Capitulo 3 - Montajes Para Fuentes Conmutadas

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Medidor de Velocidad de DiodosPara la reparacin de equipos electrnicos de

consumo, y en especial de fuente de alimentacin, espreciso contar con una serie de instrumentos espec-ficos. Hasta ahora todo lo que podamos hacer paramedir un diodo era probar su barrera a baja corrien-te y su resistencia inversa de fugas.

Esta prueba se realiza, habitualmente, con eltster digital o analgico y es una determinacinmas bien grosera del buen funcionamiento de undiodo. Probablemente sea apta, apenas, para mediralgn diodo rectificador y decimos apenas, porquecon el tster la barrera se mide a algunos miliampe-res de corriente y en algunos dispositivos electrni-cos (TV por ejemplo). Un diodo de fuente debe so-portar pulsos de una decena de amperes durante elarranque y de algunos de amperes durante el fun-cionamiento (nos referimos al valor medio porquecomo valor de pico repetitivo de corriente puedensoportar varios amperes).

Con referencia a la prueba de tensin de rupturainversa no estamos en mejores condiciones, porquela misma se realiza a lo sumo, a un par de voltios.

Con una fuente variac electrnico estamos encondiciones de medir ambos parmetros a su valornominal o por lo menos a una tensin inversa de300V. Si el reparador lo necesita, puede probar undiodo rectificador sin mayores inconvenientes. Perocuando se trata de medir un diodo rpido (auxiliar orecuperador) la medicin se hace muy compleja por-

que hay que aplicar tcnicas de pulsos no siempreaccesibles para el reparador promedio.

Por lo menos fue as hasta que a mi gran amigoPaco, se le ocurri que se poda realizar una medi-cin slo con un tster digital y una plaqueta deprueba. La idea es muy simple y se basa en aplicar eldiodo a su funcin especifica de rectificar una seal,pero en este caso de una frecuencia suficientementealta como para que un diodo lento tenga muy malrendimiento. En realidad, este aparato de Paco fuecreado en una poca muy difcil de nuestra economadonde los dlares estaban sobrevaluados y los com-ponentes electrnicos ms an. En esa poca, no sa-bemos cmo, comenzaron a circular diodos de fuen-te remarcados como diodos auxiliares y diodos recu-peradores (damper).

Tome un reparador que trabaja por el mtodo decambiar y probar; entrguele un diodo 1N4007 mar-cado como BA159 y despus me cuenta del desatinoque puede llegar a cometer. Si trabaja midiendo pen-sando y sacando conclusiones, est mucho mejor po-sicionado para no cometer un desastre, pero final-mente va a tener que reemplazar el componente quecomprob como daado y si no lo puede probar an-tes de colocarlo, el desastre sobreviene igual.

En el momento actual, el mercado de venta decomponentes est funcionando mejor, sobre todoporque el remarcado involucra un costo que reducela ganancia del pirata a cifras poco remunerativas.Pero en algunos casos los distribuidores compran,sin saberlo, mercadera rechazada por los fabricantes

MONTAJE DE INSTRUMENTOSPARA LA REPARACIN DEFUENTES CONMUTADAS

MONTAJE DE INSTRUMENTOS PARA LA REPARACIN DE FUENTES CONMUTADAS

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asiticos (lo sospechan pero no pueden confirmarlopor falta de conocimientos y estructura tcnica) e in-troducen en el pas una partida de componentes quesi bien no son del todo malos, no pueden ser consi-derados adecuados para su uso.

Y los diodos rpidos suelen salir ms lentoscuando hay algn problema en su fabricacin. Enmuchos casos suelen tener problemas de resistenciainterna o de fugas que se reflejan sobre la velocidadde conmutacin. Como sea que es, una medicin quedura unos pocos segundos y es indicativa de la velo-cidad de conmutacin, se impone como una buenamedida de seguridad cuando se cambia un diodo au-xiliar o un damper.

Esta precaucin debe ser una norma cuando sereemplaza un diodo por otro y no se verific la espe-cificacin de ambos. Tambin cuando se trata de unaposicin de un equipo que requiere diodos del tipoSchottky (los mas rpidos) como por ejemplo en lafuente de las videocaseteras Panasonic de la serie4010 o similares, donde se usan para rectificar la ten-sin de 5V. Un diodo Schottky es ms rpido que undiodo comn y adems tiene una barrera de 250mVen lugar de los clsicos 650mV de un diodo rpidocomn. En la Panasonic este diodo rectifica la ten-sin de 5V; esta tensin es la que se mide para regu-lar la fuente. Si se utiliza un diodo ms lento y conbarrera de 650mV la fuente regula los 5V, compen-sado el bajo rendimiento del rectificador con un au-mento de la tensin pico sobre el bobinado corres-pondiente. Esto involucra a los otros bobinados, quetambin aumentan su tensin alimentando a la m-quina con una tensin que muchas veces, supera enun 50% el valor nominal. Es decir que lo que est co-nectado a los 5V se salva de la inundacin, pero elresto de la mquina se hunde en un ocano de vol-tios.

Velocidad de Conmutacin de los Diodos

Un diodo ideal es un componente que tiene unacada de tensin nula conectado en el sentido directoy una aislacin perfecta en el sentido contrario. Ade-ms debe pasar de un estado a otro sin ninguna de-mora.

Un diodo real tiene una barrera de 650mV apro-ximadamente en el sentido directo y una fuga peque-a en el inverso. Adems, demora un tiempo mensu-rable para pasar de un estado a otro.

El uso ms comn de un diodo es la rectificacinde una tensin alterna. El diodo conduce en el senti-do directo cargando un capacitor y se abre en el in-verso para no descargar el capacitor previamente

cargado. Cuando demora en abrirse, la primer partedel semiciclo negativo descarga levemente al capaci-tor y el rectificador pierde rendimiento (la tensincontinua de salida se reduce sin que se haya modifi-cado la tensin de entrada). Esto significa que la po-tencia de salida es menor que la de entrada; la poten-cia faltante se disipa en el diodo en forma de calor.

Los diodos se caracterizan por su velocidad deconmutacin como diodos ultra rpidos o Schottky,diodos rpidos, diodos de velocidad media y diodoslentos o rectificadores de fuente. Los lmites no sonmuy precisos. Se considera como diodo rpido tantoa un diodo de 50nS como a uno de 500nS. A partir delos 1000nS se consideran como diodos de conmuta-cin media y a partir de los 10S como diodos defuente. Los ultra rpidos suelen tener velocidadesmenores a 1nS.

El nombre dado a la velocidad de conmutacinde un diodo depende del autor, pero en general se lla-ma simplemente tiempo de conmutacin o de recu-peracin inversa, de donde deriva el nombre en in-gls utilizado en los manuales como: Reverse Reco-very Time. Este tiempo indica cunto tarda en abrir-se un diodo que est conduciendo al invertirse la ten-sin aplicada.

Circuito de Prueba

Qu requerimientos son necesarios para probarel rendimiento de un diodo como rectificador de unaseal cuadrada?

No muchos; se requiere un generador de sealesrectangulares de 60kHz, de baja impedancia (alrede-dor de 50 Ohm) y que posea unas transiciones muyempinadas. El tipo de generador depender de loscomponentes que Ud. tenga a mano o de la tcnicaque domine.

El proyecto original se construy con una com-puerta CD40106 que es una cuadruple inversora conhistresis, de la cual se utilizan slo dos secciones.La primera opera como osciladora y la segunda co-mo repetidora inversora. Posteriormente se empleaun transistor amplificador PNP con salida por colec-tor para asegurar una impedancia de salida de 39Ohm sobre la que se conecta el diodo a medir.

Una variante ms moderna se puede realizar conun PIC programado para generar una seal rectangu-lar de salida. La ventaja es que usando todo un puer-to como salida, se puede conseguir una baja impe-dancia sin recurrir a ningn transistor. Tambin esposible cambiar la frecuencia con un potencimetrotrabajando con clock a RC, con lo cual el proyecto setransforma en un oscilador de onda rectangular de


uso general que se puede usar como generador deprueba de etapas driver para TV y monitores ademsde su uso original como medidor de velocidad dediodos.

Veamos completa la variante con compuerta. Enla figura 43 se puede observar el circuito correspon-diente realizado en un Workbench Multisim.

En la parte superior se puede observar el circuitode la fuente de alimentacin y en la inferior el gene-rador. Cuando se conecta la tensin de fuente a lacompuerta el capacitor C1 de .001F se encuentradescargado, esto significa que la salida estar a po-tencial de 12V y el capacitor se ir cargando a travsde R1 y R2 (aproximadamente 950 Ohm). Cuando sesupere los 6 volt, la compuerta bajar la salida rpi-damente y el capacitor se descargar por intermediode R1 (18k) solamente ya que el diodo D1 est eninversa. De este modo, se consigue disear un gene-rador de seal rectangular con un perodo de activi-dad ajustado al valor deseado. La segunda compuer-ta recibe la seal de salida de la primera y la invier-te de modo que el semiperodo bajo sea el ms cor-to.

Por lo tanto, el transistor recibir un pulso cortode potencial de masa y todo el resto del tiempo unpulso de 12V. El acoplamiento a base se realiza a tra-vs de un divisor de tensin formado por R3 y R4para no sobreexcitar al transistor. Para reforzar la ve-

locidad de crecimiento del transistor compensado lacapacidad por efecto Miller, se agrega un capacitorde 56 pF sobre el resistor R3. La seal de base se am-plifica y termina saliendo invertida por el colectordel transistor TR1 sobre el resistor R5 de 39 Ohm.

Precisamente en el colector se conecta el nododel diodo a probar y su emisor se conecta al capaci-tor C3 de .022F con un resistor de descarga R6 de2k2. El resistor R7 de 33 Ohm se agrega para podermedir la corriente circulante por el diodo medianteun osciloscopio.

