Cabezas de lectura/escritura Existen diferentes tipos de cabeza de lectura/ escritura. Entre las primeras, se cuentan a la cabeza monolítica de ferrita y a la cabeza construida con un block, también de ferrita. Un avance posterior, se dio con el uso de cabezas compuestas, las cuales se fabrican con una mezcla de un material no magnético al que se le agrega una pequeña porción de ferrita.
se enrolla en este núcleo para construir un electromagneto; de hecho, su estructura es básicamente la misma que la de las cabezas empleadas en las grabadoras de audio convencionales (figura 6). Para la escritura en el disco, la corriente que circula por la bobina crea un campo magnético a través del gap, el cual magnetiza a la cubierta del disco bajo la cabeza. Para leer desde el disco, la cabeza sensa un pulso de corriente electrónica que corre por la bobina cuando la abertura pasa por arriba de una reversión de flujo en el disco (figura 7). Gracias a las mejoras tecnológicas, en la actualidad los bits son empaquetados más densamente, por lo que el espacio necesario para su grabación se ha ido reduciendo. El bit de información almacenado, da origen a la señal producida por la cabeza cuando ésta lo lee; sin embargo, el reducido tamaño del bit ha implicado un mayor reto, pues las cabezas deben flotar aún más cerca del medio de almacenamiento, con el propósito de incrementar la amplitud de la señal. El siguiente paso en la evolución de las cabezas, fue el diseño de tipo MIG (Metal In Gap o Metal Insertado), en cuyo gap se le introduce una
Estructura de una cabeza magnética
Embobinado 1.5-2 mm (aluminio, vidrio o cerámica)
Capa ferromagnética (3 a 8 micras)
Gap no magnético
Figura 5
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ELECTRONICA y servicio
Núcleo toroidal de ferrita
Figura 6
Figura 7
Figura 8 Cabezas magnetoresistivas
Señal eléctrica recuperada
Señal eléctrica a grabar Líneas de flujo magnético
Año
Campo magnético recuperado
Información grabada
Densidad de área
1991
0.132
1992
0.260
1993
0.254
Tecnología
1994
0.578
mejorada
1.00
capas más
4.5µm 64µm
Información grabada
permite
....... 1996
delgadas
....... ....... ....... 2000+
10.0 Contacto Intercambio Sustrato duro NLFe Espaciador Película suave
delgada capa metálica para aumentar la capacidad magnética. Esta tecnología también ha sido superada en nuestros días, siendo sustituida por la de cabezas de película delgada, que se describirá a continuación. Actualmente, muchas unidades emplean cabezas de película delgada (thin film head), cuya característica es que los elementos estructurales se depositan en un sustrato, de manera muy semejante a como son fabricados los microchips (de hecho, la técnica de fabricación de estas cabezas sigue prácticamente los mismos pasos que la producción de IC’s). La tecnología de película delgada es un valioso recurso para los fabricantes de cabezas, ya que éstas pueden fabricarse con un menor tamaño y se les puede aplicar un
Una pequeña franja de material magnetoresistivo que se deposita en la estructura de la cabeza, pasa por arriba de los patrones magnéticos del disco, sensa la fuerza del campo magnético y produce pulsos eléctricos que corresponden a las reversiones de flujo. Como este mecanismo no puede utilizarse para escribir, un elemento de escritura inductivo de película delgada es depositado a lo largo de uno de los lados de dicha franja. La tecnología de la cabeza magneto-resistiva comenzó a aparecer en 1994, y dada su gran aceptación fue incorporada, un año después, en el diseño de discos duros. Asimismo, debido en gran parte al uso de las cabezas MR acopladas con canales de lectura PRML (siglas en inglés de
mejor control de calidad. La más reciente tecnología de cabezas, llamada “magneto-resistiva” (MR), está diseñada para lograr medios de almacenamiento de muy altas densidades de grabación, en el rango de 1 a 2
“Manifestación Máxima de Respuesta Parcial”, una nueva técnica de codificación y almacenamiento de datos), se hizo posible que, utilizando un solo plato de almacenamiento, un drive de 1 gigabyte o más de capacidad fuese realidad.
