13 Electronica y Servicio Revista

1ELECTRONICA y servicio

2 ELECTRONICA y servicio


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No.13, Abril de 1999

Ciencia y novedades tecnolgicas................. 5

Perfil tecnolgicoLas celdas solares comoalternativa energtica.....................................10Leopoldo Parra y Oscar Montoya

Leyes, dispositivos y circuitosAmplificadores operacionales(primera de dos partes)...............................21Oscar Montoya Figueroa y Alberto Franco S.

Qu es y cmo funcionaControladores lgicos programables(PLCs). Segunda y ltima parte..................30Alvaro Vzquez Almazn

Servicio tcnicoEl sistema de sintona digital. Principio deoperacin y localizacin de fallas.............. 37Alvaro Vzquez AlmaznEl motor de tambor en videograbadoras... 45Jos Luis Orozco CuautleEl sistema de control en televisoresGeneral Electric y RCA................................53Jorge Prez Hernndez

Electrnica y computacinReparacin de monitores para PC(segunda y ltima parte)............................. 63Leopoldo Parra Reynada

Proyectos y laboratorioCircuito detector de humo........................73Oscar Montoya Figueroa y Alberto Franco S.

Boletn Tcnico-ElectrnicoServicio al ensamble del recuperadorptico de reproductores de CDs


CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

Llega a Mxico la lnea avanzadade osciloscopios Hameg

Hay varias marcas de osciloscopios que se co-mercializan en Mxico y que gozan de un exce-lente prestigio por la variedad de prestaciones yla confiabilidad de sus mediciones. Tal es el casode Leader, Tektroniks o Lucky-Goldstar, por ci-tar las ms conocidas. Sin embargo, reciente-mente una firma coreana ha ampliado el espec-tro de posibilidades en instrumentacin (nosolamente osciloscopios) introduciendo al mer-

cado mexicano dos marcas de prestigio interna-cional: Protek y Hameg, y una marca oriental queno es desconocida en Mxico: Hung Chang. Eneste apartado ofreceremos un breve reporte tc-nico de los osciloscopios Hameg modelos HM407y el HM1507 (figura 1), los cuales han tenido unaexcelente acogida en universidades y en diver-sas entidades del sector pblico por sus carac-tersticas.

Una de las ventajas de estos modelos, es quecombinan las prestaciones tradicionales delosciloscopio analgico con caractersticas avan-

Figura 1


zadas de los modernos aparatos digitales; slocomo referencia, en la tabla 1 se muestran losparmetros operativos ms importantes de es-tos instrumentos.

Como puede apreciar, estos aparatos renenlas caractersticas necesarias para realizar inclu-so mediciones complejas. Adicionalmente, ofre-cen la posibilidad de conectarse a travs delpuerto RS232 (puerto serial) con una computa-dora PC y transferirle todas sus sealesdigitalizadas; mediante dicho recurso el usuariopuede hacer un estudio ms pormenorizado delas seales obtenidas. Observe en la figura 2

cmo se presenta esta informacin en la panta-lla de la computadora; advierta que se reprodu-cen fielmente los controles del osciloscopio, loque permite ampliar una seal cuantas veces seanecesario para estudiar secciones especficas desu forma de onda.

Y los precios? Muy competitivos en relacincon los equipos que se venden en el mercadomexicano. Si desea mayor informacin de la l-nea Hameg (o de Protek o Hung Chang), dirjasea Centro Japons de Informacin Electrnica,Norte 2 No. 4, Col. Hogares Mexicanos, Ecatepecde Morelos, Estado de Mxico, 55040. Tels. 5787-1779, 5770-4884; fax 5770-0214; correo electr-nico [email protected].

Sega regresa al mundo de lasconsolas caseras

Durante muchos aos, la competencia entre lasconsolas de juego caseras pareci tener nica-mente dos contendientes mayores: los sistemasNintendo y el PlayStation de Sony. Y aunque lamarca Sega nunca estuvo completamente ale-jada del mundo de los videojuegos, se ubicabaen un tercer lugar muy alejado de los dos lderesde este segmento de aparatos de entretenimien-to. No dejaba de ser decepcionante su posicin,sobre todo considerando que fue una de lasmarcas pioneras cuya plataforma impuls a losjuegos de computadora, con su personaje Sonic,ahora memorable entre muchos adultos jvenes.

Pero tenemos una buena noticia para los afi-cionados a los videojuegos, especialmente paraquienes vivieron excitantes experiencias ldicascon los personajes de Sega: ya est comerciali-zndose en Japn la nueva consola de este fabri-cante; su nombre de batalla es Sega DreamCast(figura 3).

La principal caracterstica del Sega Dream-Cast, es que utiliza un microprocesador de 128bits; es decir, resulta superior al que se incluyeen el popular Nintendo 64, la consola de juegosms poderosa que actualmente se comerciali-za, y que cuando fue lanzada al mercado hacagala del poder de los 64 bits. Gracias a este re-curso de procesamiento, el Sega DreamCast pue-

Figura 2

acitsretcaraC 704MH 7051MH

maicneucerF x ami zHM001 zHM052

icajiF salacseedn motuA t aci motuA acitedairomeM

salacse sairomem9 sairomem9

icazilatigiD ednes sela stib8 stib8

edaicneucerFoertseum SPSM001 SPSM002

odrateredaenL sopmeitedesaBadadrater

edesabelboDsopmeit

lortnoC rodasecorporciMstib23edCSIR

rodasecorporciMstib23edCSIR

nesarutceLallatnap

edoidemroPserosruc

edoidemroPserosruc

Tabla 1


de generar grficos en tercera dimensin, en altaresolucin y con gran dinamismo; incluso, apro-vechando que esta plataforma incluye unsubsistema grfico, algunas firmas ya han anun-ciado el lanzamiento de complejos y sofisticadosjuegos que prometen explotar hasta la ltimagota la capacidad de procesamiento del SegaDreamCast.

La mala noticia es que la compaa Sega haanunciado que esta consola no estar disponi-ble en el resto del mundo (fuera de Japn), sinohasta la segunda mitad de 1999. Los aficiona-

dos a los videojuegos tendrn que esperar a queel Sega DreamCast pase la dura prueba del mer-cado japons; si es aceptado y tiene xito en eselejano pas, habr entonces un serio contendien-te para el Nintendo 64.

Intel presenta el Pentium III

Sumergida en la vertiginosa carrera por mante-ner el liderazgo en el mundo de las computado-ras, a principios de marzo de este ao Intel, laportentosa compaa de Silicon Valley, hizo ellanzamiento del tan esperado y controvertidomicroprocesador Pentium III (figura 4).

Este microprocesador est basado en la ar-quitectura de su predecesor, el Pentium II, perose le han agregado algunas instrucciones espe-ciales que, segn los cientficos de esta compa-a, mejoran significativamente la forma en quelos juegos y las aplicaciones de Internet se eje-cutan en una computadora. De hecho, pruebasque se han realizado con programas especial-mente rediseados para evaluar estas nuevasinstrucciones, indican que un Pentium III corrien-do a 550 MHz, es casi doblemente rpido que unP-II a 450 MHz; en otras palabras: si hay un in-cremento significativo en el desempeo generaldel chip, no es solamente por su mayor veloci-dad de reloj.

Otra caracterstica interesante del Pentium III,es que utiliza el mismo slot-1 empleado en las

Figura 3

Figura 4


tarjetas madre para Pentium II y Celeron; de estamanera, las computadoras cuya motherboard seacapaz de soportar una velocidad de bus de 100MHz, podrn ser actualizadas con el nuevo dis-positivo (probablemente haya que actualizartambin el BIOS, pero esta es una tarea relativa-mente sencilla); de hecho, con este movimientoIntel est complaciendo a usuarios y fabricantesde computadoras, pues su costumbre de cam-biar de conector cada vez que lanzaba un nuevoprocesador (dificultando la actualizacin y laintercambiabilidad de tecnologas, al ir en con-tra de la estandarizacin) ya haba creado ciertomalestar, muy benfico por cierto para suscompetidores AMD y Cyrix.

Ya estn comercializndose los primeros sis-temas con este microprocesador; pero el perode siempre como ocurre cuando apenas se pre-senta un dispositivo, su precio inicial es muy ele-vado. Adquiralo slo si necesita del mximopoder de cmputo posible; si utiliza la computa-dora para proceso de textos, hoja de clculo, basede datos, juegos no muy complejos o para nave-gar por la red, cualquier otro microprocesadorle puede funcionar adecuadamente (un PentiumII o Celeron de Intel, un K6-2 K6-3 de AMD, unM-II de Cyrix/IBM, un C4 de Centaur o el recinllegado uP86 de Rise Tech).

Una nueva autopista: Internet2

Quienes hayan estudiado la historia de la redde redes, Internet, seguramente recordarn quesu antecedente original fue una red de comuni-cacin entre universidades y grandes empresaspatrocinada por el Departamento de Defensa delos Estados Unidos, denominada ARPANET.Como se supone que el flujo de informacin en-tre las instituciones participantes sera elevadapero no excesiva, se decidi utilizar la mismainfraestructura telefnica existente para el trans-porte de datos, lo que adems era una solucinbarata y altamente flexible.

Dicha solucin funcion de maravilla duran-te los primeros aos de la red, cuando slo seutilizaba para el intercambio de informacinacadmica o entre investigadores; mas en la ac-

tualidad ya resulta insuficiente, no slo por losmillones de usuarios que navegan a diario, sinopor la amplia variedad de servicios que se hanadicionado (la Web, cuyo requerimiento de ca-pacidad informtica es considerable al disponerde interfaz grfica, es quizs el mejor ejemplo).

Ya se empiezan a advertir los sntomas desaturacin de la infraestructura telefnica. Escomn que los usuarios que se conectan a la reden horas de oficina tengan problemas para es-tablecer la conexin, y cuando lo logran la velo-cidad de intercambio de datos es muy reducida:las pginas y archivos de correo electrnico ba-jan lentamente, se llega a truncar la comunica-cin, etc.

Ante ese panorama canceroso, los cientficose investigadores de distintas partes del mundoestn buscando la solucin a corto y medianoplazo, y justamente una de las propuestas msprometedoras (y que de hecho ya est funcio-nando) es Internet2.

Internet2 es un proyecto de la UCAID (siglasen ingls de Corporacin Universitaria para elDesarrollo de Internet Avanzado) que retoma elespritu original de ARPANET: crear una red demuy rpido acceso que conecte entre s a diver-sas universidades, instituciones gubernamenta-les y empresas tecnolgicas, para que puedanintercambiar de forma casi instantnea sus ex-periencias, desarrollos y en general cualquiertipo de datos.