Sobre el capacitor C3 se puede obtener la tensinde salida rectificada, que ser fuertemente depen-diente de la velocidad del diodo bajo prueba ya quela constante de tiempo R6 C3 fue elegida baja contoda premeditacin, para exagerar la calidad del dio-do.

El prototipo requiere un transformador que sumi-nistre 12V eficaces a 200mA o ms y un puente derectificadores cualquiera que admita estos valores.En las figuras 44 y 45 se pueden observar el circuitoimpreso de este probador.

El proyecto con microprocesador PIC se indica alfinal como un apndice. La lista de materiales delprobador es la siguiente:

1 Transformador 12V 200mA o mejor1 Puente de rectificadores 50V 250mA o mejor

REPARACIN DE TELEVISORES DE ULTIMA GENERACIN

Figura 43



1 Regulador 78121 Circuito integrado CD401061 Transistor BC3691 Diodo 1N41481 Diodo led rojo1 Capacitor electroltico de 1000F 25V1 Capacitor electroltico de 1000F 16V1 Capacitor cermico disco .1F 50V1 Capacitor cermico disco .001F 50V1 Capacitor cermico disco .022F 50V1 Capacitor cermico disco 56pF 50V1 Resistor de carbn depositado 39 1/8 de W2 Resistor de carbn depositado 2,7k 1/8 de W1 Resistor de carbn depositado 18k 1/8 de W2 Resistor de carbn depositado 1k 1/8 de W1 Resistor de carbn depositado 2,2k 1/8 de W

Mediciones con Diodos

El proyecto original fue probado utilizando undiodo 1N4148 y un diodo BY228 que fue adquiridode buena fe en un comercio del Gran Buenos Aires.Las formas de seal que corresponde medir son:

1) La seal de salida en el colector de TR1 comoreferencia de fase.

2) La tensin sobre C3 como indicacin de laforma del ripple

3) El pulso de corriente sobre R74) La tensin continua sobre C3 con un tster di-

gital o analgico para todos aquellos reparadoresque no tienen osciloscopio.

Las mediciones 2 y 3 se repetirn para el diodode muestra (1N4148) y para el diodo dudoso BY228(ver figuras 46 a 50).

Analicemos primero, el funcionamiento con eldiodo de muestra. Cuando aplicamos el pulso de 12Vel diodo conduce y carga al capacitor con una sealde rampa creciente. Que lleva la tensin desde 6,8Vhasta 9,34V (el tster indicar un valor medio deaproximadamente 8,47V).

Cuando el pulso de entrada cae a cero, el capaci-tor mantiene la carga y slo se produce la descargacorrespondiente al resistor R6 con forma de rampadescendente.

La forma de seal de corriente por el diodo sepuede observar como una cada de tensin en la re-

Figura 44

Figura 45


sistencia shunt R7 con una forma que prcticamentecopia a la seal de entrada, pero con una amplitud deaproximadamente 1,5V.

Observe que la seal no ingresa nunca en el cua-drante negativo, salvo un pulso muy corto que no

puede descargar al capacitor de filtro C3. Cuando seconecta el diodo sospechoso las cosas cambian nota-blemente. El ripple sobre C3 ya no tiene la formaterica. Sobre todo se observa que la descarga seproduce con mucha rapidez en forma exponencial yno lineal. Observe, adems, que la tensin continuarectificada sobre la cual se monta el ripple cay has-ta un valor de 1,87V y que la amplitud del ripple esahora de 5,9V aproximadamente. Un tster indicarun valor de aproximadamente 2,68V sobre C3.

La forma de seal de corriente es la ms indica-tiva de lo que est pasando. En efecto, podemos ob-servar que tiene, tanto un pico positivo como otronegativo, que en principio aparece de un modo mis-terioso porque la salida del generador nunca pasa avalores negativos.

Lo que ocurre es que un diodo lento debe asimi-larse a un diodo con un capacitor en paralelo. Ese ca-pacitor se carga con una tensin continua que se res-ta del valor medio del pulso de entrada y entonces latensin a la salida del diodo puede tomar los valores

Figura 46 Figura 47


Figura 48 Figura 49

Figura 50



negativos que se observan en el grfico. Lo impor-tante es que hay una corriente de carga y una corrien-te de descarga que dura un tiempo considerable y poreso el capacitor C3 tiene un valor promedio menorcuando ms lento sea el diodo bajo prueba.

A continuacin se realiza una prueba de diferen-tes tipos de diodos para que el lector pueda compro-bar la utilidad de nuestro desarrollo. En la tabla 1 sepuede observar en la primer columna el tipo de dio-do, en la segunda la tensin rectificada por nuestroprobador; en la tercera la corriente especificada porel fabricante; en la cuarta la tensin especificada porel fabricante y en la quinta una observacin generaldel tipo de diodo.

Si el lector simul el circuito le aconsejamos querealice la prueba de colocar un diodo 1N4148 comotestigo y que luego le agregue diferentes capacitoressobre l, observando el resultado en el oscilogramade tensin sobre C3 y de corriente midiendo tensinsobre R7. Es interesante tambin, colocar un diodo

1N4007 o aumentar la fre-cuencia del oscilador hasta600kHz.Como algo relacionado a laprueba de diodos observe-mos que el agregado de ca-pacitores sobre los diodosauxiliares de TVs o monito-res es una prctica comnpara evitar irradiaciones. In-clusive se agregan resistoresde pequeo valor en seriecon los diodos para reforzarel efecto de filtrado. Estatcnica no afecta el rendi-miento de esos rectificado-res? S, pero dado los peque-os valores de capacidad yresistencia que se agregan,esta merma de rendimientoes muy pequea y puede to-lerarse perfectamente enaras de evitar un mal mayor.Compruebe estos hechos co-locando un capacitor de220pF en paralelo con undiodo 1N4148 y un resistoren serie de 3,3 Ohm.

Proyecto con PIC16F84

En el momento actual sepueden realizar proyectos

muy simples y econmicos utilizando el microproce-sador de bajo precio PIC16F84 o similares. La ven-taja es la versatilidad del proyecto, que permite elagregado posterior de modificaciones slo con elcambio del programa. La programacin se realizaahora por un programa llamado NIPLE que empleamtodos grficos de simple implementacin que seencuentran explicados en nuestros cursos y en librosdel autor. Le aconsejamos al lector que se asome aesta nueva tcnica que posee un futuro increble ynada mejor para ello, que realizar un trabajo prcticode suma utilidad para su taller.

En la figura 51 se puede observar el circuito denuestro PIC preparado con un clock a RC lo que per-mite ajustar la frecuencia de salida mediante el ajus-te de un potencimetro. Si el lector lo desea, se pue-de modificar el clock y realizar uno a cristal si pre-cisa exactitud en las mediciones. El PIC tiene salidasque admiten hasta 20mA de carga individual, perotodo el puerto de salida admite hasta 100mA de car-

Tabla 1


ga. Por eso en el circuito, se utilizan las ocho salidasdel puerto con resistores en serie de 330 Ohm. Laimpedancia de salida es de 50 Ohm, perfectamenteapta para nuestros propsitos. Recuerde que el PICdebe alimentarse con 5V y que por lo tanto las medi-ciones realizadas, sufrirn una merma con respecto alas realizadas en 12V. Realice nuevas mediciones decomparacin con un 1N4148 y un 1N4007.

El programa de este dispositivo puede ser bajadode la pgina de nuestra editorial www.webelectroni-ca.com.ar, haciendo click en el cono password e in-gresando la clave probadio, encontrar el archivo ensu versin .hex lista para cargar en el PIC concualquiera de los cargadores existentes en plaza, in-cluyendo el promocionado por nuestra revista.

Diodos Recuperadores y Auxiliares Lentos

Hace poco tiempo terminamos de analizar uno delos problemas ms complejos de los TVs y monito-res: los transistores de salida horizontal que se que-man un rato despus de ser cambiados. En ese infor-me, el autor consider todas las posibilidades de fa-llas pero dej a propsito todas las relacionadas conel diodo recuperador y los diodos auxiliares del fly-back para que sean tratadas luego.

Con referencia a los diodos auxiliares podemosdecir lo siguiente. Un diodo auxiliar lento se puedecalentar, pero si su temperatura no llega a la de fu-

sin del silicio seguir funcionando. Ese diodo pue-de estar conectado al transformador de fuente, peropor lo general est conectado al fly-back. El fly-backest alimentado a su vez por el transistor de salidahorizontal y el problema de bajo rendimiento de undiodo se puede propagar al transistor de salida hori-zontal causando un recalentamiento. Por lo general,el problema se acenta porque se incrementa la co-rriente de colector y es muy probable que la seal deexcitacin no alcance para saturar al transistor.

Nuestro problema es que la sonda de corrientepara el osciloscopio, diseada por el autor, recin co-mienza a usarse y no hay an suficientes medicionesrealizadas para poder comparar un TV con otro. Porlo tanto, la nica manera lgica de trabajar, hasta quetengamos ms datos, es sacar los diodos auxiliares ymedirlos en nuestro probador de velocidad de dio-dos. Como sta es una tarea relativamente larga da-da la existencia de varios diodos auxiliares, se pue-den realizar algunas otras mediciones comparativasque nos pueden guiar en la solucin de esta falla.

Primero mida la corriente pico a pico que pasapor el yugo horizontal, como lo indicamos anterior-mente. Ese es su valor de referencia y nos indicacunta corriente toma la deflexin. Si est trabajandocon un monitor es probable que el transistor de sali-da no tenga diodo recuperador interno, por lo tantopara medir la corriente de colector y la de recupera-cin, al mismo tiempo se debe, conectar la sonda decorriente abriendo el circuito en el punto de unin


Figura 51


del diodo recuperador y el colector. En el caso de losTVs basta con levantar el colector y medir all. Va atener la misma forma de seal que por el yugo, perosin corriente durante el retrazado. Lo importante esmedir con precisin el valor pico a pico. Seguramen-te ser mayor que el del yugo. La corriente extra esla que circula por el primario del fly-back y puedemedirla si desconecta uno de sus extremos y conectaall la sonda de corriente.