Para mover las cabezas, es necesario un mecanismo que las desplace lateralmente a través del radio de los platos mientras éstos giran; para llevar a cabo este movimiento, se han utilizado dos métodos distintos: un motor lineal y la bobina de voz. Veamos cómo funciona cada uno de ellos. Los discos más antiguos se apoyaban en un mecanismo muy similar al utilizado en las unidades de disquete para el desplazamiento de cabezas; esto es, un motor de pasos conectado a un brazo encargado del movimiento del conjunto (figura 9). Este método resultó satisfactorio en unidades con un número limitado de sectores,
billones de bits por pulgada cuadrada (BPSI), en comparación con las densidades de menos de 200 millones BPSI ofrecidas por las tecnologías de cabeza tradicionales. A diferencia de éstas -que básicamente son
Esta tecnología ha seguido evolucionando; de hecho, se han diseñado cabezas magneto-resistivas gigantes (Giant Magneto-Resistive Head), las cuales se utilizan en discos duros de muy alta capacidad (arriba de 6 GB). Este nuevo estándar,
ya que en estos casos los tracks que se grababan eran lo suficientemente anchos como para que las ligeras fallas en el posicionamiento de la cabeza (prácticamente inevitables por la misma naturaleza de su movimiento) no afectaran de ma-
pequeños electromagnetos de inducción-, la tecnología MR emplea una forma distinta de realizar la lectura, basándose en un material especial
desarrollado por IBM, promete ser la piedra angular de los discos duros en un futuro cercano, de modo que puedan seguir satisfaciendo la cre-
nera determinante el proceso de grabación y recuperación de datos. Sin embargo, este método de desplazamiento
cuya resistencia eléctrica se modifica ante la presencia de un campo magnético.
ciente demanda de capacidad de almacenamiento de los usuarios de computadoras personales
tenía una inconveniencia: si por cualquier razón el mecanismo se atoraba ligeramente y perdía
(figura 8).
su posición de referencia, de ahí en adelante
ELECTRONICA y servicio
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Brazo del actuador y bobina de voz
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ELECTRONICA y servicio
todas las lecturas o escrituras se efectuarían en forma incorrecta. Pero además, el mismo calentamiento de los discos por su operación normal, era suficiente para desalinear las cabezas en relación con los tracks en los platos; o algún cambio en la postura de la unidad podía afectar el proceso de recuperación de información (precisamente, en estos discos había que tomar precauciones como formatearlos exactamente en la posición en que fueran a trabajar, y no había que
Figura 9
moverlos mientras estuvieran funcionando). Por
la lectura y escritura de datos. Y no sólo ello,
estas razones, el método del motor de pasos pronto fue desechado y sustituido por las modernas bobinas de voz.
gracias a su característica de autocorrección, es posible grabar tracks mucho más finos que con el método anterior, lo que finalmente se traduce
Este método funciona de manera muy similar a como trabajan las bocinas convencionales: una
en discos de mayor capacidad con un número reducido de platos.
bobina sumergida en un poderoso campo mag-
Por lo que se refiere al brazo del actuador,
nético, y a través de la cual circula una corriente cuidadosamente calculada (figura 10), produciendo así una fuerza que desplaza a las cabezas magnéticas sobre la superficie de los platos. La gran ventaja de este método en comparación con el anterior, es que se trata de un sistema dinámico realimentado, donde en los mismos tracks en que se almacenan los datos también se graban ciertas marcas que le sirven de referencia al sistema de posicionamiento de cabezas; de este modo, conforme se lee o escribe un archivo, el circuito de movimiento de brazo detecta si la posición de las cabezas es la adecuada, y en caso contrario envía ligeras variaciones a la corriente aplicada en la bobina de voz, corrigiendo así la diferencia. Gracias a este método, los discos duros modernos pueden utilizarse en cualquier posición, absorber vibraciones externas e incluso golpes de varios “G” de intensidad (una “G” es equivalente a la fuerza con que nos atrae la gravedad hacia el piso), sin interferir en
tan sólo se trata de una palanca metálica en cuyo extremo se encuentran las cabezas magnéticas, sostenidas con un resorte que las impulsa fuertemente contra la superficie de los platos. Todas las cabezas están fijas en el brazo del actuador, por lo que si una de ellas se desplaza, digamos al track 250, todas las demás cabezas efectúan exactamente el mismo movimiento. Es por esta razón que en discos duros no se habla de tracks, sino de “cilindros”, ya que todas las cabezas leyendo al mismo tiempo una determinada posición nos remiten precisamente a dicha forma (figura 11).