Por ahora Internet2 est haciendo sus pini-nos, con conexiones a 64 universidades y otrasinstituciones a una velocidad de 2.4 GB por se-gundo (una velocidad extraordinariamente alta,comparada con los 56 KB por segundo de losmdems utilizados tpicamente). Y aunque el di-seo original de esta red contempla un esque-ma cerrado (slo los miembros de la UCAID ten-drn acceso a ella, como fue originalmenteARPANET), probablemente en un futuro cerca-no se abra a los usuarios particulares (o se dise-e alguna modalidad abierta).

Navegar entonces por Internet ser ms en-tretenido y menos frustrante; aunque quienescrecimos sin Internet no dejamos de asombrar-nos de sus maravillas, aun en el estado cance-roso del que ya se habla.


LAS CELDASSOLARES COMO

ALTERNATIVAENERGETICA

LAS CELDASSOLARES COMO

ALTERNATIVAENERGETICA

Leopoldo Parra y Oscar Montoya

La electricidad producida por el efectofotovoltaico es limpia, inagotable, seguray flexible. Quienes vivimos en las megasciudades y viajamos grandes distancias

en auto, sabemos de qu hablamoscuando nos referimos a la

contaminacin originada por loshidrocarburos, y somos conscientes de la

necesidad de una fuente energtica queaunque no desplace a las fuentes

tradicionales, por lo menos lascomplemente de manera importante. Eneste reportaje tcnico hablaremos de la

energa del sol como una posiblealternativa.

La energa del sol

En el principio todo eran las tinieblas y el caos,entonces dijo Dios: hgase la luz, y se hizola luz, y la luz era buena.

En alguna forma, casi toda la energa que utili-zamos cotidianamente tiene que ver con el sol.Por ejemplo: la energa hidroelctrica se puedegenerar gracias a que el sol evapora el agua delos ocanos y forma nubes que se traducen enlluvia que llena las represas; la energa elica seproduce cuando el sol calienta partes de la at-msfera y genera desplazamientos de aire, me-jor conocidos como viento; los combustibles f-siles se produjeron por la descomposicin deplantas que hace millones de aos almacena-


ron energa solar en forma de compuestos decarbono; e incluso la energa que consumimospara mover nuestros msculos proviene de lasfrutas y verduras que comemos (o de carne deanimales que a su vez comieron plantas), lascuales gracias a la energa solar pudieron con-vertir el bixido de carbono y el agua en mate-riales nutritivos.

La energa que llega del sol es inmensa. Seestima que en un solo da la Tierra recibe unmonto superior a 12 mil veces la magnitud deenerga que consume toda su poblacin, con-tando combustibles fsiles, energa hidroelctri-ca, etc. No obstante, a pesar de que es extrema-damente abundante y gratuita, su recoleccin yconversin hacia formas apropiadas an es dif-cil y costosa, incluso con la tecnologa moder-na.

Desde hace muchos aos, el potencial trmi-co del sol es aprovechado en los hogares de al-gunos pases como Japn e Israel, para sustituirel consumo de electricidad o gas, disponiendopaneles de vidrio o plstico sobre las tuberasde agua para entibiarla. Sin embargo, el aprove-chamiento del sol a travs del calor que produ-cen los rayos solares no es la energa ms im-portante que se derivan de estas emisiones:mucho ms importante es la posibilidad de ge-nerar electricidad, por medio de pequeas clu-las fotovoltaicas fabricadas con materialsemiconductor.

Actualmente, la tecnologa fotovoltaica enescala industrial todava se encuentra en unafase de experimentacin; es decir, an no esten condiciones de sustituir a las fuentes conven-cionales de energa, como las plantas hidroelc-tricas, termoelctricas y nucleoelctricas, perotiene un gran futuro. De hecho, en algunos pa-ses ya se le utiliza como un importante comple-mento energtico; por ejemplo, para alimentaren zonas desrticas y montaosas radiotelfo-nos (en las autopistas mexicanas hay radiotel-fonos que funcionan con celdas solares), bom-bas para el regado, electrodomsticos, etc.(figura 1). Incluso, ya comienza a hablarse deautos, aviones y yates pequeos dotados conpaneles de celdas solares. En fin, se habla mu-cho del sol como generador de electricidad en

escala masiva, aunque en la escala del micro-consumo la tecnologa fotovoltaica hace ya va-rios lustros que comenz a sustituir a las pilasen aparatos pequeos como radios, relojes ycalculadoras (figura 2).

La energa solar no solamente puede resultarventajosa por el lado del costo y la abundancia;adems tiene otras ventajas que no son nadadespreciables: es una tecnologa limpia, seguray muy flexible, ya que ofrece las opciones de unaproduccin centralizada o una produccin indi-vidual, que el mismo usuario puede acondicio-nar a sus necesidades. En cambio, los mtodostradicionales, por sus propias condiciones tec-nolgicas, presentan inconvenientes que a la

Figura 1

Bote impulsado por celdas solares

Figura 2


larga redundan en perjuicios o imponen limita-ciones. Para empezar, requieren instalacionescentralizadas y en gran escala, a las que hay quededicar elevadas sumas de inversin y una graninfraestructura para el transporte de la energahacia los centros de consumo; y para continuar,suelen ser riesgosas (recurdese Chernobil); ypara finalizar, atentan contra la ecologa.

Recordando la historia

La base de la civilizacin ha sido el aprovecha-miento de la energa y el desarrollo de sistemascapaces de convertirla en trabajo. De hecho, conel descubrimiento del fuego el hombre primitivodio un gran paso en el dominio de la naturalezay de su entorno.

La energa puede definirse justamente comola capacidad que poseen los cuerpos y sistemaspara producir un trabajo. Un trabajo efectuadosobre un cuerpo o sistema de cuerpos suponeun aumento de su energa. Por ejemplo, al cur-var un arco se almacena en l energa en formaelstica que se pone de manifiesto al lanzar laflecha (figura 3). En este proceso se produce slocesin de energa entre los componentes del sis-tema (desde el hombre hacia el arco tensado, ydesde el arco hacia la flecha); de modo que elbalance global es nulo. Es decir, se produce ni-camente una transformacin entre diversas for-mas de energa mecnica.

Este fenmeno, conocido como principio deconservacin de la energa, se traduce en que laenerga no se crea ni se destruye, sino que sola-

mente se transforma de un estado a otro. Dehecho, este fue un axioma de la fsica que pre-valeci por siglos hasta la aparicin de las teo-ras relativistas de Albert Einstein.

Conceptos de la fsica clsicaCon la fsica mecnica de Isaac Newton, el tr-mino energa fue aplicado como una medida dela capacidad de producir un trabajo; sin embar-go, el concepto de energa proviene al menosdesde Galileo en el siglo XVII, quien afirm quecuando un peso es elevado por medio de unapolea, la fuerza que se aplica multiplicada por ladistancia recorrida se mantiene constante a pe-sar de los factores externos. A este producto sele denomin trabajo.

A finales del siglo XVII, Isaac Newton sentlas bases de un nuevo concepto de la fsica, eide la nocin de fuerza como una magnitud queprovoca los movimientos de los cuerpos. De he-cho, l fue el primero en reconocer que la ener-ga resulta del producto de la masa de un objetopor la aceleracin aplicada; incluso la famosaecuacin F = mA sigue conocindose hasta lafecha como primera ley de Newton (figura 4).

Los cientficos y filsofos posteriores aNewton, sustituyeron la nocin de fuerza por lasenergas asociadas a ellas como causas origina-rias de los hechos fsicos. Segn sus principios,los intercambios de energa entre los distintossistemas son responsables de estos fenmenosy se manifiestan en diversas formas convertiblesentre s. As pues, se consider a la energa des-de un punto de vista fsico, como un fluido pre-

Cuando una persona tensaun arco, la energa de su brazose transfiere a la madera, quedandoalmacenada temporalmente.

Al soltar la cuerda, la maderalibera la energa almacenada, yla transfiere a la flecha, lograndoque sta salga despedida.

Figura 3


sente de manera intrnseca en los distintos cuer-pos. Este fluido recibi el nombre de calrico,y se empleaba para explicar tanto los intercam-bios de temperatura entre diversos objetos comolas transferencias de energa (figura 5). Pero nofue sino hasta el siglo XIX que se demostr queno exista ningn fluido que se intercambiaraentre los cuerpos, sino que todos estos fenme-nos podan ser explicados con base en la aplica-cin de energa a un sistema, o la extraccin deenerga del mismo.

La revolucin de la mecnica cunticaEl siglo XX presenci el nacimiento de una nue-va teora que oblig a modificar sustancialmenteel concepto de energa y sus relaciones de inter-

cambio entre los cuerpos. La relatividad fsicadefendida por Einstein, considera que la energay la masa son diferentes manifestaciones de unapropiedad nica, con lo que altera el tradicionalprincipio de conservacin de la energa. As, laenerga puede pasar a otros estados e inclusoconvertirse en masa, y a la inversa.

En experimentos nucleares a altsimas tem-peraturas, los cientficos han verificado un fe-nmeno de transformacin de masa en energapura, aunque ha sido imposible producir la con-versin en sentido contrario. Pero de cualquiermanera, cuando el anlisis no incluye procesosnucleares puede aceptarse el principio de con-servacin, que considera el calor como nica vade energa de un sistema aislado. Dicho en otraspalabras, cuando no se involucran ni reaccio-nes nucleares ni velocidades cercanas a las dela luz, todas las frmulas tradicionales de lamecnica clsica desarrolladas por Newton si-guen teniendo validez universal.

A qu nos lleva esto? A concluir que en nues-tro ambiente cotidiano el principio de la conser-vacin de la energa debe cumplirse cabalmen-te; y a su vez esto nos lleva a preguntarnos:cunta energa luminosa que cae en un da so-leado sobre el tejado, el pavimento y la tierra, sepierde en forma de calor difuso? El problema dela humanidad, entonces, no es la ausencia defuentes de energa, pues con la del sol basta ysobra para todas las necesidades; la cuestin esdesarrollar una tecnologa eficiente que permitatransformarla directamente en trabajo o en otrasformas de energa.

Justamente, una alternativa que se ha desa-rrollado gracias al progreso en los materialessemiconductores lo constituyen las celdas solares.

La celda solarCuando hablamos de celdas de energa solar, amenudo nos imaginamos una tecnologa muymoderna, desarrollada apenas en los ltimos 20 30 aos, pero no es as: el primer experimentoregistrado respecto a la conversin de energasolar en electricidad data de 1839, cuando elcientfico francs Antoine-Csar Becquerel (figu-ra 6) descubri el efecto fotovoltaico al experi-mentar con un electrodo slido en una solucin

100Kg

Si deseamos que un objeto que pesa 100Kg. pasedel estado de reposo a desplazamiento a 1m/s en 1 segundonecesitaramos aplicarle una fuerza igual a:

F= ma = 100Kg (1 m/s)1 seg

= 100 newtons de fuerza

Figura 4

Antiguamente se consideraba queexista un fluido invisible y sin masa llamado calrico, el cual era el responsable de las transferencias detemperatura; por ejemplo la combustinde una vela libera el calrico de laparafina y por lo tanto la transfiere al agua, misma que al reunir suficientecalrico, cambia su estado de lquidoa gaseoso.Experimentos posteriores demostraronla inexistencia del calrico, y concluyeronque el calor y el trabajo eran distintas manifestaciones de un mismo fenomeno:el intercambio de energa.