Esa corriente debe ser del orden de la tercera ocuarta parte de la que circula por el yugo, en condi-ciones normales de brillo y contraste. Si se superaese lmite podramos estar en presencia de un proble-ma de consumo en el secundario del fly-back por al-gn diodo recuperador lento o, si acaba de cambiarel fly-back, porque el mismo es de mala calidad ytiene menos inductancia de magnetizacin que el va-lor nominal correspondiente.

Cuando se trata de un diodo de recuperacin len-to, el problema es que se producen picos negativos alfinal del retrazados. Esos picos hacen que el transis-tor de salida se transforme en diodo recuperador, uti-lizando para ello su juntura colector base que retornaa masa a travs del secundario del driver. Esto es al-go que debe evitarse porque no slo se recalienta eltransistor de salida, sino que se puede llegar a que-mar o a desbetear el transistor driver.

Probador de Transformador de Pulsos y Fly-BacksQu tiene que ver un diodo con un transforma-

dor? Prcticamente nada. Pero nuestro probador era en

realidad, un generador de pulsos rectangulares de60kHz con un periodo de actividad del 10%. Qu pa-sar si este generador se lo aplicamos al primario deltransformador de pulsos? Para eso vamos a tener queestudiar cmo funciona un transformador de pulsos,cosa que ser de gran utilidad para cualquier repara-dor.

Si fabricamos un medidor de choppers sera unalstima que no lo utilizramos para medir fly-backs.Por supuesto que nuestro probador no tiene posibili-dades de probar el fly-back en las condiciones de tra-bajo, es decir con 25kV en el terciario de AT. Peroeso no importa porque la prueba de AT siempre sehace por separado; primero se prueba que el prima-rio del fly-back no est en cortocircuito y recin des-pus se prueba con tensiones altas. Para realizar

nuestras pruebas vamos a suponer que Ud. tiene os-ciloscopio y un tster digital que no mide inductan-cia, pero que si solamente tiene un tster, puede ha-cer la parte ms importante de la prueba (quizs nopueda medir la inductancia del primario pero va apoder probar si el transformador no est en corto).

Teora de Funcionamiento de los Transformadores de Pulsos

Un transformador de pulsos se comporta comoun transformador comn de 50Hz, salvo por el hechode que acopla una amplia gama de frecuencias demodo de poder acoplar la seal aplicada a su prima-rio en sus bobinados secundarios, sin prdidas ni dis-torsiones.

Un transformador ideal acopla toda la energa delprimario a sus bobinados secundarios. Es decir queno desperdicia nada de su campo magntico. Todo elcampo magntico producido por la corriente de pri-mario llega a todos y cada uno de sus secundarios.Esta situacin ideal nunca se cumple en la realidad.Siempre existe una parte del campo magntico gene-rado por el primario que se cierra por el aire y no ge-nera tensin en el secundario. De este modo, para re-presentar un transformador real debemos dibujar untransformador ideal con un inductor en serie con elprimario que represente la inductancia de prdidastambin llamada inductancia de dispersin (figura52).

Cunta energa se desperdicia en la inductanciade dispersin. En principio, no se puede establecer sino se sabe cul es la inductancia del primario deltransformador. Si T1 es un transformador ideal, suinductancia ser infinita y no habr cada de tensinen la inductancia de dispersin. Pero si se trata de untransformador, real tendr un valor finito que recibe

Figura 52



dos nombres, a saber: inductancia de magnetizacino simplemente inductancia del primario. Para quenuestro circuito se parezca a un circuito real hay queagregarle en paralelo con el primario una inductan-cia que represente al valor de la inductancia de mag-netizacin. En la figura 53 se puede observar un cir-cuito ms completo, en donde se observa el transfor-mador ideal con una inductancia de dispersin en se-rie y un inductor de magnetizacin en paralelo.

Observe que con los valores indicados en el cir-cuito 100Hy y 10mHy el 1% de la tensin del ge-nerador se pierde en la inductancia de dispersin. El99% restante llega al primario y se transfiere al se-cundario sin prdidas (Nota: los valores indicadosson realistas para un transformador chopper prome-dio).

Ahora vamos a estudiar lo que ms nos interesa.Cmo se transfiere un resistor colocado en un secun-dario sobre el bobinado primario.

Es decir, si por ejemplo se conecta un resistor de1 Ohm sobre el secundario de nuestro transformadorreductor de 10:1 cmo se refleja sobre la entrada?

Si es un transformador ideal con inductancia pri-maria infinita se transfiere al primario como una re-sistencia pura de 100 Ohm. Esto parece extrao por-que la intuicin parece indicarnos que debera trans-ferirse como un resistor 10 veces mayor. Pero en es-te caso la intuicin se equivoca. Lo que ocurre es quesiempre debe cumplirse la ley de transformacin dela energa, que nos indica que el resistor de 1 Ohmcolocado en el secundario debe disipar la mismaenerga que su equivalente conectado sobre el prima-rio.

Si aplicamos 1V al primario, en el secundarioaparecern 100mV, dada la relacin de espiras deltransformador. La corriente del secundario debercumplir con la ley de Ohm, lo cual significa que cir-

cularn por el secundario 100mA y como el transfor-mador es de 10 a 1 por el primario pasarn 10mAcuando aplicamos 1V.

La potencia en el resistor virtual reflejado sobreel primario ser 1V x 10mA = 10mW y sobre el re-sistor fsico del secundario ser 100mV x 100mA =10mW. Si ahora aplicamos la ley de Ohm podremosaveriguar el valor reflejado sobre el primario comoel de un resistor que hace circular 10mA cuando sele aplica 1V es decir 1V/10mA = 100 Ohm.

Para el caso general de una relacin de transfor-macin igual a n un resistor de valor R se transfe-rir multiplicndolo por n al cuadrado.

Hasta ahora vimos el caso de un transformadorideal. Si se trata de un transformador ideal, la co-rriente tomada por el primario tendr dos contribu-ciones. Una es la que ya conocemos debida al resis-tor equivalente del secundario transferido al prima-rio y la otra es la debida a la inductancia de disper-sin del primario.

Estas dos corrientes alternas tienen diferente n-gulo de fase. La primera es una corriente resistiva ypodemos considerar que su corriente tiene fase cero.La segunda es una componente inductiva pura y tie-ne una fase de -90 (en el inductor la corriente atra-sa con respecto a la tensin).

Ahora viene lo importante para un reparador. Co-mo se manifiesta en el primario un cortocircuito en-tre espiras. Todo depende de qu tan resistivo es elcortocircuito y cul es la relacin de espiras existen-te entre el sector del bobinado en corto y el primario.Si por ejemplo el transformador es de 10 a 1 y el cor-to est a la dcima parte del total del secundario setransfiere como una relacin de 1 a 100 y si tiene unvalor resistivo de 1 Ohm, se transferir como de 1 x10.000, es decir de 10k. En cambio si el corto en-tre espiras est entre la primera y la ltima espira ytiene el mismo valor de 1 Ohm, se transferir como


Figura 53



de 10 al cuadrado por uno, es decir 100 Ohm que escasi un corto comparado con el anterior de 10k. Siel transformador est en buenas condiciones y con elsecundario descargado sobre el primario, se reflejauna resistencia infinita, es decir que slo nos quedala inductancia de dispersin del primario.

Tambin se puede hacer el siguiente anlisis. Siel transformador no tiene ningn problema, la induc-tancia de magnetizacin es equivalente a un inductorde alto Q (Q = factor de mrito de un inductor). Siel corto est sobre el total, el factor de mrito se re-duce muchsimo y si est a nivel de las primeras es-piras se reduce mucho menos.

Y la inductancia de dispersin que funcin cum-ple en todo esto?

Si se hace un corto franco sobre un secundario,este corto se transfiere al primario tambin como uncorto porque la relacin de espiras al cuadrado pue-de tener un valor muy alto, pero los cero ohm del se-cundario multiplicado por ese valor siempre darnun valor nulo. Pero a la inductancia de dispersin nohay como cortocircuitarla y siempre est presente yes realmente lo que medimos cuando un transforma-dor tienen un secundario en cortocircuito.

Y si lo que est en cortocircuito es el primario? En realidad esto no cambia nada; ese cortocircui-

to parcial se refleja igual que un cortocircuito de unsecundario y reduce el Q tanto como sobre otros bo-binados.

Lo dicho anteriormente nos muestra que si cons-truimos algn medidor que nos indique, aunque seaen forma grosera cul es el Q del primario, podremos

separar entre transformadores buenos y malos. Antesde abandonar la teora queremos mencionar que noes fcil encontrar todos los transformadores chopperdaados, porque muchos de ellos no tienen un corto-circuito franco sino una prdida de aislacin del es-malte. Cuando se prueban a baja tensin de entradael arco no salta y el transformador supera la prueba.

Transformador Excitado con Seales Impulsivas

Si un transformador se alimenta con un genera-dor de seal rectangular sin conectar nada a sus se-cundarios estamos, en realidad, probando una bobinade alto Q si el transformador est bien y de bajo Q siest mal.

Y cuando se excita una bobina con una onda rec-tangular, se genera en realidad, una seal amortigua-da. De la caracterstica de la amortiguacin podre-mos sacar conclusiones de la falla. Tambin se pue-de excitar a alta impedancia y observar la cada detensin sobre el propio primario del transformador.Esta es, precisamente, la tcnica que vamos a utilizaren la modificacin del probador de velocidad de dio-dos.

La seccin osciladora y amplificadora es exacta-mente igual a la vista en la entrega anterior en cual-quiera de sus dos versiones, es decir con compuertaso con PIC. Lo nico que cambia es la seccin de me-dicin ver la figura 54.