Partes que componen una bobina de voz típica:
Interacción plato-cabeza Mencionamos que por la acción del resorte en el brazo del actuador, las cabezas magnéticas se encuentran en estrecho contacto con la superficie de los discos; también sabemos que los platos en los discos duros giran con una velocidad considerable (entre 3,600 y 10,000 RPM, dependiendo del modelo específico de disco). Entonces, si la cabeza está en contacto con la superficie del disco y éste gira rápidamente, cabría su-
poner que la fricción entre ambos tarde o temprano provocaría la destrucción de alguno de estos
Gracias a este fenómeno, los discos pueden durar varios años de trabajo continuo, al final de cuya
elementos. ¿Cómo se hace para que esto no suceda? Hay una propiedad dinámica de los fluidos
vida útil las cabezas llegan a “viajar” miles de kilómetros sobre la superficie de los platos (una cabeza de un disco de 3.5 pulgadas cuyos platos
(aire o líquidos), según la cual “no importa la rapidez con se desplace un fluido por una tubería,
giran a 7,200 RPM, “viaja” aproximadamente 1.7 kilómetros en un minuto).
la velocidad relativa de las partículas adyacentes
¿Pero qué sucede cuando se apaga el sistema
a las paredes de dicho tubo será prácticamente igual a cero”. Dicho en otras palabras, si el aire
y los platos dejan de girar? Al no existir el colchón de aire que se forma entre cabeza y plato, estos
corre con una velocidad muy alta sobre la superficie de un plato de metal, por fricción entre las moléculas del gas y la superficie del plato, las partículas de aire que se encuentra inmediatamente tenderán a “pegarse” a él. Esta situación se repite exactamente en la situación contraria: una cámara de aire estático con unos platos girando con gran velocidad. En resumen, sucede que junto con los platos, en su superficie, se mantiene girando una fina capa de aire. Este pequeño “colchón de aire” es aprovechado por las cabezas magnéticas, que al poseer una forma aerodinámica obligan a esta pequeña capa a comprimirse debajo de ellas, produciendo la suficiente fuerza para elevar al conjunto unas cuantas micras sobre la superficie del plato (figura 12), evitando así el contacto entre ambos elementos y, por lo tanto, impidiendo la fricción.
elementos entran en contacto (en lenguaje coloquial se dice que las cabezas “aterrizan”); si esto sucede en una porción del disco donde se tiene información grabada, su integridad puede ser afectada. Para evitar este problema, los discos duros más antiguos tenían fijada una posición de “estacionado” de cabezas (se daba de alta en el Setup), y antes de apagar su sistema los usuarios debían tener la precaución de dar una orden de “estacionar cabezas” (el famoso comando PARK); entonces el conjunto se desplazaba hacia dicha posición sin datos, con lo que ya podía ser apagada la máquina. En la actualidad, los fabricantes de discos duros han incorporado un sistema automático que lleva a cabo exactamente esa misma función al momento del apagado (figura 13). Para ello, se aprovecha la fuerza centrípeta que se genera en un disco (¿recuerda que en los tradicionales discos de audio de acetato, cuando la aguja ya estaba muy gastada, el brazo tendía hacia el centro del disco por sí mismo?), mediante una palanca que asegura al brazo del actuador en
Cabeza magnética de un disco duro tipo IDE
1) Brazo actuador, donde van montadas las cabezas magnéticas. 2) Bobina de desplazamiento. 3) Conjunto de imanes que producen el campo magnético necesario para el desplazamiento de la bobina.
1 Aspecto del brazo de autoestacionado de un disco IDE moderno
Cabeza de lectura / escritura
2
Colchón de aire (3 a 5 micras)
Desplazamiento (giro)
Debido a ciertos efectos aerodinámicos, entre la superficie del disco y la cabeza de lectura/escritura se forma un colchón de aire de algunas micras, reduciendo a cero el desgaste por fricción.
3
Figura 10
Figura 12
Figura 11
ELECTRONICA y servicio
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70
ELECTRONICA y servicio
Figura 13
Figura 14
ENCONADO DE BOCINAS Y CONSTRUCCION DE BAFFLES
En discos IDE, prácticamente todo el proceso de señal (modulación, codificación, amplificación, etc.) se lleva a cabo en una tarjeta controladora adosada en el mismo disco (de ahí el nombre de IDE = Integrated Device Electronics o electrónica integrada al dispositivo)
dicha posición; de este modo, una vez que se ha apagado un disco duro, las cabezas quedan firmemente aseguradas en una posición donde no afectan la información grabada.