Figura 5


electroltica. Segn sus observaciones, se gene-raba un voltaje cuando la luz caa sobre el elec-trodo, desapareciendo al dejarlo en la oscuridad.Y si bien la magnitud del efecto era despreciablepara efectos prcticos, sent las bases de los fu-turos experimentos.

50 aos despus, un investigador llamadoCharles Fritts construy lo que estrictamentehablando fue la primera celda solar (a finales delsiglo pasado).Para ello utiliz un elemento pococonocido llamado selenio, el cual recubri conuna capa casi transparente de oro. Con este arre-glo se consigui un dispositivo que producaenerga elctrica al ser incidido por la luz solar,y aunque la conversin era sumamenteineficiente (se calcula que converta en electri-cidad menos del 1% de la luz solar recibida), deinmediato hizo ver a los cientficos el potencialde una fuente de energa barata, segura y prc-ticamente inagotable. Incluso a finales del siglopasado (cuando an los automviles no pasa-ban de ser una curiosidad), muchos investiga-dores opinaron que con el desarrollo de la ener-ga fotovoltaica se podran evitar las enormes

emisiones de humo que se producan en las gran-des mquinas de vapor que impulsaban a la in-dustria de aquellos tiempos.

El fenmeno comenz a recibir ms atencinpor parte de la comunidad cientfica en 1905,gracias a un importante trabajo de Albert Einstein(figura 7), quien por primera vez explic de ma-nera apropiada su naturaleza (un detalle pococonocido es que Einstein recibi el premio Nobelde fsica, en 1921, por el descubrimiento del efec-to fotoelctrico y no por la teora de la relatividad,como piensan muchos).

Las investigaciones continuaron, y para la d-cada de los aos 30 ya se haban descubiertootros materiales que podan utilizarse en la ge-neracin de energa elctrica a partir de la luzsolar, siendo el ms prometedor una combina-cin de cobre y un semiconductor con base enxidos de cobre; a pesar de ello, el selenio si-gui siendo el material por excelencia para lafabricacin de celdas solares, e incluso empeza llegar al pblico no especializado, sobre todoa los aficionados a la fotografa, mediantemedidores de luz para calcular el tiempo de ex-posicin y la apertura de la lente (nos referimosa los exposmetros).

A pesar de ello, el mundo an tuvo que espe-rar algn tiempo para obtener una celda solarms eficiente, lo que se consigui hasta princi-pios de los aos 40. En 1941 Russel Ohl demos-tr la primera celda solar con base en el silicio,un material econmico, abundante y relativa-mente fcil de obtener (el silicio es el principalcomponente de la Tierra, y se obtiene con facili-

Figura 6

Figura 7

Figura 8Aspecto tpicode una celdasolar a basede siliciocrsitalino, lamsempleadas enla actualidad


dad de la arena, figura 8). Con este material porprimera vez se obtuvieron eficiencias de alrede-dor del 3 4%, es decir, solamente se poda trans-formar en energa elctrica este porcentaje deltotal de energa solar incidente sobre la celda;una magnitud muy baja, sin duda, pero ya sus-ceptible de aplicaciones prcticas.

El aumento del ndice de eficiencia represen-t un enorme avance en comparacin con lastradicionales celdas de selenio. Tan ventajoso fueeste diseo que perdur durante 30 aos, hastaque tres cientficos norteamericanos de los La-boratorios Bell G. L. Pearson, Daryl Chapin yCalvin Fuller (figura 9) desarrollaron una celdade silicio que proporcionaba una eficiencia de6%! Fueron estas celdas solares las primeras quecomenzaron a utilizarse masivamente en diver-sas aplicaciones.

Con la aparicin de nuevos materiales, comoel arseniuro de galio (un semiconductor idealpara aplicaciones optoelectrnicas), la eficien-cia de las celdas solares se ha incrementado con-siderablemente; los nuevos dispositivos puedenconvertir alrededor del 20-25% de la luz solar di-rectamente en energa elctrica, y si en el dise-o de la celda se incorporan elementos pticosque concentren la luz en el elemento fotovoltai-co, esta eficiencia puede elevarse a cerca del40%. Gracias a ello, la energa fotovoltaica es unaalternativa real y viable para la sustitucin dealgunas fuentes tradicionales; por ejemplo, es lafuente principal de suministro energtico de lassondas espaciales o los satlites artificiales; ade-

ms como ya mencionamos se utiliza masiva-mente desde hace tiempo en relojes de pulsera,calculadoras electrnicas, radios porttiles, al-gunos juguetes, etc.

Qu es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotoelctrico consiste en la emisin deelectrones que experimentan determinadas sus-tancias por ejemplo, los metales alcalinos alincidir sobre ellas radiaciones del espectro visi-ble (figura 10). Desde el siglo pasado, los fsicosconocan un fenmeno segn el cual, cuando unhaz de luz violeta pura se lanza sobre una placade metal, sta expele electrones; si una luz defrecuencia ms baja, por ejemplo amarilla o roja,cae sobre dicha placa, sta tambin expele elec-trones pero a menores velocidades, y si la fuen-te de luz es removida a una distancia considera-ble, reducindola a un pequeo resplandor, elnmero de electrones es menor pero su veloci-dad sigue siendo la misma. Resumiendo: la fuer-za con que los electrones son expelidos de laplaca depende nicamente del color de la luz (esdecir, de la frecuencia) y no de su intensidad (fi-gura 11).

Como ya mencionamos, fue Einstein quien en1905 explic satisfactoriamente dicho fenme-no. El supuso que estos efectos peculiares, sola-mente podran explicarse si se parte del postu-

Figura 9

El efecto fotolectrico fue interpretado por Einstein en 1905.Cuando la luz cae sobre la placa de metal, sta expele una lluvia de electrones. Einstein dedujo que la luz no es una corriente continua de energa, sino que est compuesta departculas individuales o haces de energa, que llam fotones.Cuando un fotn golpea un electrn la accin resultante es anloga a la del choque de bolas de billar, como se muestraen la concepcin simplificada de esta figura.

Electrones

Placa de metal

Figura 10


lado de que la luz est compuesta por partculasindividuales o grnulos de energa a los que lla-m fotones, y que cuando una de estas part-culas golpea a un electrn la accin es parecidaal choque de dos bolas de billar.

Einstein tambin pens que los fotones deradiacin violeta, ultravioleta y otras radiacio-nes de alta frecuencia, llevan ms energa quelos fotones de luz roja e infrarroja, de menor fre-cuencia, y que la velocidad con que los electro-nes se desprenden de la placa de metal es pro-porcional a la magnitud de la energa contenidaen cada fotn. Esto explicara porqu al cambiarla frecuencia de la luz, cambia la velocidad conque los electrones se arrancan de la placa.

Cmo funciona una celda solar

Por las explicaciones anteriores, queda claro queuna celda o clula solar es un dispositivo que

capta la luz solar y la transforma en energa elc-trica a travs de un efecto fotoelctrico interno,llamado fotovoltaico (a la categora de disposi-tivos fotovoltaicos pertenecen tambin los foto-diodos y los fototransistores).

Las celdas solares tpicas, estn constituidaspor una delgada placa de silicio tipo P, sobre cuyasuperficie se crea por difusin una delgada capade silicio tipo N. En la parte inferior, se disponeun revestimiento metlico y en la parte superioruna serie de contactos metlicos (figura 12).

La delgada capa de silicio semiconductor, seobtiene a partir de barras cilndricas de materialde alta pureza, los cuales se cortan en discosdenominados waffers, y son la base para prcti-camente todos los circuitos integrados moder-nos (figura 13). Sin embargo, el silicio puro tie-ne un comportamiento aislante, esto es, nopermite el paso de corrientes apreciables a tra-vs de l. Para convertirlo en una celda fotovol-

Rayos Gamma

Rayos X

Luz visible

Ultravioleta Infrarrojo Ondas de Radio Ondas de Radio

Tipo deradiacin

Radio de onda corta

RadioAMRadioFMTV

Microondasradar

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1 10 10 10 10 10 10 10 10-15

-14 -13 -12 -11 -10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2

-1 2 3 4 5 6 7 81

Longitud de ondaen metros

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Celda solar vista de frente Celda solar vista por la parte superior Contactos metlicos en la

parte frontal

Placade silicio

Revestimiento metlicoen la parte posterior

+

-

Smbolo

Vista en corte

Figura 11

Figura 12


taica, el material debe atravesar primero por unproceso de dopado con impurezas de diversosmateriales, los cuales le confieren el grado deconduccin necesario para convertirlo ensemiconductor. Las impurezas ms empleadasson el boro que tiene como caracterstica prin-cipal la propiedad de aceptar un electrn en surbita de valencia y el fsforo que puede ce-der un electrn, figura 14.

Una vez obtenido el waffer de silicio, es ata-cado con impurezas tipo P de un lado y de tipo Ndel otro, formndose en su centro una unin(juntura) entre ambos materiales (figura 15).Como consecuencia, aparece en el material uncampo elctrico de aproximadamente 0.6 vol-tios (para el caso del silicio), dado que los elec-trones sobrantes que proceden del silicio tipo Ncruzan al silicio tipo P y llenan los huecos so-brantes que existen ah, quedando tomosionizados a uno y otro lado de la unin, peroque son inmviles puesto quedan fijados en susposiciones dentro de la malla cristalina (figura16).

Al incidir luz directa sobre la superficie delmaterial, los fotones excitan de tal forma a losmateriales semiconductores que comienzan adesprenderse electrones del material P, provo-cando la creacin de pares electrn-hueco; estoes, que los electrones alcancen la zona N y loshuecos la regin P, dentro de la zona dominadapor el campo elctrico. Si las terminales de lacelda estn conectadas o el circuito externo aso-ciado se cierra, circular la corriente desde el

polo positivo (parte inferior de la clula) al ne-gativo (la cara que recibe directamente la luz),generndose un voltaje de 0.6 voltios (figura 17).

Las celdas se interconectan de modo que for-men mdulos capaces de proporcionar energaelctrica a sistemas de almacenamiento (bate-ras), y a las cargas o equipos a los que se co-nectan para hacerlos funcionar.

Actualmente las celdas solares se fabrican deacuerdo con los siguientes parmetros:

Espesor total de la celda: 0.02 a 0.03 cm. Espesor del emisor: 0.00002 a 0.00005 cm. Espesor de capa antirreflejante: 0.0000075 a

0.000008 cm.

Figura 13

Si Si Si

SiSiSi

Si Si Si

Electrn libre (material tipo N) Hueco libre (material tipo P)

A B C

Si Si Si

SiFSi

Si Si Si

Si Si Si

SiBSi

Si Si Si

Obleas de silicio cortadas de una barra y listas para sudopado.