Observe que ahora sobre el colector tenemos doscircuitos de medicin. El de la parte superior es elconocido probador de velocidad de diodos. El de la

Figura 54


parte inferior es un simple de-tector a diodo que mide la ten-sin sobre el primario del trans-formador bajo prueba, que estexcitado desde el colector delamplificador con un resistor de680 Ohm. Observe que si el primario pre-senta una resistencia transferidaalta, prcticamente no producircada de tensin sobre el resistory el detector medir una tensinde salida de unos 10V. Si eltransformador tiene espiras encorto, ese cortocircuito se refle-jar sobre el primario, reducien-do la resistencia equivalente aunos pocos Ohm y el detectorindicar prcticamente un valornulo. Si Ud. no tiene oscilosco-pio puede medir la tensin sobreel capacitor con un tster. En nuestro caso se utiliz, paraprobar el medidor, un transfor-

mador chopper de un TV SHARP 3050 yotros de TVs Serie Dorada y Goldstar.Las mediciones de transformadores en per-fecto estado son del orden de los 8V y la detransformadores malos de alrededor de2,5V.Aunque en todos los casos la diferencia fueneta, estamos seguros que, de acuerdo a lateora que explicamos en esta misma entre-ga seguramente se encontrarn transforma-dores donde la resistencia equivalente refle-jada al primario slo se reduce en un peque-o valor que quizs el tster no logre detec-tar. En esos casos, es posible que la observa-cin con osciloscopio termine de indicarnosun transformador con fugas. En la figura 55se puede observar la seccin agregada demedicin simulada en un LW (Live Wire).Observe que reemplazamos a el primario deltransformador por un circuito RLC para ha-cer un circuito ms completo. El capacitorC2 representa a la capacidad distribuida delbobinado primario y de los secundarios re-flejada al primario. El resistor R2 es el equi-valente al Q del bobinado primario de untransformador en buenas condiciones y L1es la inductancia de magnetizacin del pri-mario. Recuerde hacer las mediciones conuna punta divisora por 10 y a 2S por divi-sin de la base de tiempo horizontal.


Figura 55

Figura 57

Figura 56



Es aconsejable realizar, en primera instancia, unamedicin sobre el colector del transistor amplifica-dor representado en nuestro circuito por el generadorde funciones. Esta seal ser en todos los casos, laseal de referencia del sistema de medicin. Ver lafigura 56.

Cuando se prueba un transformador en buenascondiciones se puede obtener sobre su primario unoscilograma como el indicado en la figura 57.

Lo ms importante de este oscilograma es que elmismo tiene un semiciclo negativo que, evidente-mente, se produce por las caractersticas reactivas

del transformador. Cuandoms grande sea el ciclo negati-vo mayor ser el Q del cir-cuito y ser menos probable laposibilidad de un cortocircuitoentre espiras. Nuestro detectorslo mide el semiciclo positi-vo, as que veremos una poste-rior modificacin con un de-tector de valor pico a pico queincrementa el discernimientodel probador.

Otra medicin posible de realizar, es elconsumo del primario conectando el osci-loscopio sobre el resistor R1. En este caso,un transformador en buenas condicionesdeber tomar una corriente relativamentebaja tal como la que se observa en el osci-lograma 58.Cuando se conecta un transformador enmalas condiciones, los oscilogramas semodifican considerablemente, obtenindo-se algo similar a lo indicado en la figura 59con el osciloscopio sobre el primario.Observe que la forma de seal es prctica-mente un replica de la tensin del genera-dor con mucha menor amplitud. La raznes que la resistencia de las espiras en cortose reflejan como un resistencia relativa-

mente pura.La forma de tensin sobre el resistor R1 ser tam-

bin mucho ms resistiva y tendr una amplitud con-siderablemente mayor como la indicada en la figura60.

El Detector de Tensin Pico a Pico

Un detector de valor p.a.p se construye con dosdiodos 1N4148 y nos permite medir los dos semici-clos y como valor agregado permite el filtrado de las

tensiones continuas que pudie-ra tener el generador. Ver la fi-gura 61.Se puede observar el oscilo-grama de tensin sobre el dio-do D1, que no permite que latensin sobre l pase al cua-drante inferior. El diodo D1termina la tarea rectificando elvalor de pico de la seal. Co-mo se puede observar lo queno podemos evitar es la prdi-da debida a las barreras de am-

Figura 58

Figura 59

Figura 60


bos diodos. Esto tiene una solucin que se puede ob-servar en la figura 62 y que consiste en prepolarizarlos diodos agregando una tensin de 1,2V aproxima-damente en el nodo de D2.

Antes de realizar alguna medicin se debe ajus-tar el preset VR1. Desconecte la punta de medicin(punta izquierda de C2 en el aire) y ajuste el presetpara que el tster digital indique unos pocos mV. Asse compensaron las barreras de D1 y D2 y cualquiertensin aplicada a la entrada ser medida por el cir-cuito aunque sea inferior a una barrera.

Este detector de tensin pico a pico (p.a.p) tieneuna aplicacin general que va ms all de la medi-cin de chopper, donde realmente no se necesita anu-lar el error de las barreras. La aplicacin mayor esmedir seales all donde hay un valor medio quepuede alterar la medicin. En efecto, el capacitor C2filtra cualquier componente continua y el circuito s-lo mide la tensin pico a pico de alterna. Como

ejemplo, este detector tiene una enorme aplicacincuando se desea medir el puerto de comunicacionesde un micro (DATA y CLOCK) o la tensin de sali-da horizontal de un jungla. En nuestra aplicacincuando se utiliza la sonda detectora p.a.p, la medi-cin de un transformador en buenas condiciones daun valor de 10V y una mala de 1,5V.

Mediciones de Inductancia

Muchas veces se desea medir realmente la induc-tancia de un transformador y slo se cuenta con untster digital comn que no mide inductancia.

Se puede hacer algn medidor casero de bajoprecio que nos permita medir las inductancias mscomunes de un TV o un monitor?

Se puede y es una aplicacin del medidor que vi-


Figura 61

Figura 62



mos hasta ahora sobre todo si Ud. construy la ver-sin con PIC porque la misma permite cambiar lafrecuencia de clock y el perodo de actividad del os-cilador con una gran facilidad.

El instrumento que le proponemos realizar se lla-ma Qmetro (cmetro) y no es un invento del autor.Los Qmetros comerciales estn construidos para fre-cuencias de hasta 1GHz. Nosotros construiremos uninstrumento para la banda alta de audio con un alcan-ce mximo de unos 200 o 300kHz y un mnimo deunos 10kHz y nos permitir medir la inductancia demagnetizacin de transformadores chopper y fly-backs e inductores en general, incluyendo yugos ensu seccin horizontal y vertical y bobinas de filtradode baffles. Como ven, los lectores tenemos una metabien amplia para nuestro sencillo y econmico pro-bador.

Un Qmetro, como su nombre lo indica, mide el Qde inductores y capacitores, y su valor de inductan-cia o de capacidad. El Q o factor de mrito de un in-

ductor nos indica qu tan ideal es el inductor bajomedicin, es decir si se trata de un inductor puro otiene alguna componente resistiva agregada. En la fi-gura 63 dibujamos un inductor real, su circuito equi-valente serie y su circuito equivalente paralelo.

Los tres circuitos representan lo mismo: un in-ductor real. A la izquierda se lo dibuj tal como apa-rece en un circuito; su componentes resistiva y capa-citiva no se dibujan, pero el tcnico sabe que existeny no se dibujan para no complicar el circuito. En elmedio se dibuja uno de los circuitos equivalentescompleto del inductor el llamado equivalente se-rie. Este circuito posee un resistor en serie con labobina ideal que representa las prdidas del inductory un capacitor en paralelo que representa la capaci-dad distribuida del bobinado.

Qu entendemos por prdidas en el inductor? Si se trata de un inductor con ncleo de aire, el

resistor R representa slo la resistencia del alambre

Figura 63

Figura 64


de cobre. Si tiene ncleo de hierro laminado o de fe-rrite, en l se involucra tanto la resistencia del bobi-nado como las prdidas por histresis y las prdidaspor corrientes de Focault. No necesitamos explicarcon detalle por qu se producen estas prdidas, sim-plemente digamos que el ncleo se calienta y esosignifica que tiene prdidas y esas prdidas deben serrepresentadas tal como se hace con la resistencia delbobinado. Las prdidas del ncleo equivalen a unnuevo resistor en serie con la bobina, que se suma alanterior para simplificar el circuito.

Si tomamos el circuito real y lo conectamos a ungenerador, por l circular una corriente y esa co-rriente producir cadas de tensin en las componen-tes inductiva y resistiva. Tambin circular una co-rriente por el capacitor, pero dado que el mismo estconectado en paralelo con el generador, se puedeanalizar por separado como una rama paralelo. Ana-licemos la rama del inductor con su resistor de pr-didas en serie. Ver la figura 64.

En el dibujo pretendemos demostrar que la se-gunda ley de Kirchoff tiene carcter universal, es de-cir que la suma de las cadas de tensin de la redsiempre son iguales a la tensin de la fuente. Lo quehicimos entonces es colocar un osciloscopio sobre elinductor ideal y otro sobre el resistor. Evidentemen-te la suma de ambos debe ser igual a la indicacindel osciloscopio conectado sobre el total del circuitoserie.

Sin embargo, el circuito total tiene aplicada unatensin de 5V y en el resistor se obtienen 2V y en elinductor 4,5. Como 4,5V + 2V es igual a 6,5V pare-cera que no se cumple la segunda ley de Kirchoffcuando se trabaja con corriente alterna. Si Ud. obser-va los oscilogramas con atencin, podr encontrar larazn de esta falacia. La fase de los oscilogramas es-t corrida. Si consideramos que la corriente por elcircuito est en fase con la tensin sobre el inductor,podemos asegurar que la tensin en el inductor estatrasada con respecto a la corriente y que en nuestroejemplo ese ngulo es de exactamente 90 porqueutilizamos un inductor ideal. El ngulo entre la co-rriente y la tensin aplicada al circuito equivalente,es, en este caso, de 30 y adems podemos asegurarque la tensin adelanta a la corriente.