Electrónica integrada Uno de los adelantos que contribuyeron a popularizar los discos duros de tecnología IDE, es que dentro de la estructura de la misma unidad se encuentra la circuitería electrónica necesaria para llevar a cabo una gran cantidad de funciones distintas (figura 14):
Debido a que prácticamente todas las funciones principales del manejo del disco duro se han incorporado en esta sección electrónica, la interface entre la unidad y la tarjeta madre es muy sencilla, al grado que se puede incluir en una tarjeta de bajo costo o (el caso más común en la actualidad) en la misma tarjeta madre. Esto evita que los consumidores tengan que pagar el alto costo que implican las controladoras dedicadas, como sería el caso en las unidades con interface SCSI (una tarjeta controladora SCSI añade alrededor de 200 dólares al precio de una PC).
Comentarios finales • Controlar el flujo de datos desde y hacia el microprocesador. • Codificar y decodificar los datos que van a ser grabados en los platos. • Controlar cuidadosamente la velocidad de giro de los discos. • Controlar la corriente que circula por la bobina
controlador dedicado a esa función. • Soportar un bloque de memoria que sirve como caché de datos en los procesos de lectura y
Como ha podido apreciar, la tecnología de los discos duros modernos es, con mucho, considerablemente más avanzada que la de los primeros discos que se utilizaron en la plataforma PC; sin embargo, como ya se mencionó anteriormente, el principio básico de funcionamiento de estas unidades sigue siendo prácticamente el mismo. Viendo a futuro, podemos esperar que la capacidad de los discos siga aumentando a la par que disminuya el precio por MB de almacenamiento; y más adelante, cuando los límites impuestos por la física impidan el desarrollo posterior de los discos magnéticos, seguramente se habrán desarrollado nuevas y sofisticadas tecnologías de al-
escritura de información (esto en casi todos los discos modernos).
macenamiento masivo de información, que nos permitirán satisfacer las crecientes necesidades
de voz, lo que a su vez se traduce en un posicionamiento exacto de las cabezas de lectura/ escritura. • Verificar que todos los elementos de la unidad funcionen correctamente, mediante un micro-
informáticas.
ELECTRONICA y servicio
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Primera de dos partes Oscar Montoya Figueroa
Las bocinas
En este artículo explicaremos las bases teóricas mínimas para que comprenda los principios de operación de una bocina típica, así como el procedimiento para reparar uno de estos dispositivos en caso de que se llegue a dañar; en el próximo número estudiaremos cómo construir baffles que cumplan con los principios de la acústica, garantizando así un sonido claro y agradable en todo momento. 72
ELECTRONICA y servicio
Denominamos “bocinas” o “altavoces” a los dispositivos capaces de transformar una señal eléctrica en sonido audible. Como las bocinas son dispositivos electromecánicos, su uso continuo durante cierto tiempo provoca el deterioro de sus partes mecánicas; además, puesto que el costo de su reparación es muy pequeño comparado con el precio de la unidad completa, es muy conveniente conocer el procedimiento que debe seguirse para repararlas. Una bocina está formada por tres partes básicas: un cono que impulsa el aire y genera las ondas de sonido, una bobina móvil de alambre unida al cono y un imán permanente fijo que, en interacción con esta última, produce el desplazamiento del cono (figura 1). Algunas otras partes de refuerzo mecánico son necesarias para el buen desempeño de la bocina; entre ellas se puede mencionar a la suspensión, la cual, apoyada en la propia estructura
Partes de una bocina de bobina móvil
Figura 2
Suspensión
Cono
Si su sistema de audio (estéreo casero, reproductor del automóvil o radio portátil) pierde sus características de reproducción fiel, se producen ruidos o distorsiones en el sonido, o simplemente éste ha dejado de escucharse, significa que se ha producido una falla. A continuación señalaremos algunas de las condiciones y puntos a considerar al momento de hacer la revisión de su equipo de sonido.
Suspensión
Conector Estructura metálica
Principio de operación
Estructura metálica
de la bocina, sostiene al cono; a la vez, permite que éste se desplace longitudinalmente. El grado de rigidez del cono repercute en las características de reproducción del sonido; mientras que una suspensión muy rígida provoca que la bocina tenga un espectro de sonidos agudos, una suspensión suave permite que la misma tenga cierta capacidad para reproducir sonidos graves. El espacio en que se coloca la bobina móvil es muy estrecho; es el área entre el imán permanente y la estructura metálica. Si la bobina es mal colocada, seguramente hará contacto con las paredes de la cavidad; para evitar este problema se coloca una tela rígida, la cual mantiene en posición a la bobina (figura 2).
Bocina para medios
Descripción de fallas
Imán permanente
Imán permanente
Bocina para agudos
La suma de los espectros de emisión de frecuencias de cada una, hace que se pueda tener una reproducción de mayor calidad.