Figura 14


Area total cubierta por el enrejado, menor que10 %.

La razn por la que se requiere que el espesorde la celda sea de 0.02 a 0.03 cm (es decir, entredos y tres dcimas de milmetro), es que el totalde la radiacin visible que proviene del sol pue-de ser absorbida slo con espesores de silicio deeste orden. Esto representa una desventaja en

comparacin con el nuevo tipo de celdas que sefabrican en pelcula delgada, para las cuales sonsuficientes los espesores del orden de 0.0001 a0.0003 cm (con el consiguiente ahorro de mate-rial).

Sin embargo, estas celdas todava no ofrecenla eficiencia que caracteriza a las de silicio cris-talino; de ah que an estn en desarrollo, perocon un gran potencial para bajar los costos de laenerga fotovoltaica (figura 18). Por su parte,

+

-

Zona de agotamiento

Siliciotipo n

Siliciotipo p

Pilaimaginaria

Atomos ionizados fijosen la estructura cristalina

Formacin de la zona de agotamiento en la unin p-n

Figura 15

Siliciotipo n

Siliciotipo p Flujo de

huecos

Contacto metlico

Alambremetlico

Corrienteconvencional

Zona deagotamiento

Flujo electrnico

Pareselectrn-huecocreados

Electronesque llenan huecos

Revestimientometlico

ElectronesHuecos

Accin de la luz en la zona de agotamiento (los ionesse han omitido por claridad)

+_

Figura 16

Luz solar

Carga

Circuito

Interconectores redundantesContacto de trayectoria bifulcadaSalientes de contacto

Contacto de rejilla

Capa de silicio tipo PJuntara P-N

Juntura P-N

Capa de silicio tipo NFoton

Capa P ++

++

Capa N --

-

-

Contacto de base

+ _

Figura 17


debido a su ndice de refraccin, el silicio pulidorefleja casi el 30 % del espectro solar; en talescircunstancias, se necesita una capa no absor-bente intermedia que permita el acoplamientoentre el silicio y el aire y que reduzca la reflexinde la luz incidente. No obstante, hay quienes si-guen pensando que el alto precio del silicio ensu forma cristalina es un obstculo para lograrrelaciones eficiencia/costo (E/C) adecuadas; siacaso, se aspira a mejorar las actuales.

De tal modo, y a pesar de las varias alternati-vas con que hoy se cuenta para tratar de mejo-rar las relaciones E/C, subsiste la necesidad deseguir investigando hasta que se encuentre lamanera de hacer competitivo el costo de la ob-tencin de energa solar fotovoltaica; incluso, enalgunos laboratorios se est trabajando en eldesarrollo de celdas solares de tipo molecular.

Arreglos de celdas

Otro aspecto importante a tomar en cuenta, esque la energa generada por medio de sistemasfotovoltaicos corresponde a corriente directa;sta, a diferencia de la que recibimos a travs dela lnea domstica, y dependiendo de la aplica-cin, tiene que ser convertida en corriente alter-na; al convertidor que se encarga de esto, se lellama inversor. En otras palabras, un pequeosistema fotovoltaico que opere en forma aut-noma, en general estar constituido por los com-ponentes que se muestran en la figura 19.

El arreglo o panel de mdulos (que es res-ponsable de proporcionar la energa elctrica apartir de la radiacin solar recibida en el lugar

en cuestin) consiste en un cierto numero demdulos que deben interconectarse en serie y/o en paralelo. Se conectarn en serie, si se re-quiere de altos voltajes (ya que, por ejemplo, al-gunos inversores demandan que el voltaje deentrada sea de 48 voltios, mientras que otrosaceptan slo 12 voltios de CD); la conexin sehar en paralelo, cuando se necesiten grandescorrientes (de manera que la suma de las co-rrientes individuales pueda proporcionar el vol-taje demandado). En general, un panel constade varios subarreglos de mdulos en paralelo quese interconectan en serie, o viceversa.

El arreglo fotovoltaico no necesariamentedebe proporcionar la potencia demandada porla carga, sino ms bien asegurar que la energatotal generada sea igual a la consumida. Porejemplo, un motor de 1500 watts que trabajadurante dos horas diarias consume tres Kw/hpor da; esta carga puede ser proporcionada porun arreglo de apenas 900 watts (pico) que esexpuesto a cinco horas de radiacin solar pico,en promedio, cada da (esto sin considerar lasperdidas de energa en el sistema).

Y para almacenar la energa a fin de ser con-sumida por la noche, existe una variedad de ba-teras recargables, entre las que podemos men-cionar las de plomo-cido, nquel-cadmio,plata-zinc, plata-cadmio. Las ms comunes ac-tualmente son las de plomo-cido y las de n-quel-cadmio

Ventajas de las celdas solares

Entre las ventajas que como fuente de energaelctrica ofrece un sistema fotovoltaico, pode-mos mencionar:

Capa antirreflejante

Contacto mtalico

Enrejado

n+

P+

P

Emisor

Base

Estructura de una celda solar de silcio

Sistema fotovoltaico simple

Regulador

Bateras Carga

Celdas solares

Figura 18

Figura 19


1. La conversin de energa solar en elctrica,se hace de forma directa e instantnea; esdecir, no se requiere de procesos intermedios.Diramos que se trata de una forma de ener-ga limpia, pues no hay generacin de gaseso de desechos.

2. La energa fotovoltaica es modular, lo quepermite escalas variables de aplicacin y ge-neracin; por ello se puede usar para alimen-tar un reloj, un auto, un satlite, una casa ouna central de gran potencia; y adems esposible generar energa en el lugar donde senecesite y por la cantidad requerida, lo quees muy til en reas muy aisladas donde haypoca poblacin.

3. La instalacin de sistemas generadores deenerga con base en fotoceldas es sencilla;adems requiere de un mantenimiento mni-mo, pues no hay partes mviles que se des-gasten. Normalmente, basta con poner aguaa las bateras y con cierta frecuencia lim-piar el polvo que se vaya acumulando en losmdulos.

4. Los paulatinos avances en el desarrollo demdulos fotovoltaicos, han permitido que s-tos alcancen hasta 20 25 aos de vida. Estees un factor muy importante, en comparacincon el perodo de aprovechamiento de lasfuentes de energa tradicionales.

Desventajas de las celdas solares

1) Despus de su costo, la desventaja ms im-portante de los mdulos fotovoltaicos es lapequea densidad de energa obtenida porunidad de rea. No obstante, se espera que amediano plazo, ya sea por mejoras tecnol-gicas y/o por la baja de los costos de produc-cin de las celdas, se pueda recurrir msintensivamente a dicha opcin energtica.

2) La produccin de energa solar depende delhorario, y no es posible por ahora almacenarlaen escala industrial para usos posteriores. Ade-ms, en zonas boscosas o muy nubladas, don-de las radiaciones del sol se ven opacadas, estatecnologa puede no ser muy til. Incluso losdas nublados de cualquier regin pueden plan-tear un problema de desabasto energtico.

Conviene sealar que el factor de la cantidad deluz recibida y el tiempo en que la fotocelda estiluminada, resulta de vital importancia al dise-ar un sistema de alimentacin de este tipo. Laluz que recibimos del sol tiene dos componen-tes: la radiacin directa y la radiacin difusa. Laradiacin directa es la que recibimos en un dasin nubes cuando el sol se encuentra en el zenit(punto mas alto); pero en das nublados, la luzse dispersa a travs de las nubes y entonces serefleja en las montaas y el terreno cercano; poreso tiene un espectro de colores diferente al dela radiacin directa.

En general, es difcil predecir exactamente laintensidad luminosa que recibimos del sol, yaque esto depende del sitio en que vivimos; o sea,la contribucin de cada componente (directa ydifusa) no es la misma en una zona desrticaque en una ciudad, por ejemplo.

Mas lo importante no es la potencia instant-nea, sino la energa promedio a lo largo de unda determinado. Y dado que este promedio va-ra segn la poca o estacin del ao, se acos-tumbra medir la cantidad de energa total reci-bida diariamente para que con estos datos luegopuede calcularse un promedio por mes y por ao.Este promedio tiene un significado estadsticoms preciso, y permite calcular el nmero deceldas solares que se requieren para producir unadeterminada cantidad de energa elctrica, apartir de la radiacin solar que se recibe en unsitio determinado.

Conclusin

Los sistemas de energa solar son una de lasms importantes fuentes alternativas o comple-mentarias de energa, segn las condiciones desu aplicacin.

Los gobiernos, las universidades y las empre-sas tienen que propiciar las investigaciones paraaumentar la eficiencia de estos sistemas de ge-neracin de energa, pues las tecnologas basa-das en hidrocarburos han generado ya proble-mas serios para la vida. Adems, sera muyventajoso que pudiramos producir en casa laenerga que necesitamos.


Primera de dos partePrimera de dos parte

AMPLIFICADORESOPERACIONALES

AMPLIFICADORESOPERACIONALES

Oscar Montoya y Alberto Franco

El presente artculo est dedicado adescribir las principales

caractersticas de operacin de loscircuitos amplificadores

operacionales. Estos dispositivos, delos ms populares en la electrnica,

son conocidos como opamp por lacontraccin de su nombre en ingls;

son de bajo costo y, puesto que no esnecesario conocer la circuitera

interna, facilitan la realizacin deproyectos; adems, cuando se

cometen errores en su cableado, nopueden ser daados porque

disponen de circuitos internos deautoproteccin.

El amplificador operacional

George Philbrick, uno de los inventores del am-plificador operacional, es tambin promotor desu aplicacin. El primer amplificador operacio-nal, diseado solamente con un tubo de vaco,apareci en el mercado en el ao de 1948.

Las primeras versiones de amplificadoresoperacionales fueron utilizadas para la construc-cin de computadoras analgicas. El uso de lapalabra operacional se refera a operacionesmatemticas, ya que con estos dispositivos sepueden efectuar diversos clculos: suma, restae incluso derivadas e integrales (dichas opera-ciones se aplican en seales elctricas, comoobservamos en la figura 1).


En el diseo electrnico se ha encontrado queexisten ciertas etapas o circuitos que se utilizanfrecuentemente; y las etapas amplificadoras noson la excepcin. En vez de la tediosa y difciltarea de realizar un amplificador con transisto-res, los diseadores podan servirse del amplifi-cador operacional y algunos elementos externos(principalmente resistencias); en aplicacionesespeciales de derivacin o integracin, se em-plean capacitores.

El costo de los amplificadores operacionaleses generalmente bajo, excepto el de aquellos quese destinan a aplicaciones especficas; por ejem-plo, para altas frecuencias o proceso de sealesde audio. Pero siguen siendo muy accesibles, sise considera que con un circuito integrado comostos se reducen las posibilidades de falla en eldiseo final, adems de que ocupan menos es-pacio y requieren menos potencia que los com-ponentes discretos.