Si sumamos las componentes inductiva y resisti-va considerando que se encuentran a 90, entonces sse cumple la segunda ley de Kirchoff. Si el lector seacuerda del teorema de Pitgoras no tendr dudasque el cuadrado de la tensin del generador (hipote-nusa = 5V) es igual al cuadrado de la cada de ten-sin sobre el resistor (cateto opuesto 2V) ms el cua-drado de la cada de tensin sobre el inductor ideal(cateto adyacente 4,5V).

Lo que a nosotros nos interesa es calcular el Q denuestro circuito que se define como la energa reac-tiva (sobre el inductor) dividida por la energa resis-tiva (sobre el resistor). Como la corriente circulandopor ambos componentes es la misma, en lugar de di-vidir las energas podemos dividir directamente lastensiones y entonces tendramos un Q de 4,5V/2Vque es igual a 2,5.

Por lo general los inductores tienen una compo-nente reactiva mucho mas grande que la resistiva yentonces el cociente tiene un divisor muy pequeodando valores de Q del orden de 100. En nuestro ca-so pusimos una componente resistiva muy grandepara que los desfasajes sean mas evidentes.

Existen dos disposiciones de Qmetro que se uti-lizan de acuerdo a las mediciones a realizar. La masconocida es la del Qmetro serie que estudiaremos enel prximo apartado.

Construccin de un Qmetro Serie

Nuestra meta es medir L y Q. De la medicin deQ ya sabemos bastante pero hasta ahora no dijimoscomo se puede medir la inductancia. Solo tenemosun generador de onda rectangular construido con unPIC que nos puede entregar una onda rectangular de5V de pico con un periodo de actividad del 10% yuna frecuencia del orden de los 60kHz.

Modificar ese generador para que funcione a fre-cuencia variable entre 10kHz y 300kHz con untiempo de actividad del 50% es una tarea simple quesolo requiere un cambio de programacin del PIC.

Para medir L debemos tener un capacitor varia-ble calibrado. Si lo hacemos resonar con el inductora medir, la frmula de Thompson nos dir cual es suinductancia. En la figura 65 se puede observar el cir-cuito propuesto que por otro lado es sumamente sim-


Figura 65



ple de implementar. Si Ud. est realmente haciendola simulacin debe tener en cuenta un detalle de lossimuladores. Algunos trabajan con inductores reales(por ejemplo el Live Wire) y otros con inductoresideales (como por ejemplo el Multisim). En el primercaso, los inductores tienen fijado un Q del orden de3 o 5 y no se puede pretender realizar una simulacincon un Q mayor. En el otro caso, antes de realizar lasimulacin debe disear un inductor con una ciertaresistencia en serie o paralelo para que el inductor si-mulado se parezca al real.

Cmo funciona nuestro circuito de medicin. Laidea es hacer resonar la bobina con un capacitor ex-terno conocido. Cambiando la capacidad o la fre-cuencia. Como sea, el punto de resonancia es aqulen que la reactancia capacitiva se iguala con la in-ductiva. En ese momento, si ambos componentes sonideales (no tienen componente resistiva) a la fre-cuencia de resonancia, las reactancias se anulan porque tienen ngulos opuestos. Es decir que en induc-tor, la tensin adelanta 90 a la corriente y en el ca-pacitor atrasa 90. Como la corriente es nica, portratarse de un circuito serie, esto significa que la ten-sin sobre el inductor tiene un desfasaje de -90 y enel capacitor de +90. Esto hace un total de 180 queequivale a decir que ambas tensiones son opuestas. Ysi son opuestas se anulan, lo que equivale a decir queambas reactancias consideradas en su conjunto sonequivalentes a un cortocircuito.

Con componentes reales no se anulan totalmente,pero la impedancia serie se reduce considerablemen-te en el punto de resonancia, permitiendo la realiza-cin de una medicin.

Qu medimos? En realidad se pueden medir varias parmetros

para determinar la resonancia dependiendo de las ca-ractersticas de nuestro medidor. Por ejemplo se pue-de medir la corriente por el circuito serie. Pero tam-bin se puede medir la tensin sobre el inductor o so-bre el capacitor. Cualquiera de estos parmetros a va-lor mximo implica resonancia, tanto si se cambia lacapacidad como si se cambia la frecuencia.

La medicin de tensin sobre el capacitor presen-ta algunas ventajas de diseo que no deben desapro-vecharse. Una de estas ventajas es la facilidad de ca-libracin del Qmetro. En el Qmetro serie se puededemostrar que la tensin sobre el capacitor es Q ve-ces ms grande que sobre el generador (si se consi-dera que el Q del capacitor es mucho ms grande queel del inductor, lo que por lo general, es absoluta-mente cierto). Por ejemplo, si el generador entrega1V y sobre el capacitor se miden 30V significa queel Q del inductor es de 30. Observe que si usamos el

mismo medidor para ajustar la salida del generador(calibracin) que para medir (medicin) no tiene im-portancia el error absoluto del medidor, porque lamedicin es comparativa y no absoluta. En nuestrocaso el eslabn mas dbil es justamente el medidordebido a la presencia de los diodos detectores.

Debemos ahora completar nuestro diseo indi-cando cmo calibrar nuestro Qmetro de baja fre-cuencia. La calibracin deber realizarse con patro-nes de inductancia que tienen un enorme valor por smismo. Le adelantamos de qu se trata:

Imagnese que Ud. dude de un inductor de la eta-pa PWM de un monitor (por ejemplo supone que tie-ne espiras en corto). Si tiene construido su Qmetro lopuede medir; pero si el Qmetro le dice que est malcmo lo reemplaza para estar seguro de que el moni-tor no tiene algn problema ms. Nuestra idea es rea-lizar un inductor de uso general con un ncleo de unfly-back en desuso, que tenga mltiples derivacionespara seleccionar por ejemplo desde 0,3mH a 3mH en10 pasos.

Este inductor nos permitir reemplazar los com-ponentes ms importantes de un monitor o un TV enforma provisoria de modo tal que encaremos luegouna compra estando seguros de no fracasar. El ejem-plo ms significativo es el yugo horizontal o verticalde un TV o un monitor. No existe componente mscomplejo de reemplazar que un yugo debido a que sumontaje sobre el cuello es una verdadera tarea deprecisin. No se trata de aflojar una abrazadera y sa-car el yugo. Antes hay que sacar el conjunto de ima-nes de convergencia y pureza y luego de cambiar elyugo hay que volverlos a ajustar.

Muchos reparadores suelen sacar alegremente elyugo para llevarlo a medir. Cuando le confirmanque el yugo est bien lo vuelven a colocar y buscanla verdadera falla. Cuando la encuentran se llevan lasorpresa de que el monitor o TV arranca pero conerrores de pureza y convergencia. Si intentan el ajus-te al azar de los imanes, por lo general demoran va-rias horas para obtener slo un funcionamiento ape-nas aceptable.

Con nuestro medidor Ud. podr medir la induc-tancia en forma precisa de yugos, flay-backs, induc-tores de PWM de monitores, transformadores chop-per, etc.. Luego podr simularlos para probar el cir-cuito en forma real y asegurar el diagnstico.

El tema de los fly-backs es un caso aparte y nues-tro medidor slo puede indicarnos la presencia decortocircuitos a baja tensin. Pero la prueba ms im-portante es justamente, la de arcos y si no la realiza-mos es imposible saber a ciencia cierta el estado delfly-back.

Cmo prueban un fly-back en los negocios de

electrnica. Todo depende de la seriedad del nego-cio; puede ser que tengan un probador profesional,pero por lo general lo hacen con un probador caserode dudosa exactitud. Ese probador es un TV o unmonitor que funcionen aceptablemente bien. El fly-back bajo prueba se conecta en paralelo con el fly-back del probador y se observa la pantalla. Si no seapaga y no saltan arcos se supone que el fly-back es-t en buen estado.

El principio de la prueba no es errneo, pero suimplementacin debe ser muy cuidadosa. Un fly-back que no chispea en 25kV puede chispear en25,1kV. Y adems un fly-back que no genera AT nochispea pero no funciona. En sntesis, que el proba-dor de fly-backs debe tener un medidor de AT y lepuedo asegurar que en la mayora de los negocios nolo tienen. Cuando se trata de medir un yugo, por logeneral estn en peores condiciones aun porque slolo miden con un tster con medidor de inductancia ylo olfatean para determinar que no tenga olor a es-malte quemado.

Nuestra intencin es terminar el Qmetro para queUd. pueda medir inductores a baja tensin. Un in-ductor que ya pas por el Qmetro y fue aprobado,puede colocarse en el probador de fly-backs con al-guna seguridad.

Luego comenzar a construir un probador de yu-gos, fly-back, transistores de salida horizontal y dio-dos recuperadores que permita ajustar la tensin enforma progresiva y a valores superiores a los norma-les. Por ltimo, vamos a construir un medidor de AT

que complete el diseo del probador y que nos per-mita medir en un TV o en un monitor la tensin defoco y de nodo final.

Montaje del Qmetro paraMedicin de Transformadores y Fly-Backs

En cierto sentido, vivir en uno de nuestro pasesde Amrica latina tiene sus ventajas. Seguramente unque un tcnico de EEUU no sabe cmo funciona unQmetro. Si lo necesita lo compra porque tiene poderadquisitivo para hacerlo. En nuestra querida Amri-ca Latina si Ud. necesita un Qmetro lo fabrica y coneso aprende mucho ms que si simplemente lo com-prara. Por eso nuestro tcnicos son bienvenidos enlos pases desarrollados, porque tienen una imagina-cin exacerbada por la necesidad.

Cmo, que un Qmetro comercial va a tener me-jores caractersticas y mejor presentacin que unode fabricacin casera?

En cuanto a presentacin puede ser, pero la pintaes lo de menos. La pinta puede ser importante al co-mienzo pero lo importante, el verdadero amor por uninstrumento til, viene con el uso y no tiene nadaque ver con el aspecto exterior.