Bobina
Cono
Figura 4
esta razón se construyen bocinas para bajos (sonidos graves), medios y altos (sonidos agudos).
Cuando una corriente eléctrica es aplicada en las terminales de la bobina, ésta genera un campo magnético que interactúa con el campo del imán permanente, obligando al cono a desplazarse hacia adelante y hacia atrás, según sea la polaridad de la corriente aplicada. En sus partes frontal y posterior, el cono de la bocina genera ondas de sonido inversas entre sí; o sea, cuando en la parte frontal el aire se comprime en la parte posterior se hace menos denso, y viceversa. Para entender mejor el proceso observe la figura 3. Las características mecánicas de las bocinas evitan que éstas, de manera individual, puedan emitir sonidos perfectamente fieles; se requiere entonces de por lo menos tres en conjunto, que de manera especializada cubran toda la gama de sonidos y armónicas requeridos (figura 4). Por
No hay sonido Si no se escucha absolutamente nada, recurra a baterías o directamente a la línea comercial (según sea el caso) para verificar que el sistema esté alimentado; también asegúrese de que esté encendido y con un nivel de volumen medio.
Verificar señal de salida Si lo anterior no es la causa del problema, use un juego de bocinas o audífonos para verificar que exista señal de salida. Si no se recibe respuesta, significa que el problema se encuentra en la sección de salida de los amplificadores internos del aparato (fallas que quedan fuera del objetivo de este artículo).
Bocina para graves Cortesía: ONKYO
Figura 1 Partes de una bocina de bobina móvil
d) En caso de encontrar algún corte interno, sustituya el cable o elimine el tramo afectado.
Falla en la bocina Si ha determinado que la falla se encuentra en la bocina, pruebe primero la conductividad de la bobina; para ello debe conectar un óhmetro entre las terminales de la misma. Observe las condiciones del cono de la bocina; una suspensión deteriorada o un cono fracturado o roto, son indicios de una mala operación. En caso de haber un falso contacto en los conectores de la bocina o un cable suelto en ella, será necesario resoldar o remplazar las terminales dañadas.
Daño en el cono Problemas en bocinas de salida
Si hay un daño mayor en el cono o la bobina,
En caso de que el problema no sea interno, sino que esté en las bocinas de salida, le recomendamos ejecutar los siguientes pasos:
deberá ejecutarse el procedimiento de enconado; puesto que se reemplaza con todas las partes dañadas, la unidad quedará como nueva.
a) Verifique visualmente el estado del conector. Si se encuentra oxidado, trate de restaurarlo con la ayuda de una lija suave o de una goma para tinta. b) Si se encuentra dañado, proceda a sustituirlo. c) Si se encuentra en buen estado, pero su sis-
Enconado de bocinas
La bobina genera dos ondas inversas, una al frente y la otra en la parte posterior. Si ambas ondas se encontrasen en el espacio, se anularían reduciendo la intensidad del sonido generado.
1 1 E x p a n s i ó n
C o m p r e s i ó n
2
C o m p r e s i ó n
2
E x p a n s i ó n
1 Durante el ciclo positivo el cono avanza, comprime el aire al frente y lo expande atrás. 2 Durante el ciclo negativo el cono retrocede, expandiendo el aire al frente y comprimiéndolo atrás.
tema no lo utiliza, pruebe la continuidad de los cables de las bocinas; para el efecto, utilice Figura 3
ELECTRONICA y servicio
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un multímetro o un circuito de continuidad.
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ELECTRONICA y servicio
Supongamos que se encuentra dañada una bocina para medios de ocho pulgadas, con cono circular. Para la reparación de la misma, se requiere del siguiente material (figura 5): • Pegamento negro o blanco para bocina (el único equivalente es el de la marca UHU).
Figura 7
Materiales
Figura 7 Altura de la bobina al cono
PE G
Figura 8 Para fijar la bobina al cono, coloque pegamento por la parte superior alrededor, evitando que se escurra hacia abajo.