Por lo que acabamos de sealar, se compren-de que estos dispositivos tengan tantas aplica-ciones que van desde servir para la compara-cin y la mezcla (suma) de dos seales, hastaser parte de equipos complejos de medicin parala obtencin de seales en equipos industriales;y, por supuesto, no podemos olvidar su uso encircuitos de generacin de seales o deteccinde niveles de voltaje.

Desarrollo tecnolgico delos amplificadores operacionales

Conforme el desarrollo de la tecnologa, la fa-bricacin de los amplificadores operacionales seha ejecutado con mayor precisin; bsicamen-te, han mejorado considerablemente en dos as-pectos:

1. Algunos transistores de unin (juntura) bipolarse sustituyeron con transistores de efecto decampo (FETs). Con la incorporacin del am-plificador operacional, los JFETs toman co-rrientes muy pequeas y permiten que losvoltajes de entrada varen entre los lmites dela fuente de alimentacin (caracterstica muyimportante para la aplicacin de estos dispo-sitivos). Por su parte, los transistores MOS em-pleados en circuitos de salida permiten quela salida se aproxime a milivolts de los lmi-tes de la fuente de poder.

2. Gracias a la tecnologa que se usa para la fa-bricacin de circuitos integrados, pudo darsela segunda innovacin: la invencin de losencapsulados de doble y cudruple amplifi-cador. En el mismo encapsulado de 14 termi-nales ocupado por un solo amplificador ope-racional, los diseadores decidieron fabricarcuatro amplificadores individuales que com-

5v

VA

VA

VB

VB

t

+3v

-3v

Sumador

Salida

Salida

8v

5v

2v

3v

Operacines con seales y bloques funcionales

Seal generada con la sumade ambas seales

Entradas

Figura 1


parten la misma fuente de poder; el LM324 esun ejemplo muy conocido del tipo de amplifi-cador cudruple, y el LM358 del tipo de am-plificador doble (figura 2).

Entonces se desarrollaron los circuitos integra-dos de funcin especial que contienen ms deun amplificador operacional, para llevar a cabofunciones complejas.

En los manuales proporcionados por cada fa-bricante aparece informacin sobre amplifica-dores operacionales cuyas caractersticas parti-culares sirven para aplicaciones muy especficas.Entre dichas propiedades, podemos citar las si-guientes:

La capacidad de manejar alta corriente, altovoltaje o ambos.

Sirven como amplificadores mltiples. Sirven como amplificadores operacionales y

circuitos integrados lineales. Sirven como amplificadores de ganancia pro-

gramable. Se usan para instrumentacin. Sirven como amplificadores para comunicacio-

nes. Sirven como amplificadores operacionales es-

peciales para el manejo de seales de audio yvideo.

El amplificador de propsito general 741

Al igual que cualquier otro dispositivo electrni-co, el amplificador operacional tiene un smbo-lo que lo identifica (figura 3).

Puesto que es slo un smbolo genrico, pue-de variar ligeramente de acuerdo con cada va-riante de la que se trate. Ejemplo de ello, es elsmbolo con que se identifica a los circuitos l-gicos y a los amplificadores operacionales; demodo que para evitar confusiones entre la re-presentacin de un buffer y la de un amplifica-

Figura 2

Terminal positiva de alimentacin(+V)

Terminal negativa de alimentacin(-V)

Terminalde entrada noinversora (+)

Terminalde entradainversora (-)

Terminal de salidaVout

-

+

741

+V

-V

Smbolo del amplificador operacional

(-Vin)

(+Vin)

Figura 3

LM324

14

13

12

11

10

19

8

1

2

3

4

5

6

7

Salida 1

Entrada invertida 1

Entrada noinvertida 1

Entrada noinvertida 2

Entradainvertida 2

V (+)

Salida 2

Entrada invertida 4

Entrada no invertida 4

Entrada no invertida 3

Entrada invertida 3

GND

Salida 3

Salida 4

LM358

8

7

6

5

1

2

3

4

Salida A

Entrada invertida A

Entrada noinvertida A

VEE (GND)

VCC

Entrada invertida B

Entrada no invertidal B

Salida B


dor operacional, el smbolo de este ltimo semodifica (figuras 4A y 4B, respectivamente).

Tambin es comn, sobre todo en diagramasesquemticos de aparatos electrnicos doms-ticos, que se haga referencia a estos circuitosintegrados de la misma forma en que se hacecon los que conforman propiamente al aparato(IC1, IC2, etc.); es decir, se indica ms bien el nmero consecutivo de integrado dentro del apa-rato, que la matrcula especfica.

Despus, el nmero que identifica a cada pie-za se pone en la lista de partes del esquema delcircuito.

Todos los amplificadores operacionales po-seen por lo menos cinco terminales:

1. De fuente de poder positiva (VCC o +V).2. De fuente de alimentacin negativa (VEE o -V).3. De salida.4. De entrada inversora (-).

5. De entrada no inversora (+).

Algunos amplificadores operacionales de prop-sito general cuentan con ms terminales espe-cializadas (como la terminal de offset, parareferenciar cero).

Entradainversora

Anulacin dela desviacin

de voltaje

Entrada inversora

Q8

Q1 Q2

Q9

Q3 Q4

Q7

Q5

300

Q6

R11 K

R350 K

R21 K

Q10

R45K

Q12

R540K

Q13

C130pF

Q16

Q17

Q11 Q23R9

50KR8100Q24

Q22

R1150K

50KR10 Q21

Q20

Q19

Q18

Q15

Q14

R627

SalidaR722

v+

v-

Anulacin dela desviacinde voltaje

Circuito equivalente de un amplificador operacional 741.(Cortesa de Fairchild Semiconductor).

-

+

E1

E2

+VVcc

-V

Smbolo de buffer Smbolo alternativo parael amplificador operacional

Salida

Algunas modificaciones al smbolo de acuerdocon el contexto

A B

Figura 4

Figura 5


El circuito equivalente del amplificador ope-racional 741 se muestra en la figura 5. Es un cir-cuito complejo, compuesto por 1 capacitor, 11resistencias y 27 transistores.

Descripcin del encapsulado

El amplificador operacional se fabrica en unsustrato de silicio, y se coloca en diferentesencapsulados que pueden ser de metal, plsticoo cermica. La pastilla de silicio (que contienetodos los componentes del amplificador opera-cional) se conecta mediante alambres -general-mente de oro- con las terminales externas; a suvez, stas son conectadas con los componentesexternos.

En la figura 6 podemos ver los tipos de encap-sulados ms comunes que se pueden encontraren el mercado; el ms popular es el DIP de 8pines.

Si revisamos desde arriba este tipo de encap-sulados, encontraremos una muesca o un puntoque identifica a la pata 1. Las terminales estnnumeradas en sentido contrario al de las mane-cillas del reloj.

A continuacin explicaremos cmo puededeterminarse la compra de un amplificador ope-racional especfico, y daremos algunas recomen-daciones acerca de las tcnicas bsicas para suconexin.

Identificacin del tipo deamplificador operacional

La matrcula del chip nos indica no slo el tipode componente de que se trata, sino tambinotras de sus caractersticas particulares; porejemplo:

Nombre del fabricante. Rangos de temperatura. Tipo de encapsulado (que si bien fsicamente

puede resultar obvio, es un dato muy impor-tante para cuando se busca la matrcula en losmanuales).

Cabe mencionar que no todos los fabricantesutilizan el mismo cdigo, pues la mayora se sir-

ve de un cdigo de identificacin que consta decuatro partes escritas en el siguiente orden:

1. Prefijo de letras. Este cdigo consiste por logeneral en dos letras que identifican al fabri-cante; por ejemplo AD = Analog Devices, CA= RCA, LM = National Semiconductor Corp.,TL = Texas Instruments.

2. Nmero del circuito. El nmero del circuitoest formado por tres a siete nmeros y le-tras que identifican el tipo de amplificadoroperacional y su intervalo de temperatura (fi-gura 7).

3. Sufijo de letras. El sufijo de una o dos letrassirve para identificar el tipo de encapsulado

Lengeta

8

8

1

1

7

7

2

2

63

3 4

5

4

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7 8

1516

17 18

Tipos de encapsulados comunes en losamplificadores operacionales

Metlico

DIP-4 terminales

DIP-16 Terminales

Montaje superficial

Figura 6


que contiene al chip del amplificador opera-cional.Para obtener las conexiones correctas de laspatas de la hoja de especificaciones, es preci-so conocer el tipo de encapsulado especfico.En la tabla 1 presentamos los tres cdigos desufijos ms comunes para encapsulados.

4. Cdigo de especificacin militar. Se empleaexclusivamente para piezas destinadas a apli-caciones que requieren gran contabilidad.

En la figura 8 ejemplificamos la descripcin com-pleta de una matrcula que viene impresa en unamplificador operacional.

En la prctica, el uso de los amplificadoresoperacionales exige seguir ciertas reglas para elmejor desarrollo experimental:

1. Realice todo el cableado, una vez que hayaapagado la fuente.

2. Procure que el alambrado y los conductoresde los componentes queden lo ms corto po-sible.

3. Conecte primero las alineaciones + V y -V delamplificador operacional.

4. Trate de conectar todos los conductores detierra a un punto de unin, el comn de lafuente de poder. Este tipo de conexin recibeel nombre de tierra en estrella. No use uncable de tierra, porque podra provocar unlazo de tierra y generar entonces un voltajede ruido indeseable.

5. Verifique nuevamente el alambrado, antes deaplicar corriente al amplificador operacional.

6. Conecte voltajes de seal al circuito, siemprey cuando el amplificador operacional tengacorriente.

7. Haga todas las mediciones de tierra. Si, porejemplo, una resistencia est conectada en-tre dos terminales de un circuito integrado,no debe conectarse un medidor ni unosciloscopio (de rayos catdicos) a las termi-nales de la resistencia; lo que tiene que haceres medir el voltaje en un lado de la resisten-cia y despus en el otro, as como calcular lacada del mismo.

8. En lo posible, no utilice ampermetros. Midael voltaje segn como se indica en el pasoanterior, y calcule la corriente.

9. Desconecte la seal de entrada antes de qui-tar la corriente directa; si no lo hace, puedeprovocar la destruccin del circuito integrado.

10. Usted ya sabe que estos circuitos integradosson muy resistentes al mal uso. As que nun-ca:a) Invierta la polaridad de las fuentes de po-

der.