Nuestro Qmetro ya est planteado. Es una com-binacin de circuitos que ya habamos construido yaplicado a los que le encontramos una nueva funciny otros componentes que seguramente tendremos


Figura 66




que encontrar en algn desarmadero o en nuestropropio depsito.

En la figura 66 tenemos el circuito del Qmetropero con el agregado de un capacitor variable en pa-ralelo con el capacitor fijo de sintona. Observe queadems lo simulamos en WB multisim para podertrabajar con inductores de alto Q.

El generador de funciones representa a nuestrocircuito oscilador ya sea que lo hayamos construidocon un PIC o con una compuerta, pero recordandoque ese oscilador debe tener el tiempo de actividadajustado al 50% para usar el oscilador como genera-dor de un Qmetro. En caso contrario funcionar, pe-ro con menor sensibilidad de lectura.

Nuestro generador real tiene una resistencia in-terna de 39 Ohm y una amplitud pico a pico de 10V.La tensin es un poco alta para nuestras necesidadesy lo mismo ocurre con la resistencia interna. Por esarazn se emplea el atenuador formado por R2 y R3que baja la tensin a un nivel de 4V aproximadamen-te y la resistencia interna equivalente es de aproxi-madamente 8 Ohm.

Este generador hace circular corriente por el cir-cuito L C formado por el inductor a medir y el capa-citor C1 con un capacitor variable de aproximada-mente 100pF en paralelo. La capacidad C1 va a va-riar con el rango de medicin. En la figura 66 indica-mos el circuito para medir inductores del orden de1mH y posteriormente lo vamos a completar con unallave que modifique el capacitor C1 para agregarnuevos rangos.

Mas adelante observar que cambiamos los valo-res del capacitor fijo y el variable. En efecto, esteinstrumento no tiene un solo circuito, todo dependede sus necesidades y de lo que tenga en su taller.

El valor de la corriente que circula por el circuitodepende de la impedancia del mismo. Pero a poco deobservarlo vemos que se trata de un circuito LC y co-mo sabemos, en esos componentes (si son ideales) lacorriente adelanta 90 a la tensin en el capacitor yatrasa 90 en el inductor. Como la corriente debe serla misma por definicin de circuito serie, esto signi-fica que la tensin sobre el capacitor y sobre el induc-tor estn desfasadas en 180 o lo que es lo mismo quela tensin existente sobre la serie es la resta de lastensiones sobre el inductor y sobre el capacitor.

En la frecuencia de resonancia ambas tensionesson iguales y se anulan de modo que la corriente porel circuito serie se hace infinita o por lo menos se ha-ce igual a la corriente que puede entregar el genera-dor si estamos utilizando componentes ideales en L1y C1+C4. C1 y C4 no son ideales pero se acercanmucho a esa condicin de modo que tienen un Q ge-neralmente mayor a 1000.

El componente ms difcil de fabricar es el induc-tor y slo se pueden conseguir con valores de Q delorden de 3 a 100 dependiendo del tipo de ncleo ydel alambre utilizado en su fabricacin. En nuestrocircuito el resistor R1 no es un resistor fsico que seagrega sobre el inductor. Es el resistor equivalenteparalelo, que limita el Q del inductor ideal del simu-lador, para volverlo real.

Por qu en paralelo con el inductor y no es se-rie?

En realidad nos resulta ms entendible colocar unresistor en serie, porque en el nos imaginamos la re-sistencia del bobinado (que siempre es baja, del or-den de la decena de ohm). Pero tanto en serie comoen paralelo, ese resistor va a generar una cantidad decalor que representa las prdidas del circuito y por lotanto no importa como lo dibujemos. Slo debemostener en cuenta que su valor no es cualquiera. Es de-cir, que dado un resistor en serie que represente el Qde un circuito slo existe un valor bien determinadode un resistor en paralelo, de modo que en ambos re-sistores se disipe la misma potencia activa.

Justamente el valor de Q se puede definir en fun-cin de la potencia como la relacin entre la poten-cia activa y la potencia reactiva del inductor. Es de-cir que Q = Pr / Pa, para no cansar al lector con tan-tas matemticas le decimos que reemplazando valo-res de potencia en esta frmula se llega a la conclu-sin que:

Rs = XL2 / Rp

Para nuestro caso Rs se calcular como:

(6,28.F.L)2 / 82.000 = 9,4 Ohm

Qu importancia tiene calcular el valor de re-sistencia serie equivalente del inductor?

Precisamente ese valor es el que queda conecta-do en paralelo con nuestro generador cuando el in-ductor resuena con el capacitor. Es decir, corrientemxima en el circuito. Su valor determina el valordel Q del circuito y la frecuencia a la cual ocurre laresonancia determina el valor de L si es que se cono-ce el valor de C. Aqu podemos observar la impor-tancia de tener un generador de baja resistencia desalida y que nuestro dispositivo slo mide el Q enforma aproximada ya que la resistencia interna deldivisor de tensin es comparable con la resistenciaserie del inductor y por lo tanto el Q del circuito se-r solo la mitad del Q del inductor.

En realidad, esta falta de precisin no tiene ma-yor importancia porque nosotros no pretendemos


medir el Q con precisin, slo deseamos medir el va-lor de inductancia y una medicin aproximada del Qpara detectar inductores con espiras en corto.

Slo nos falta hablar del detector de onda com-pleta. En realidad no es un componente nuevo. En lafigura 66 mostramos en realidad, el circuito simpli-ficado en donde reemplazamos la prepolarizacinpor una simple batera.

Este circuito tambin presenta una resistencia decarga que reduce el Q del circuito, pero si Ud. utili-za un tster digital en la escala de 10V tendr una re-sistencia de carga de 2 o 3 M que ya es aceptable-mente alta. Con un tster analgico en la escala de10V la resistencia es de 200.000 Ohm y el Q se pue-de ver muy afectado.

El problema es que lo ms indicado para obser-var un proceso de sintona es el tester analgico, asque lo recomendamos para ajustar la sintona, pero siluego quiere medir el Q le recomendamos que locambie por un tster digital.

Los Qmetros profesionales, utilizan un genera-dor de onda cuadrada?

No, siempre trabajan con seales senoidales debaja distorsin. Pero el autor observ que se puedeusar un generador de onda cuadrada sin mayores in-convenientes si no se pretende tanta precisin en lamedicin de Q. En realidad, la seal presente sobreel inductor o sobre el capacitor ser perfectamentesenoidal aunque el generador sea de onda cuadrada

porque ambos componentes operan como un filtrode armnicas. El mayor problema es que el genera-dor de frecuencia fija tiene un perodo de actividadmuy corto y eso modifica la relacin entre funda-mental y armnicos de modo que la fundamental tie-ne un valor de tensin ms pequeo. Por lo tanto mo-dificaremos el circuito del oscilador para que puedafuncionar en 10% y en 50% del perodo de actividad,porque suponemos que el lector lo utilizar para me-dir velocidad de diodos y transformadores en corto.

El Oscilador de Frecuencia Variable

Vamos a suponer que Ud. arm el oscilador defrecuencia fija con el hexainversor 40106 como os-cilador. Los cambios a realizar son los siguientes. Ellazo de realimentacin doble del oscilador, que ser-va para generar perodos asimtricos ya no se nece-sita.

Ahora se realimenta con un solo resistor para ge-nerar una onda cuadrada. Para que la frecuencia seavariable ese resistor de realimentacin se cambiarpor un potencimetro lineal de 50k con un resistorde 2k2 en serie.

De ese modo, se obtuvo una variacin de fre-cuencia que va desde los 10kHz a los 500kHz. Paraobtener una mayor salida de tensin se modificaronalgunos resistores de la polarizacin del transistor.Observe la figura 67.


Figura 67



Calibracin y Ajuste del Qmetro

Si tiene un frecuencmetro o un osciloscopio y untster digital con medicin de capacidad, est en con-dicin de intentar la calibracin de su Qmetro. Si notiene frecuencmetro u osciloscopio deber pedirlosprestado. En este mismo texto encontrar un frecuen-cmetro cuyo autor es Guillermo Necco que cumpleperfectamente su cometido de medir la frecuencia denuestro generador. rmelo que no se va a arrepentir,yo le aseguro que funciona porque es el que usamosen nuestro laboratorio, y como no hace falta una granprecisin en la medicin de frecuencia, se puede ar-mar con slo 4 dgitos que es sumamente econmi-co.

Prestado o propio, lo que Ud tiene que hacer esagregar el potencimetro para el ajuste de la frecuen-cia del oscilador, tal como lo indica la figura 66 co-locarlo al mximo de valor, medir la frecuencia yanotarla con un marcador indeleble sobre el dial.Luego ir al mnimo valor, anotar la frecuencia y mar-carla en el dial. Posteriormente se colocar el poten-cimetro en valores de frecuencia enteros y se irmarcando la escala completa de frecuencia. Comopuede observar, en la figura slo colocamos un po-tencimetro de 5k. En realidad, hay que colocar unresistor en serie con el potencimetro para limitar lafrecuencia superior. Y tambin es posible bajar lafrecuencia inferior colocando un potencimetro demayor valor como por ejemplo 50k. En nuestroprototipo limitamos el valor mnimo a 2k2 para lle-gar a una frecuencia mxima de 300kHz y coloca-mos un potencimetro de 50k con el cual se puedellegar a una frecuencia de 10kHz.

El lector comprender que la gama de frecuenciaa utilizar depende del uso que le vaya a dar al Qme-tro en forma primaria y por eso no le podemos dar uncircuito especfico.

Tambin es posible utilizar ms de un capacitorutilizando una llave y obtener as un generador varia-ble por pasos o recurrir al circuito con PIC y realizarun programa que divida la frecuencia de salida por 1x 2 o x 4.

Ahora slo nos queda marcar el valor de capaci-dad. En realidad, el circuito real depender de lo quehayamos conseguido como capacitor variable. Laidea es cubrir desde algunos pF hasta unos 2.000 o3.000pF obtenido por suma del capacitor variable yde los capacitores fijos conmutables con una llave.No ponemos el circuito porque todo depende de loque consiga.