A M E N TO
Pegamento cristalino
Cono con suspensión
Bobina
Centrador
Cable trenzado flexible
Pegamento
Bobina
Altura de la bobina al cono Cono dañado Tapa para centro
Cono nuevo
• Una bobina con el tamaño adecuado (según sea el tamaño del centro de la armadura de la bobina) y de la misma impedancia que la bobina original (4, 8 ó 16 ohms). • Un cono de ocho pulgadas (o del tamaño de la bocina que se va a enconar). • Un centrador del tamaño apropiado. • Una tapa para centro (es una tapa de plástico o cartón, que cubre la parte superior de la bobina y evita que el polvo entre a la cavidad de desplazamiento de la misma). • Alambre trenzado flexible, que permite realizar las conexiones entre la bobina móvil y el conector fijo. Tiene que ser este tipo de cable, ya que es capaz de soportar los continuos movimientos mecánicos que se producen cuando la bocina suena; si se coloca un cable que no sea trenzado flexible, después de cierto tiempo terminará por romperse. En tiendas de electrónica especializadas, usted puede encontrar todos estos artículos. Cuando los vaya a adquirir, fíjese que tengan las mismas características de los originales; de preferencia lleve la bocina dañada en cuestión, para asegurarse de que los artículos sean los apropiados. Por otra parte, recuerde que un buen trabajo depende también de contar con la herramienta
Retire la bobina y el cono, y limpie adecuadamente la estructura de la bocina. Suspensión Cono
Orilla para fijar la suspensión
Bobina
Espacio para la bobina móvil
necesaria: una navaja (cutter), un cautín de 15 a 30 watts, unas pinzas de punta, unas pinzas de corte y un multímetro.
Cono Suspensión
1) De la estructura de la bocina, separe cuidadosamente la suspensión con la navaja. Enseguida corte la orilla del centrador y, finalmente, los cables que van hacia el conector de la bocina; entonces el cono y la bobina podrán ser separados libremente de la estructura metálica (figura 6). No tire esta parte, ya que le servirá más adelante. 2) Retire por completo los restos de pegamento que hayan quedado en el lugar de la suspensión y del centrador, y limpie la superficie con un poco de thinner u otro solvente (evite dañar la pintura de la estructura).
ractuar al cien por ciento con el campo del imán permanente; entonces la bocina se escuchará con una intensidad muy baja. 5) Una vez que la bobina ha quedado en la posición correcta, póngale pegamento para fijarla al cono; déjela secar por unos instantes (figura 8). 6) Con una aguja delgada, haga dos perforaciones en la parte superior del cono; ambos deben quedar cerca del centro, a la altura de los alambres de la bobina, para qué estos pasen a través de ellos (figura 9A). Fije los alambres en el cono, colocando a lo largo de la trayectoria de cada uno de ellos un poco de pegamento; deje libres de dos a tres centímetros, para realizar una conexión futura (figura 9B). 7) Coloque el centrador en la parte posterior del cono, exactamente a la altura en la que se
partes e induzca el movimiento del cono empujándolo suavemente hacia adentro de la bocina; haga este movimiento tantas veces como sea necesario, hasta que la bobina entre en la cavidad sin hacer contacto con las paredes (esto se comprueba fácilmente, si al empujar el cono no se escucha ningún ruido). Una vez colocado en la posición correcta, mantenga fijo el cono con una mano; con la otra, coloque pegamento alrededor del centrador de la bocina; deje secar por unos instantes (figura 11). 9) Tan pronto como haya secado el pegamento que se aplicó al centrador, pegue la suspensión del cono en la orilla de la bocina.
3) Observe atentamente la cavidad en que se alojaba la bobina; si en el interior encuentra polvo o restos de materiales no identificados, retírelos con ayuda de una aguja delgada; limpie ese mismo sitio con un poco de alcohol indus-
unen la bobina y el cono; fíjelo a éstos, poniéndole encima un poco de pegamento; déjelo secar por unos instantes (figura 10). 8) Ahora monte el cono y la bobina en la estructura metálica; para ello, primero presente las
10) Es el turno de realizar las conexiones finales hacia el conector de la estructura metálica de la bocina. Para ello, hay que hacer un par de perforaciones cercanas a las terminales de las bocinas que pegamos. Corte un par de tramos
Procedimiento
trial. Si en él existe óxido, elimínelo con trozos pequeños de lija fina para metales. 4) Cumplido lo anterior, hay que unir las nuevas piezas: la bobina móvil y el cono; al hacerlo, procure que éste quede a la misma altura que estaba el original y compárelos; si es necesario, utilice una regla para medir la distancia adecuada (figura 7). Por lo que respecta a la nueva bobina, si la coloca a una distancia mayor de la original, es muy probable que se detenga en el fondo de la armadura y que, por consecuencia, se produzcan distorsiones durante su funcionamiento; si la coloca a una
Perforaciones (fijar los alambres en este lado con un poco de pegamento)
A Bobina
Cono
B
Cono
Bobina
Centrador Terminales Suspensión Terminales llibres
distancia menor de la original, el campo Figura 6
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Coloque el pegamento entre el centrador y alrededor del cono.