Cdigo de identificacin para el amplificador operacional

062 CEntrada del amplificadoroperacionaltipo J-FET

Lmite detemperaturacomercial

C: Comercial (0 a 70 C)I: Industrial (-25 C a 85 C)M: Militar (-55 a 125 C)

Asignacin de rangos de temperatura

Figura 7

Descripcin de una matrcula completa para un amplificador operacional

Prefijo Nmero Sufijo

A 741 C P

Fairchild Opamp. de propsitogeneral con intervalo detemperatura comercial

Encapsuladode plstico

Figura 8

sodaluspacneedalbaT

C edogidodaluspacne icpircseD n

D lneelboD lpedaen arapocitslaicifrepusejatnom

J lneelboD acimrecedaen

.P.N iccresniarapaenlneelboD nenoserpmiotiucricedallilbatal

Tabla 1


b) Conecte las terminales de entrada del am-plificador operacional por arriba o por abajode los potenciales en la terminal +V ni enla terminal -V.

c) Deje conectada la seal de entrada sin co-rriente en el circuito integrado.

11. Si se presentan oscilaciones indeseables enla salida a pesar de que las conexiones delcircuito parecen correctas:

a) Conecte un capacitor 0.1uF entre la termi-nal +V del amplificador operacional y tie-rra, y otro capacitor de 0.1 pfd entre la ter-minal -V del amplificador operacional ytierra.

b) Acorte los alambres o conductores. c) Verifique los alambres de tierra del instru-

mento de prueba, del generador de seal,de la carga y de la fuente de poder; debe-rn juntarse en algn punto.

12. Los principios anteriores se aplican a todoslos dems circuitos integrados lineales.

Caractersticas bsicas delos amplificadores operacionales

Descripcin funcional de las terminalesdel amplificador operacionalLas terminales etiquetadas como +V y V, sirvenpara identificar las terminales del amplificador

operacional que deben conectarse a la fuente depoder bipolar (figura 9).

Terminales de salidaLa terminal de salida del amplificador operacio-nal est conectada a un extremo de la resisten-cia de carga RL; el otro extremo de RL est co-nectado a tierra (con respecto a sta se mide elvoltaje de salida Vo).

Y a la nica terminal de salida con que cuen-ta un amplificador operacional, se le llama sa-lida de extremo nico. Pero existe un lmite parala corriente que puede tomarse de esta terminal(por lo comn, de 5 a 10 mA) y para los nivelesde voltaje en ella (los cuales se determinan b-sicamente mediante voltajes de alimentacin).

Terminales de entradaEn la figura 9 apreciamos dos terminales de en-trada, etiquetadas como (-) y (+). Se denominanterminales de entrada diferencial, porque elvoltaje de salida Vo depende de la diferencia devoltaje entre ellas (Vd voltaje diferencial) y de laganancia del amplificador (AOL).

La terminal de salida es positiva con respectoa tierra, cuando a su vez la entrada (+) es positi-va respecto a, o mayor a, la entrada (-). CuandoEd se encuentra invertida, la entrada (+) es ne-gativa respecto a, o menor a, la entrada (-) y Vose vuelve negativo respecto a tierra.

Es importante mencionar que la polaridad Vodepende nicamente de la diferencia en voltajeentre las entradas inversora y no inversora.

Corrientes de entrada y desviacinde voltaje (offset)Para activar los transistores internos, las termi-nales de entrada de los amplificadores opera-cionales toman corrientes diminutas de polari-zacin y de seal.

Adems, dichas terminales presentan un pe-queo desequilibrio (denominado voltaje dedesviacin de entrada, Vi).

Ganancia de voltajeLa salida de voltaje (Vo) est determinada porEd y por la ganancia de voltaje a circuito abierto(A0L).

Entradas+

+

Vo

-

+

-

+

-

-V

v

v

+V

Polarizacin del amplificador operacional

Figura 9


A0L se denomina ganancia de voltaje en lazoabierto, porque precisamente se han dejadoabiertas las posibles conexiones de retroalimen-tacin desde la terminal de salida a las termina-les de entrada.

El valor de AOL es excesivamente grande (confrecuencia, 200,000 ms. Por su parte, Vo nun-ca puede exceder los voltajes de saturacin po-sitivo o negativo + Vsat y -Vsat.

Para una fuente de + 15 V, los voltajes de sa-turacin estarn alrededor de +13 V. En conse-cuencia, para que el amplificador operacionalacte como un amplificador, Ed debe limitarse aun voltaje mximo de + 65 uV

Vo puede estar ya sea en uno de los lmites +Vsat o -Vsat, u oscilando entre stos. Tal com-portamiento es tpico en un amplificador de alta

ganancia. Para mantener a Vo dentro de dichoslmites, hay que recurrir a un circuito de retroa-limentacin que lo obligue a depender de ele-mentos estables como las resistencias y loscapacitores.

Aplicaciones

Entre las muchas aplicaciones que se dan a losamplificadores operacionales, podemos mencio-nar las siguientes:

Circuitos comparadores. Circuitos de muestreo y retencin. Convertidores analgico/digital y digital/

analgico. Aplicaciones industriales. Circuitos de audio, radio y TV.

De entre ellas, destaca el uso que se da al ampli-ficador operacional como comparador. Esto lodescribimos enseguida.

Comparadores de voltajeSon circuitos que comparan el valor de dos

voltajes analgicos de entrada, y que producenuna salida igual al 1 0 lgico cuando los voltajesson iguales, mayores o menores entre s o conrespecto a un voltaje de referencia.

Dado que el opamp se emplea con bastantefrecuencia como comparador de voltaje, el sm-bolo que se emplea para identificarlo con estaaplicacin es el mismo que el de su versin tra-dicional (figura 10).

Conclusin tipEn la segunda y ltima parte de este artculo pre-sentaremos algunas de las aplicaciones ms co-munes de los amplificadores operacionales, peropor lo que se refiere a las diferentes etapas delos aparatos de audio o video -que son con losque el lector seguramente est ms familiariza-do.

Finaliza en el prximo nmero

-

+

Salida

Salida

Vr : Voltaje de referencia

El amplificador operacional como comparador

-

+

R1

R2

R3

A1

A2

R4

L1

R5

L2

Figura 10


Memorias EEPROMTelevisoresRCA, GE yOtras Marcas

Pdalas por el nmero!$45.00 cada memoria

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Nmero Chasis Nmero Chasis4 CTC170A 30 CTC177AM2 Nueva6 CTC170C 25 CTC177BB Nueva2 CTC170K 26 CTC177BD Nueva2 CTC170L 3 CTC177BE4 CTC175A 3 CTC177BG4 CTC175A2 15 CTC177BH6 CTC175C 9 CTC177BH26 CTC175C2 9 CTC177BH32 CTC175K 9 CTC177BM22 CTC175K2 35 CTC177BP2 Nueva2 CTC175L 22 CTC177CC2 CTC175L2 1 CTC185A20 CTC176C 1 CTC185AA14 CTC176E 1 CTC185AB16 CTC176F 1 CTC185B21 CTC176F2 1 CTC185M18 CTC176G2 23 CTC186A13 CTC176K2 23 CTC186D12 CTC176L2 29 CTC187AA Nueva8 CTC176N2 11 CTC187AB5 CTC176P 29 CTC187AC Nueva10 CTC176P2 11 CTC187AD19 CTC177AA 38 CTC187AF Nueva32 CTC177AA2 Nueva 33 CTC187BC Nueva36 CTC177AA3 Nueva 33 CTC187BD Nueva17 CTC177AC 33 CTC187BD2 Nueva7 CTC177AD 33 CTC187BF Nueva28 CTC177AE Nueva 33 CTC187BF2 Nueva27 CTC177AF Nueva 34 CTC187BH Nueva30 CTC177AF2 Nueva 34 CTC187BJ Nueva37 CTC177AF3 Nueva 31 CTC187CJ Nueva7 CTC177AG 31 CTC187CL Nueva9 CTC177AH2 31 CTC187CL2 Nueva19 CTC177AK 31 CTC187CL3 Nueva32 CTC177AK2 Nueva 31 CTC187CM Nueva

Nmero Marca Televisor ModeloBK1 Broksonic CTVG4563TTGS1 Gold Star CN21B60GS2 Gold Star CN14B30HJV1 JVC AV27820PA1 Panasonic CT-G2160NS1 Sony KV32XBR35SH1 Sharp 19GM60SH2 Sharp 20G-S60SH3 Sharp 25VT-J100SM1 Samsung K1SM1 Samsung KCT-52SM1 Samsung KCT-53

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CONTROLADORESLOGICOS

PROGRAMABLES(PLCs)

CONTROLADORESLOGICOS

PROGRAMABLES(PLCs)

Segunda y ltima parteSegunda y ltima parte

Alvaro Vzquez Almazn

Como recordar, en el nmeroanterior de esta revista hicimos unaintroduccin al mundo de los PLCs.

En esta ocasin hablaremos delsoftware de programacin (APS)

empleado en estos controladoresprogramables, especficamente de la

familia SLC-500 de la marca AllenBradley. Queremos as, de la manera

ms sencilla posible, explicarle laprogramacin bsica de estos

equipos.

El software de programacin

Organizacin de la memoriaLa memoria del procesador incluye archivos deprograma y archivos de datos. Vemoslos porseparado.

Archivos de programaArchivo 0: Contiene funciones del sistema.Archivo 1: Reservado para utilizarse en fechasposteriores.Archivo 2: Contiene el programa de usuario.Archivo 3 al 255: Permiten conservar la memo-ria y reducir el tiempo de bsqueda.


Archivos de datosLos archivos numerados del 0 al 7 son los dedefault. Si se requiere almacenar ms informa-cin, pueden crearse archivos adicionales; paraello slo hay que especificar la letra y el nmerocorrespondiente del 10 al 255 (figura 1).

Estructura de las direcciones

Las direcciones estn compuestas por carcteresalfanumricos separados por delimitadores. Es-tos ltimos pueden ser dos puntos, diagonal opunto solo (figura 2).

Ejecucin del APS

a) Teclee CD/PROGRAMS/SLC-500/ATTACH/SLC500 Enter

b) Teclee APS y oprima Enter. Aparecer en pan-talla el men principal del APS (figura 3).

Men principal del APS (APS Main Menu)F1 (ON LINE): Permite estar en lnea con el PLC.F2 (ON LINE CONFIGURATION): Permite cambiar

la configuracin de comunicacin en lnea(puerto, terminal, procesador y velocidad detransmisin de la informacin).

F3 (OFF LINE PROGRAM/DOCUMENT): Permiteentrar a las funciones de programacinoffline.

F4 (OFF LINE CONFIGURATION): Permite crear ocambiar un archivo de procesador.

F5 (WHO): Permite entrar a la red de comunica-cin y cambiar la configuracin online tan-to de sta como del programador.

F6 (SYSTEM CONFIGURATION): Permite cambiarla configuracin del sistema.

F7 (FILE OPTIONS): Permite copiar archivos endisco duro o desde ste.

F8 (PRINT REPORTS): Imprime reportes de ar-chivos.

F9 (SYSTEM UTILITIES): Convierte archivos encarcteres hexadecimales. Tambin hacetransferencias entre dos terminales APS,entre un APS y un HHT (Hand Held Termi-nal) y entre un APS y un HHT.

F10 (EXIT SYSTEM): Permite regresar al DOS.