Lo mejor en estos casos es buscar algn capaci-tor en tandem de 2 x 410pF de aquellos que se utili-zaban en las viejas radios de mesa de los aos 70 o

de algn equipo de comunicaciones. Conectando lasdos secciones en paralelo se consigue una capacidadde 820pF ideal para nuestro Qmetro.

El modo de marcar la capacidad depende de losinstrumentos de medida que hayamos podido conse-guir. Usando un tster digital con capacmetro Ud.deber realizar una escala con el capacitor fijo demenor valor y otra con el capacitor fijo de mayor va-lor. Es conveniente que deje lugar para realizar unatercera y tal vez una cuarta escala, en donde se colo-carn valores de inductancia incgnita para unafrecuencia fija.

En efecto, no olvidemos que nuestro Qmetro fucreado con la intencin de medir inductancias del or-den del mHy que son las ms comunes en la seccinhorizontal de un TV o un monitor.

Cmo se marca la escala de inductancias? La escala de inductancias se puede marcar obvia-

mente utilizando inductores de diferentes valores,pero lo mejor es sacarla por clculo como le indica-remos en la siguiente seccin.

La Frmula de Thompson

Thompson estudi el fenmeno de la resonanciaL C utilizando como antecedente las ecuaciones delpndulo mecnico, por tratarse de fenmenos muysimilares. La ecuacin que hall se puede expresarde diferentes modos, pero el que ms nos conviene anosotros esta indicado en la frmula 1.

L = 1 / (2f)2. C frmula 1

Para comenzar se puede fijar la frecuencia en100.000Hz y calcular el parntesis que dar un valorde 6,28 x 100.000 = 628.000 que deber elevarse alcuadrado dando un valor de 0,4 1012.

Para ser prcticos vamos a tomar un valor enterode capacidad como ser 1000pF que tendremos per-fectamente determinado en la escala y vamos a cal-cular el valor equivalente de inductancia para unafrecuencia de 100kHz:

L = 1 / 0,4 1012 . 1000 10-12 =

L = 1 / 400 . C = 2,5 mHy frmula 2

Esto significa que debajo de la marca de 1000pFen la escala de inductancias se debe marcar 2,5mH.Haga lo mismo con otros valores de capacidad y po-dr realizar una escala completa de medicin de in-ductancias.


El Circuito Completo del Qmetro

Ya tenemos armado nuestro Qmetro. Repasemossu aspecto. Se trata de un gabinete de material pls-tico con dos perillas a las que se le pega una escala.Una es el potencimetro del generador y la otra es eleje de nuestro capacitor variable. Es posible que allado del capacitor variable se encuentre una llaveque agrega un capacitor fijo en paralelo con el varia-ble y puede ocurrir que tambin exista otra llave pa-ra ampliar la gama de frecuencia del oscilador. Estasegunda llave puede modificar el resistor o agregarotro capacitor en paralelo con el existente.

Los dos ejes deben tener una perilla con polleraque permita pegarle un CD viejo al que se le lij ellado de la etiqueta y el lado activo. Es decir, que s-lo necesitamos un circulo de plstico transparente osemitransparente en donde grabaremos las escalascon un marcador indeleble. Para no tener que traba-jar tanto puede acercarse a algn lugar en donde ven-dan CD vrgenes sin estuche. Los CDs vienen emba-lados de a diez separados con tapas circulares trans-parentes. Justo lo que nosotros necesitamos (pensarque el comerciante tira todas esas tapas).

En la escala del potencimetro vamos a tener eldial de frecuencia del generador (una o dos escalasde acuerdo a su diseo). Sobre esa escala destacadoen rojo, debe poner una marca en 100kHz que nosservir para medir inductancia directamente sobre laescala del capacitor variable. Esta escala ser por logeneral triple.

Tendr dos diales de capacidad (con y sin capaci-tor fijo en paralelo) y una de inductancias que es v-lida siempre que la frecuencia sea la elegida (por logeneral 100kHz).

En la parte superior del gabinete, existirn dosbornes para la inductancia incgnita y otros dos pa-ra medicin de capacidades pequeas cuyo uso ex-plicaremos a continuacin.

Nosotros le aconsejamos que el medidor perma-nezca includo en el Qmetro, aunque si desea utilizarsu tster digital como medidor externo y ubicar en elQmetro slo la sonda didica dobladora puede ha-cerlo sin inconvenientes. Piense que un tster digitalde pequeo tamao o un tster analgico chico cues-tan no ms de 5 dlares.

Por supuesto que este mismo Qmetro, con algu-nas variantes, puede medir velocidad de diodos, y deUd. depende la combinacin de instrumentos que de-sea realizar.

Nota: el instrumento medidor de velocidad dediodos fu publicado en nuestra revista unos nme-ros atrs.

Cmo se miden los inductores? Coloque su inductor incgnita en los bornes de

inductancia. Coloque la frecuencia del oscilador enla marca roja de 100kHz u otro valor que Ud. hayaelegido. Mueva la perilla de capacidad para lograrsintona. Lea en la escala de inductores.

Medidor de Capacitores de Pequeo Valor

Un Qmetro es un instrumento muy verstil si Ud.se acostumbra a utilizarlo. Y adems es un instru-mento muy didctico. Con un poco de prctica Ud.aprender el concepto de la resonancia y el factor decalidad Q, del mejor modo posible, por la prcticaconstante.

Si Ud. tiene que medir un capacitor que se en-cuentre dentro del mximo de la escala de su Qme-tro (supongamos que es de 800pF) slo necesita uninductor de prueba de aproximadamente 1mH. Co-nctelo al Qmetro y ponga el dial de capacidad en800pF. Cambie la frecuencia hasta que el inductorresuene con esa capacidad. Conecte el capacitor amedir en los bornes de capacidad. Por supuesto quese perder la resonancia. Baje el valor del capacitorvariable hasta recobrarla y anote el valor del dial decapacidad. El capacitor incgnita tendr un valorigual a 800 pF menos lo que indica el dial.

Si lo desea puede hacer una escala inversa de ca-pacidad comenzando con el cero sobre los 800pF dela escala original. Con esa escala Ud. puede medirdirectamente capacidad y con mayor precisin que laque puede otorgarle un tster digital con medidor decapacidad, que es muy poco exacto en las capacida-des bajas.

En conclusin, el Qmetro de baja frecuencia esuno de los instrumentos que no existen. Si no lo ha-ce con sus propias manos, se queda con las ganas.

Y una vez que lo tenga construido para qu mesirve?

Todo depende de a qu se dedique. Este verstilinstrumento sirve para medir yugos, fly-backs, in-ductores de la fuente PWM de los monitores, trans-formadores de fuentes pulsadas, transformadoresdriver horizontal, choques separadores y auxiliaresde TV y monitores con modulador Este Oeste, bobi-nas de ancho, bobinas de linealidad, filtros de bafles,etc. etc. Ahora bien, quizs Ud. necesite medir el Qcon mayor precisin. Como sea le agregamos esteapndice que lo ayudar en su intento de hacer unQmetro ms profesional.

En el Qmetro que le propusimos (Qmetro serie)el Q es la sobretensin que Ud. encuentra sobre




el/los capacitor/capacitores de sintona. Si por ejem-plo, el oscilador entrega 10V y el medidor nos indi-ca que sobre el capacitor existen 100V, podemos sa-car como conclusin que el Q ser 100/10 = 10.

Pero para que esto se cumpla con precisin, la se-al de salida del generador debe ser sinusoidal y deexactamente el valor de 10V. El factor de forma lopodemos compensar porque afectar al Q en formalineal (por ejemplo dar valores de Q ms bajos quelo real). En nuestro Qmetro no empleamos toda la sa-lida del oscilador sino que lo atenuamos con un divi-sor fijo de tensin. Si cambia ese divisor podr com-pensar la cada del Q debida al factor de forma.

Qu ocurre si diseamos el divisor para una sa-lida de 1V?

Ocurre que las indicaciones del tster en voltiosnos darn directamente el valor de Q del inductor.Por ejemplo si sobre el capacitor tenemos 12V pode-mos decir que el Q del inductor es de 12. Si Ud. co-noce algo de la teora de los errores de medicin, ha-br observado que no importa el error de lectura deltster, en tanto la tensin de salida del generador seajuste con el mismo tster que realiza la medicin yen la misma escala. Los Qmetros profesionales tieneel divisor ajustable con un potecimetro y una llaveAJUSTE/MEDICION que conecta el tster a la sali-da del generador en AJUSTE y sobre el capacitor desintona en MEDICION. Otra caracterstica de nues-tro Qmetro es que la resistencia interna del tster al-tera la medicin de Q. Esto tambin es compensablemodificando el valor de ajuste del generador porquese trata de una falla lineal.

Cmo se realizan estas compensaciones? Lo ideal sera tener una bobina con un Q cono-

cido por ejemplo de 100 y variar la salida del gene-rador (potencimetro de ajuste) para que el tster in-dique exactamente ese valor. Posteriormente le acon-sejamos calcular qu resistores debe agregar en serieo en paralelo con el inductor patrn para obtener va-lores de 10 y poder comprobar la linealidad de nues-tro instrumento.

Montaje de un Frecuencmetro Digital

Podemos definir a un frecuencmetro como uncontador de eventos cclico, esto es, cuenta una seriede sucesos (los ciclos de la frecuencia que estamosmidiendo), los presenta en un display, vuelve a ceroy comienza a contar nuevamente.

En la figura 68 podemos ver un diagrama en blo-ques elemental de un frecuencmetro como el queaqu describimos.