Cono Pegamento
Bobina
Figura 9
magnético generado por ésta no podrá inte-
ELECTRONICA y servicio
de cable flexible trenzado (aproximadamente cinco centímetros), y páselo a través de las perforaciones, dejando un centímetro de largo por encima de la parte superior del cono.
Suspensión
Figura 10
Figura 11 Coloque cuidadosamente la bobina móvil dentro de la cavidad, sin que ésta roce las paredes internas, y fije el centrador con pegamento. Suspensión
En general, podemos decir que un baffle es
senta “la prueba de fuego” (también puede usar
“una caja de madera o plástico con dimensiones adecuadas para imprimir en el audio carac-
Básicamente consiste en una caja rectangular cerrada por todas sus caras, y en cuya parte frontal
terísticas que lo hacen más fiel” (es decir, una sensación de “realidad”); las bocinas se colocan en una de las caras de la caja, y el sonido de la
se abren los espacios necesarios para colocar las bocinas que formarán parte de ese canal de
un disco con patrones de audio, como señales senoidales y cuadradas). Analice los resultados. Pero si para esta comprobación prefiere emplear un circuito sencillo, le recomendamos un generador de tonos que usted mismo puede construir y que es completamente portátil. Lo
Cono
Estructura metálica Centrador
Cavidad
único que tiene que hacer es colocar las salidas del circuito en las terminales de entrada de la bocina en cuestión, y variar la frecuencia con ayuda del potenciómetro (figura 13).
Imán permanente
Baffles
Con la navaja, raspe ligeramente las terminales de la bobina (ya que éstas se encuentran barnizadas). Conecte cada terminal a un cable flexible y suelde las uniones; recorte lo más posible el sobrante de la unión de los alambres y protéjala con un poco de pegamento para que se mantenga fija al cono. Los extremos sobrantes del cable flexible deben soldarse a las terminales de la bocina, evitando que queden estirados; por el contrario, deben quedar un poco holgados (figura 12). 11) Finalmente, pegue la pequeña tapa cubrepolvos de la bobina; colóquela por sobre el cono de la bocina.
Los baffles o recintos infinitos son dispositivos que alojan a las bocinas de un sistema de sonido; sirven como estructura y modifican las características de emisión de sonidos de las bocinas a las que alojan. Así por ejemplo, cuando se desea que una bocina suene un tanto grave, se coloca dentro de un baffle lo suficientemente grande para lograr la resonancia deseada (figura 14). Ya mencionamos que en una bocina se generan dos ondas de sonido, inversas entre sí; cuando ambas se encuentran en el espacio físico, se anulan mutuamente y entonces se pierde casi la totalidad del audio original. Los baffles se cons-
onda inversa se aprovecha de diferentes maneras. En todo baffle se colocan por lo general al menos tres bocinas especializadas, a fin de cubrir la gama de frecuencias requeridas. Pero las señales de audio son separadas internamente en tres grupos: graves, medios y bajos; por eso cada una de las bocinas recibe ya una señal especifica a reproducir, y de ahí que la calidad del sonido sea mayor. A los circuitos que separan la señal de audio, se les conoce con el nombre de “filtros separadores” o Cross-over.
Tipos de baffles Existen muchos tipos de baffles, cada uno con características que determinan la eficiencia del sistema de sonido. A continuación hablaremos de los modelos más importantes, los cuales pueden servir de guía para construir sus propios modelos.
audio. Se llama “baffle infinito”, porque el audio emitido por la bocina en su parte frontal viaja en el espacio libremente y no existe la posibilidad de que se encuentre con su señal inversa -que se encuentra atrapada dentro de la caja del baffle. El aire dentro de la caja modifica el sonido que emite la bocina, al aumentar la resistencia del desplazamiento del cono; para esto se pueden utilizar bocinas con suspensiones muy suaves (figura 15). Con este tipo de baffles se obtiene un aumento en la frecuencia de resonancia de la bocina, además de una disminución en la banda de frecuencias bajas a reproducir. En general, se obtiene muy buena respuesta a las bajas frecuencias con muy bajo volumen, y una suave atenuación en la respuesta por debajo de la frecuencia de resonancia.
Baffle infinito Bocina para agudos
truyen para eliminar este efecto y para reaprovechar la señal inversa de sonido, sumándola a la onda de emisión frontal.