Instrucciones bsicas del PLC

XIC (EXAMINE IF CLOSED): Se utiliza para re-presentar contactos abiertos en el diagrama deescalera, o contactos de entrada (I), salidas (O),temporizadores (T), contadores (C), etc. (figura4A).

ovihcraedopiT icacifitnedI n N edoremovihcra

tuptuO O 0

tupnI I 1

sutatS S 2

tiB B 3

remiT T 4

retnuoC C 5

lortnoC R 6

regetnI N 7

oirausuleropsodinifedsovihcrA

ovihcraedopiT icacifitnedI n N edoremovihcra

tiB B

552-01

remiT T

retnuoC C

lortnoC R

regetnI N

Figura 1

Tipo de archivoNo. de archivo No.de

elemento

Elemento delimitador

T 4:15

Figura 2


XIO (EXAMINE IF OPEN): Sirve para represen-tar contactos cerrados, e incluso los mismos ele-mentos que X1C (figura 4B).

OTE (OUTPUT ENERGIZE): Permite crear unasalida, cuya condicin (falsa o verdadera) estdeterminada por el rengln (rung); ste pone aaqulla en l lgico si es verdadera, y en 0 l-gico si es falsa (figura 4C).

OTL (OUTPUT LATCH): Se utiliza junto con lainstruccin OTU.

OTU (OUTPUT UNLATCH): Slo puede poneren 0 lgico; OTL slo en 1 lgico (figura 4D).

TON (TIMER ON DELAY): Indica que se haconectado un temporizador que tiene retardo enla conexin (figura 5A).

TOF (TIMER OFF DELAY): Permite que en eldiagrama de escalera pueda conectarse untemporizador con retardo a la conexin.

CTU (COUNTER UP), CTD (COUNTER DOWN):Permiten la integracin de contadores cuyoconteo puede ser hacia arriba o hacia abajo.Mientras que CTU incrementa en una unidad elconteo cuando se presenta un flanco positivo enel rengln, CTD lo hace bajar una unidad (figu-ras 6A y 6B).

SLC-500 ADVANCED PROGRAMMING SOFTWARE RELEASE 4.00

Allen - Bradley Company, Copyright 1989 - 1993

1747 - PA2E

All rights Reserved

This Software is licensed to : Your Name Your company name

00000000

Fri Jul 24, 1992

TERM Address : 0

Current Offline File : DEFAULT 11 : 03 : 09 am

Current Device : 1747 - pic (DH-485) Proc Address : 1

Display Area :

Message :Prompt : Press a function key Data/Cmd Entry :Status :

Main Functions :

ONLINE

F1

ONLINECONFIG

F2

OFFLINECONFIG

F4

WHO

F5

FILES OPTIONS

F7

PRINT REPORTS

F8

SYSTEMUTILS

F9

EXITSYSTEM

F10

SYSTEMCONFIGR

F6

OFFLINEPRG DOC

F3

Figura 3

XIC XI0OTE OTL OTU

UL

A B C D

Figura 4


Edicin de un programa

Ahora explicaremos el procedimiento que debeseguirse para aadir, insertar, modificar, borrary no borrar un diagrama de escalera.

1. Ya que se encuentre en el men principal,oprima F3 (OFF LINE PROG/DOC) y ensegui-da F8 (MONITOR FILE). Vea la figura 7, don-de:

F2 (CONFIGURE DISPLAY): Permite configurar lapantalla para los archivos de escalera.

F5 (DOCUMENT): Permite documentar archivosde escalera.

F6 (SEARCH): Permite buscar y reemplazar di-recciones o instrucciones.

F7 (GENERAL UTILITY): Permite visualizar o edi-tar el archivo de status.

F8 (DATA MONITOR): Permite visualizar la in-formacin del archivo de datos.

F9 (FORCE): Permite forzar entradas y salidas.F10 (EDIT): Permite editar programas de escale-

ra.(En la parte superior de la pantalla aparece elfinal del escaln, puesto que no existe ningnarchivo).

2. Para insertar un rengln oprima F10 (EDIT);aparecer en pantalla el men de funciones

TONTIMER ON DELAYTimer T4:0Time base 0.01Preset 500Accum 0

( EN )( DN )

TOFTIMER OFF DELAYTimer T4:1Time base 0.01Preset 500Accum 0

( EN )( DN )

A

B

Figura 5

CTUCOUNT UPCounter C5:0Preset 100Accum 0

( CU )( DN )

CTDCOUNT DOWNCounter C5:1Preset 0Accum 0

( CD )( DN )

A

B

Figura 6

Figura 7

Message :Prompt :Data/Cmd Entry :Status :

Press a function key (file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : CONFIGDISPLAY

F2

DOCUMENT

F5

GENERALUTILITY

F7

DATAMONITOR

F8

FORCE

F9

EDIT

F10

SEARCH

F6

EXIT

F3

No forces

Display area

END


de rengln (figura 8). Ahora oprima F4 -APPEND RUNG-, y ver que aparece en pan-talla un escaln vaco (figura 9). Las lneaspunteadas que aparecen a los lados del ren-gln indican que ste no ha sido aceptadotodava; por lo tanto podemos hacer los cam-bios que sean necesarios.

3. Para poner un contacto en el rengln, bastacon teclear la instruccin correspondiente(XIO, XIC); enseguida oprima Enter. El con-tacto aparecer en el escaln.Si se desea colocar otro contacto, tendr quellevar el cursor al final del escaln y teclear lainstrucin correspondiente (XIO, XIC) del nue-vo contacto; por ltimo, oprima Enter.

4. Cuando haya terminado de editar el rengln,oprima F10 (ACCEPT RUNG); as aceptar us-ted el rengln.

5. Para colocar un contacto en paralelo, lleve elcursor hasta el elemento del que desee hacerla derivacin. Oprima F1 (BRANCH) para queaparezca el men de BRANCH (figura 10), endonde:

F1 (EXTENDED UP): Agrega una rama en para-lelo arriba de dicho elemento.

F2 (EXTENDED DOWN): Agrega una rama enparalelo abajo del elemento.

F3 (APPEND BRANCH): Indica con letras el pun-to en que se desea empiece la derivacin; sta

Message :Prompt :Data/Cmd Entry :Status : Press a function key for desired editing function

(file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : SAVE/GOONLINE

F1

MODIFYRUNG

F5

UNDELRUNG

F7

ADVANCDEDITING

F8

TESTEDITS

F9

DELETERUNG

F6

ONLINECONFIG

F2

INSERTRUNG

F4

APPENDRUNG

F3

No forces

Figura 8

Message :Prompt :Data/Cmd Entry :Status :

Type a mnemonic or press a key for desired editing function(file 2, rung 0)offline File 04TEST

Main Functions : BRANCH

F1

INSERTINSTR

F4

DELETEINSTR

F6

UNDELINSTR

F7

ACCEPTRUNG

F10

MODIFYINSTR

F5

APPENDINSTR

F3

No forces

Display area

END

RUNG INSERT

Figura 9


llegar hasta donde se encuentre el cursor, ysiempre hacia la derecha.

F4 (INSERT BRANCH): Tiene la misma funcinque F3, con la nica diferencia de que la deri-vacin se har siempre hacia la izquierda.

F6 (DELETE BRANCH): Borra una rama del ren-gln.

F7 (UNDELETE BRANCH): Inhabilita la funcinF6.

6. Una vez que haya terminado de editar sudiagrama de escalera, almacnelo. Para ello,

Message :Prompt :Data/Cmd Entry :Status : Press a function key for desired branch editing function

(file 2, rung 0)offline File 04TESTRUNG MODIFY

Main Functions : EXTENDUP

F1

INSERTBRANCH

F4

UNDELBRANCH

F7

DELETEBRANCH

F6

EXTENDDOWN

F2

APPENDBRANCH

F3

No forces

Figura 10

oprima la tecla ESC hasta llegar a la pantallaMONITOR FILE; oprima entonces F3 (EXIT), yenseguida F2 (SAVE).

Pues bien, as finalizamos nuestro recorrido porel programa APS de los PLCs SLC-500 de la mar-ca Allen Bradley.

Aunque este es tan slo un ejemplo de la for-ma en que trabajan los PLCs, le recordamos quetodos lo hacen bajo el mismo principio de fun-cionamiento; es decir, lo nico que vara es elsoftware de programacin que emplea cada uno.


EL SISTEMA DESINTONIA DIGITAL

Principio de operacin ylocalizacin de fallas

EL SISTEMA DESINTONIA DIGITAL

Principio de operacin ylocalizacin de fallas

Alvaro Vzquez Almazn

En este artculo vamos a hablar delprincipio de operacin de la sintona

digital, as como de los aspectosprcticos relacionados con el anlisisde un circuito representativo y con la

deteccin de fallas en la respectivaseccin. Para ello, tomaremos comoreferencia el mdulo de sintona Z-

120, incluido en el sistema decomponentes SA-AK15 de la marca

Panasonic.

Introduccin

Es de todos conocido que un sintonizador deradio est constituido por un amplificador deradiofrecuencia, un circuito oscilador local, unmezclador y una etapa de frecuencia intermedia(figura 1). Asimismo, sabemos cul es la funcinde cada una de estas secciones: la etapa de am-plificador de radiofrecuencia sirve para dar ga-nancia a la seal proveniente de antena; la eta-pa del oscilador local genera una seal cuyafrecuencia fija es similar a la que genera eloscilador de la estacin transmisora, con el finde seleccionar la estacin que se va a sintoni-zar; y, finalmente, el circuito mezclador tiene lafuncin de mezclar la seal de RF provenientedel amplificador de radiofrecuencia con la se-al del oscilador local, para entregar una fre-cuencia intermedia (10.7 MHz para FM y 455 KHzpara AM).


Enseguida explicaremos los fundamentos deeste proceso, para luego adentrarnos en el estu-dio de un sistema representativo de la modernasintona digital en equipos de audio. Con estoqueremos contribuir a que usted asimile mejorlas caractersticas de esta nueva tecnologa, quepaulatinamente se va haciendo comn en apa-ratos de reciente fabricacin.

La frecuencia intermedia

Con objeto de entender qu es y para qu sirvela etapa de frecuencia intermedia, suponga queslo existe una estacin transmisora. Bastaraentonces con que el oscilador local generara unasola seal a una frecuencia ya determinada, paracaptar la estacin que estuviera transmitiendo.Pero qu sucedera si en vez de una fueran doslas estaciones transmisoras; en este caso eloscilador local tendra que generar dos seales,cada una con frecuencia similar a la de su res-pectiva estacin transmisora para poder sinto-nizarla. Esto sin embargo tiene una solucin mssencilla; la opcin es utilizar un par de circuitos

osciladores que trabajen con frecuencias dife-rentes ajustadas a la frecuencia del oscilador dela estacin transmisora; para pasar de una esta-cin a otra, slo hay que colocar un conmuta-dor con el que se seleccione uno u otro oscilador(figura 2).

Ahora bien, la situacin parece ms comple-ja si tomamos en cuenta que son muchas lastransmisoras en operacin. Poner un osciladorcon su correspondiente conmutador para cadaestacin, resulta una solucin poco prctica eincosteable; en tales circunstancias, tendran quecolocarse tantos osciladores como estacionestransmisoras existen; adems, con la aparicinde cada nueva estacin transmisora quedaranen desuso los receptores que no contengan unoscilador ajustado a la frecuencia en turno.

Por eso se prefiri utilizar un solo osciladorlocal, pero capaz de modificar a voluntad su fre-cuencia con el fin de tener acceso a todas lastransmisoras. Por supuesto que el rango de tra-bajo de este oscilador debe ser amplio, con ob-jeto de absorber la seal de cada nueva esta-cin que surja.

Figura 1

Figura 2

AudioAmplificador

de R.F.Mezclador

Osciladorlocal

FrecuenciaIntermedia Detector

Audio

Conmutador

Amplificadorde R.F.

Mezclador

Oscilador1

Oscilador2

DetectorFrecuenciaintermedia


Por otra parte y aqu entramos propiamentede lleno al punto central de este subtema, cabesuponer la necesidad de que la frecuencia deloscilador local sea convertida en una frecuen-cia fija para todas las estaciones. A esta frecuen-cia estndar se le dio el nombre de frecuenciaintermedia, cuyo valor es como ya dijimos de10.7 MHz para FM (frecuencia modulada) y de455 KHz para AM (amplitud modulada); esto sig-nifica que la estacin que transmite a una fre-cuencia de 97.7 MHz (lo cual indica que eloscilador tiene una frecuencia de 97.7 MHz),posee la misma frecuencia intermedia que laestacin que transmite a 107.3 MHz (lo cual in-dica que el oscilador tiene una frecuencia de107.3 MHz); por lo tanto, una vez que la sealdel oscilador local se mezcla con la seal del am-plificador de radiofrecuencia, ambas tienen exac-tamente la misma frecuencia intermedia que laestacin que transmite a 95.7 MHz, por ejem-plo.

Estas estaciones y todas las dems que nohayamos mencionado pero que existen, tienenuna frecuencia intermedia de 10.7 MHz para FMy 455 KHz para AM.

Cmo se obtiene la frecuencia intermediaSuponga que el oscilador de la estacin trans-misora genera 97.7 MHz; entonces, el osciladorlocal del receptor debe generar una frecuenciatal que sea la frecuencia de la estacin transmi-sora ms la frecuencia intermedia (figura 3). Estoquiere decir que si el oscilador de la estacintransmisora genera una frecuencia de 1 MHz, eloscilador local del receptor debe trabajar a 11.7

MHz (1 MHz + 10.7 MHz = 11.7 MHz) para quecuando se haga la mezcla se tome nicamentela seal diferencia.

Recuerde que cuando se mezclan dos sea-les de frecuencias diferentes, aparecen dos es-pectros de frecuencia: la seal suma y la sealdiferencia; esto significa que si tomamos la se-al diferencia (11.7 MHz 1 MHz), obtendremosuna seal con una frecuencia de 10.7 MHz. Y sitenemos 107.3 MHz como frecuencia de oscila-cin de la estacin transmisora, el oscilador lo-cal del receptor est obligado a generar a unafrecuencia de 118 MHz; al tomar la seal dife-rencia (118 MHz 107.3 MHz), obtendremos 10.7MHz; o sea que la seal diferencia tanto de unaestacin como de otra es exactamente de 10.7MHz (que es la seal de frecuencia intermedia).

De acuerdo con el mtodo que acabamos dedescribir, cualquier transmisora cuya frecuenciade oscilacin es baja (digamos, 88.1 MHz) pue-de sintonizarse en el mismo receptor al que lle-ga la seal de una estacin que trabaja con os-cilacin alta (por ejemplo, 107.3 MHz).

Etapa de frecuencia intermediaDespus de la sintona y mezcla de seales, si-gue precisamente la etapa de frecuencia inter-media; sta trabaja como un circuito sintoniza-do. Como usted recuerda, los circuitossintonizados dejan pasar una sola frecuencia: lafrecuencia de sintona; es sta precisamente ala que cada uno se encuentra sintonizado.

Para FM, nuestro circuito sintonizado de FI(frecuencia intermedia) est ajustado a una fre-cuencia de 10.7 MHz; para AM, est ajustado auna frecuencia de 455 KHz.

Circuito detector de sealesPasando la etapa de frecuencia intermedia, lle-gamos a un circuito de deteccin de seales. Estese encarga de detectar si la informacin prove-niente de frecuencia intermedia contiene o nola informacin de audio (o sea, el mensaje mu-sical o hablado); tambin tiene la funcin de eli-minar la seal portadora (es decir, de eliminarla seal generada por el oscilador local, el cualsirvi nicamente como medio de transmisinde seal).

Fos = F trans + F.I.

Donde:

Fos = Frecuencia de oscilacin

F trans = Frecuencia de transmisora

F.I. = Frecuencia intermedia

10.7 Mhz para F.M.455 Khz para A.M.

Figura 3


Descripcin generalEn otras palabras, el proceso empieza cuandoen la antena se reciben las seales provenientesde las estaciones transmisoras; luego de pasarpor un proceso de amplificacin, son mezcladasy finalmente se entrega en la salida una sola se-al de audio (la que previamente se haya selec-cionado mediante la mezcla del oscilador localy la seal de radio frecuencia).

En consecuencia, una vez obtenida la frecuen-cia intermedia, ya no se requiere la seal deloscilador local; as que ser necesario eliminar-la para que no interfiera con el proceso siguien-te. Esto lo lleva a cabo el circuito detector, elcual como ya dijimos tiene la funcin de eli-minar la portadora y dejar pasar nicamente laseal de audio o lo que es lo mismo, el mensa-je musical o hablado.

Con lo anterior, damos por concluido nues-tro repaso sobre las bases de lo que es un sinto-nizador convencional. Recordemos ahora losaspectos ms importantes acerca de unsintonizador basado en un sistema de PLL (PhaseLocked Loop).

La sintona PLL

Para hacer ms entendibles las siguientes expli-caciones, consulte el diagrama adjunto (figura6A).

El sistema de PLL (que significa bucle engan-chado por fase) basa su operacin en la com-paracin de seales; propiamente, en la compa-racin de la seal proveniente del oscilador localcontra la seal proveniente de un oscilador dereferencia. Cuando stas son iguales, el sistemade sintona digital PLL entrega un voltaje sufi-ciente para que no se modifique la frecuenciadel oscilador local; pero si el oscilador local notiene la misma frecuencia que el oscilador de re-ferencia, el sistema de sintona PLL procede aenviar un voltaje de control (VC o VT) al osciladorlocal para que ste modifique su frecuencia deoperacin; as disminuye o aumenta su frecuen-cia, dependiendo del nivel de voltaje que reciba.

Para que un sistema de sintona mediante PLLfuncione adecuadamente, tiene que estar comu-nicado con un microcontrolador; ste se encar-

ga de enviar tres lneas de comunicacin (busde datos), que llevan por nombre DATA (que sig-nifica entrada de datos en serie), CE (llamadachip enable o habilitacin del integrado) y CL(llamada reloj).

Naturalmente, el sistema de sintona PLL debeespecificar al sistema de control o microcon-trolador la estacin en que se encuentra sinto-nizado. Esta notificacin se ejecuta a travs dela lnea DATA OUT (salida de datos en serie), conel fin de que el sistema de control enve los da-tos correspondientes hacia el controlador delexhibidor; as, finalmente, se despliega en el dis-play la informacin sobre la estacin sintoniza-da (figura 4).

Cuando el sistema de control sabe qu es-tacin ha captado el sistema de sintona PLL, atravs de una terminal llamada VT (o voltaje desintona) enva el nivel de voltaje analgico ne-cesario para modificar el valor de frecuencia deloscilador local; ste es un oscilador del tipo VCO,llamado tambin oscilador controlado por vol-taje (figura 5).

Caso particular

Por lo que se refiere al sintonizador que anali-zaremos, destaca primero la entrada de seal deantena de FM (la cual llega a la terminal 1 delmdulo de sintona Z-120, donde las terminales3 y 4 son terminales de retorno a tierra; la termi-nal 5 es la terminal del voltaje de sintona pro-veniente del sistema de PLL; la terminal 6 es ali-mentacin; la terminal 7 es la terminal defrecuencia intermedia o sea la salida y la ter-minal 8 es la terminal de retroalimentacin deloscilador hacia el sistema de sintona PLL).

Data

CLK

CEPLL VCO

VT

Figura 4


Internamente, en el mdulo de sintona Z-120se realiza la amplificacin de radiofrecuencia,la oscilacin y la mezcla, para posteriormenteentregar una frecuencia intermedia por la ter-minal nmero 7; de aqu pasamos hacia el filtrocermico CF-201, cuyo valor de fbrica es de 10.7MHz; luego llegamos al transistor amplificadorde frecuencia intermedia para FM Q-101, que tie-ne la funcin de dar ganancia a esta seal; en-seguida viene otro filtro cermico, CF-202, tam-bin con valor de 10.7 MHz; encontramosdespus la terminal 1 de IC-101 (por dentro deeste circuito se hace la deteccin de FM; tam-bin la decodificacin, si es que la seal vienemonoaural o en estreo; tiene sus salidas porlas terminales 13 y 14 -figura 6B-). As terminael recorrido de la seal de FM, desde que entrapor la antena y hasta que sale como seal deaudio analgico (llmese sta mensaje musicalo hablado), para posteriormente ser enviada ala etapa de amplificacin de audio.

Prrafos antes, mencionamos que la termi-nal 5 del mdulo Z-120 es la terminal de entra-da del voltaje de sintona, y que su terminal 8 esla seal de retroalimentacin del oscilador local(es decir, del VCO). Esta ltima seal va directa-mente hacia el sistema de sintona PLL, a travsde la terminal 14.

Las terminales 2, 3, 4 y 5 son las terminalesdel bus de datos que provienen del sistema decontrol. Estas seales sirven para indicar al sis-tema de sintona PLL la estacin que se deseasintonizar; para ello, es necesario comparar in-

ternamente la seal de referencia que se encuen-tra entre las terminales 1 y 20 (las cuales sonentregadas por un cristal de cuarzo) con la se-al que llega a la terminal 14 proveniente deloscilador local. Una vez comparadas ambas se-ales, y luego de verificar que se encuentren ensu valor correcto (es decir, que no estn fuerade fase de ah el nombre de bucle enganchadopor fase), entregarn una seal de voltajeanalgico por la terminal 18 de dicho oscilador;esta seal ir directamente a la terminal 5 delmdulo Z-120, que es un voltaje analgico parala sintona.

El proceso de sintona de AM es muy pareci-do al de FM, porque po

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