Comprobación
Bocina para medios Bocinas para agudos
Co
La mejor forma de comprobar el estado de una bocina, consiste en tratar de escuchar música a
Baffle infinito
través de ella; en tal caso, la de tipo clásico repre-
r te
O AM a: J
sí
Pantalla o caja de madera o plástico
Bocina para graves
Circuito generador de tonos El 555 es un circuito integrado llineal de ocho terminales, éstas se indican en el diagrama.
Caja sin salida externa
(+) Potenciómetro lineal de 1MΩ
8
6
Terminales de salida (colocar caimanes)
3
7 Resistencia de 1KΩ a 1/2 Watt
Ondas de sonido frontales
4
555
Las ondas inversas quedan atrapadas en el interior
2 Capacitor 0.01 µfd
Uniones de la bobina al cable flexible
Unión del cable flexible a las terminales de conexión de la bobina
Figura 12
Capacitor 4.7 µfd
1
Bocinas para medios
(-) (+) y (-) se conectan a una pila cuadrada de 9 volts.
Bocinas para graves
Figura 13
ELECTRONICA y servicio
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Figura 14
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ELECTRONICA y servicio
Madera de 1/2 pulgada de espesor. Se obtienen buenos resultados al tapizar las paredes con cajas de huevo
Figura 15
Figura 16 Baffle reflex Bocina para agudos
Figura 17
Tubo de reflexión
Bocina pasiva
Bocina para agudos
Bocina para medios
Bocina para medios
Bocina para graves
Caja sin salida externa
Julio 1998
on ac l e r qu ido s u ú b B tri dis tual u s i hab
Bocina para graves
Caja cerrada
Onda reinvertida
PROXIMO NUMERO
Bocina con radiador pasivo
Contrapeso de la bocina pasiva
Onda reinvertida
Onda inversa Onda frontal
Onda inversa
El sonido en el interior se invierte en la parte frontal, reaprovechando la energía total
Baffle réflex Un baffle réflex es básicamente un baffle infinito, pero con una perforación adicional sobre su cara frontal, en la que, en vez de una bocina se coloca un tubo. El efecto que produce éste, es el de transformar la onda de sonido inversa que se genera en el interior, en una señal positiva en fase con la señal frontal; por lo tanto, se reaprovecha la energía que se pierde en el interior. Las dimensiones del tubo deben ser calculadas cuidadosamente por los diseñadores de baffles, para lograr el efecto de inversión de la onda del interior. El resultado de esta adaptación es un sistema de alto rendimiento, toda vez que se aumenta la banda pasante por debajo de la frecuencia de
Onda frontal
En el interior la onda inversa impulsa a la bocina pasiva
por lo tanto, deben emplearse bocinas de suspensión rígida o un filtro subsónico.
Bocina con radiador pasivo
resonancia y puesto que se logra un aumento en la potencia del sonido (figura 16). Se debe tener cuidado en el tipo de suspensión de las bocinas que se emplean para un baffle réflex, ya que la colocación del tubo disminuye la
El baffle con radiador pasivo es muy parecido al de tipo réflex, con la diferencia de que el tubo de aire es sustituido por lo que sería propiamente un cono; es decir, una bocina sin imán y sin bobina (o sea, una bocina pasiva), la cual impulsa el aire del exterior mediante la energía que generan las bocinas en su parte interior. En el cono de la bocina pasiva se coloca una pequeña masa, la cual actúa como contrapeso y mantiene la operación de él dentro de los valores de frecuencia de resonancia del sistema. Este tipo de baffles mejora sus características en bajas frecuencias, si se le compara con uno de tipo infinito; además, ofrece una mayor potencia de sonido (figura 17).
resistencia interna; con esto hay un mayor desplazamiento de los conos de las bocinas, lo cual
Concluye en el próximo número
Ciencia y novedades tecnológicas
• La convergencia digital
• Servicio en la sección de salida de audio de minicomponentes • Guía de fallas y soluciones en televisores modernos
Leyes, dispositivos y circuitos
Electrónica y computación
• Fibras ópticas
• La videoconferencia por Internet
Qué es y cómo funciona
Proyectos y laboratorio
• El CCD y los digitalizadores de imágenes
• Enconado de bocinas y construcción de baffles
Perfil tecnológico
(segunda y última parte)
Servicio técnico • El mecanismo de carrusel de más de 20 discos en reproductores de CD’s
se refleja en un rápido deterioro de las mismas;
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Diagrama • Televisor Samsung chasis KCT53A, modelos CT721AP/SPAX y CT721AP/SEMSX