En el primer bloque tenemos una etapa confor-madora de entrada, que es la que adapta el mundoanalgico al universo digital. Explico: en un oscila-dor o amplificador que trabaje con radiofrecuencialas seales no son cuadradas, que son con las que setrabaja en los sistemas digitales, sino que pueden sersenoidales (en el mejor de los casos) o pueden tenerformas complejas. Si las ingresamos directamente alcontador no podra distinguir en ellas un patrn regu-lar. Tal vez no podra siquiera contarlas, dado queprobablemente haga falta amplificarlas. Para eso seutiliza en la entrada un amplificador de seal de altaimpedancia (para no cargar el circuito bajo prueba)acoplado a un Trigger de Schmitt, que es un circuitoque empareja y regulariza las ondas para poder in-gresarlas al contador digital. Si en la entrada del con-formador inyecto una seal, por ejemplo, senoidal de357kHz voy a obtener a la salida una seal perfecta-mente cuadrada de 357kHz. Obtenemos aqu lo quenos interesa: cualquiera sea lo que tengamos a la en-trada lo pasamos a onda cuadrada pero respetandofielmente la frecuencia de la seal, que es lo que pre-tendemos contar.

Luego de tener la seal en condiciones para in-gresar al contador digital la hacemos pasar por unallave electrnica controlada por un reloj, que se abrea intervalos regulares, en este caso cada 1 segundo.Aqu tenemos el corazn del aparato: supongamosuna seal de 3.567 ciclos (tres mil quinientos sesen-ta y siete ciclos), si abrimos la llave de paso por 1 se-gundo en el display aparecer el nmero 3.567, que

es la frecuencia, o sea, ciclos por se-gundo. Aqu podramos quedarnostranquilos, pero hemos hecho unasola medida. Tenemos que poner unsistema que luego de esta medidahaga otra y otra y otra. Pensemos enel caso de una sintona por la bandade 80 metros. (para esto fue disea-do), si midiramos una sola vez se-ra engorroso porque al girar el dialbuscando una frecuencia determina-


da habra que estar manualmente tomando medidas acada trecho y sera muy incmodo.

Es as que se intercala un sistema de reloj. Este seencarga de controlar secuencialmente las operacio-nes bsicas para que el contador tome una medidadespus de otra, segn se muestra en la figura 69.

En esta figura observamos un pulso de 1 segun-do en estado alto que es el que abre la llave electr-nica, dejando paso a las seales para contar. Un ins-tante despus vemos un pequeo pulso en estado al-to denominado latch o cerrojo. Este pulso habilita elnmero que cont el contador para que pase al dis-play. Ahora lo explicar con ms detalle. Luego deste viene otro pequeo pulso llamado reset o pues-ta a cero del contador y luego nuevamente vuelve elpulso de 1 segundo que habilita la llave. Suponga-mos por un momento que el latch no est conectado.En el contador observaramos los numeritos ir mo-vindose rpidamente aumentando hasta que terminael pulso de 1 segundo. All se quedaran quietos (ypodramos ver la frecuencia) hasta que llegue el pul-so de reset o puesta a cero, con lo que veramos losnumeritos irse a cero para, al abrirse nuevamente lallave, volver a verlos incrementndose rpidamentehasta la cifra final. Como pueden imaginar, esto esmuy cansador para la vista. Es as que se intercalaentre el contador digital y la presentacin (los dis-play de 7 segmentos) otra llave electrnica que seabre, dejando pasar los datos, cuando est alto el pul-so de latch. El proceso ahora sera el siguiente: seabre la llave de entrada por 1 segundo y el contador

cuenta los ciclos. Al cerrarsela llave de entrada y al haberterminado la cuenta, se abrela llave de latch y el resulta-do es presentado en el dis-play. Pasado el instante lallave de latch se cierra y elresultado permanece fijo enel display. Aparece ahora elpulso de puesta a cero delcontador, pero en el displaypermanece el resultado de lacuenta anterior, dado que lallave de latch est cerrada, eignora todo lo que sucede de-trs de ella, operando comosi fuera una memoria tempo-ral. Terminado el pulso depuesta a cero, luego de uninstante vuelve todo a co-menzar. Hace una nuevacuenta y al prximo pulso delatch presenta el nuevo resul-

tado, cambiando el anterior si fuera distinto. En es-te sistema, lo que observamos es solamente el cam-bio de nmeros en el momento del pulso de latch. Sila frecuencia es siempre la misma, no veremos en-tonces cambio alguno en el display.

Los Contadores

Para poder observar la frecuencia que mide elcontador digital tenemos que adaptarla a nuestrosparmetros de lectura, esto es: los nmeros del ceroal nueve. Para poder traducir el lenguaje binariocon el que se manejan los circuitos lgicos al de losnmeros decimales, que usamos nosotros, existe elcircuito integrado CD4511, que es un decodificadorde BCD (decimal codificado en binario) con excita-dor para una presentacin en display de 7 segmentos.Posee asimismo un latch incorporado.

El cdigo BCD no es otra cosa que los nmerosdel cero al nueve codificados a binario. Tambin lollaman cdigo 8421.

Veamos cmo es esto: el circuito integrado tienecuatro entradas, denominadas (luego de mucho pen-sar) A,B,C y D. Estas entradas tienen un peso deter-minado. Si mantenemos las entradas a masa el dis-play marca cero. Si aplicamos tensin a la entrada A(manteniendo las otras a masa) el display marca uno.Si damos tensin a la entrada B el display marca dos.Si conectamos la tensin a la entrada C marcaracuatro y si repetimos el procedimiento en la entrada


Figura 68

Figura 69



D el display presentara un ocho. Hasta ah vienebrbaro, pero:

Cmo hacemos para representar un tres, porejemplo?

Simple, aplicamos tensin en las entradas A y Bal mismo tiempo y tenemos A+B, o sea 1+2 y el dis-play nos presenta un 3. En el caso del seis damos ten-sin a las entradas B y C, o sea 4+2 y en el del sietedamos tensin a las entradas A,B y C simultnea-mente, obteniendo la suma 1+2+4= 7.

Este circuito integrado incorpora un cerrojo conmemoria para las cuatro entradas, denominado latch,que funciona de la siguiente manera: si la entrada LE(latch enable o habilitacin de cerrojo) est en esta-do bajo (esto es cero volts o a masa), los datos queingresamos por las entradas ABCD pasan directa-mente al display. Si de repente pasamos la entradaLE al estado alto (le damos tensin), no pasan msdatos y el display mantiene visualizado el ltimo da-to que entr.

As como utilizamos este integrado para traducirel lenguaje lgico digital al de los nmeros que co-rrientemente usamos, debemos utilizar algn otropara que nos traduzca, en este caso una sucesin deeventos (los ciclos de la frecuencia que queremosmedir), al lenguaje de unos y ceros del cdigo BCDque maneja el CD4511. Este es un contador doble(esto es que hay dos contadores en un solo encapsu-lado) denominado CD4518. En este contador tene-mos una entrada y cuatro salidas: A,B,C y D. Supon-gamos que en el primer instante las salidas se en-cuentran en cero y entra un pulso. Veremos que la sa-lida A cambia de estado de cero a uno. Si lo conecta-mos a un CD4511 observaramos un 1 en el display.Al entrar el segundo pulso la salida A cae a cero y lasalida B pasa a estado alto. En el display vemos aho-ra un 2. Al ingresar el tercer pulso la salida B se man-tiene en estado alto y la acompaa ahora la salida A,

teniendo en el display un 3, y as sucesivamente has-ta el 9 (vea la tabla 2).

Veamos ahora el siguiente caso: supongamos queutilic el contador y med la cantidad de seis pulsos.El display marca seis y est todo brbaro, pero heaqu que quiero realizar una nueva cuenta. Si la in-greso as noms el display no me va a marcar 1 (quees el nuevo pulso que ingres) sino que me va a mar-car 7, porque lo sum a los seis anteriores.

Cmo puedo hacer entonces para separar lascuentas y cundo empiezo una nueva que arranquede cero?

Hay en estos contadores una entrada de reset(restablecimiento a cero) que al aplicarle un nivel al-to hace que olvide la cuenta anterior y pase todaslas salidas a cero para poder comenzar una nuevacuenta. Nos falta ver el caso de conectar dos conta-dores en cascada, esto es, uno despus del otro, pa-ra que uno cuente las unidades y el otro las decenas,por ejemplo. La pata 6 del CD4518, que es la salidaD, de peso 8, se conecta a la pata 10 del mismo in-tegrado, que es la entrada del contador siguiente.Aqu debo hacer una aclaracin: este contador tienedos tipos de entrada; una que incrementa un nmeroal detectar una transicin de 0 a 1, denominada flan-co ascendente, y otra entrada que responde a un cam-bio de estado de 1 a 0, que se denomina flanco des-cendente, y es la que estamos utilizando en este di-seo.

Por qu? Veamos el siguiente ejemplo: supongamos que

estamos contando hasta 99. En las unidades tenemosque va contando 7 (0111), 8(1000), 9 (1001). Si tu-viramos el contador conectado a la entrada de flan-co ascendente, al llegar el nmero 8 la pata D se ele-va de 0 a 1 enviando un pulso de cuenta al otro con-tador, por lo que en el display veramos el nmero 18al octavo pulso, cosa que no condice con la realidad.En el diseo actual tenemos el segundo contador co-nectado a la pata de flanco descendente, obteniendoel siguiente resultado: en el 7 (0111), en el 8 (1000)no hay cambio, porque D subi de 0 a 1, en el 9(1001) sigue todo igual y en el 0 (0000) tenemos queenva un pulso al segundo contador, porque D bajde 1 a 0, obteniendo en el display el nmero 10, quecoincide con el dcimo pulso de cuenta. Acurdenseque los nmeros en binario se leen DCBA.

Con esta introduccin terica a los contadores decifras ya podemos ver la primera parte de este pro-yecto, que es un contador de dos cifras, cuya plaque-ta vemos en la figura 70. Este contador puede cons-truirse en grupos de a dos, es decir, podemos contar

Tabla 2

ENTRADA D C B A

Primer pulso 0 0 0 1Segundo pulso 0 0 1 0Tercer pulso 0 0 1 1Cuarto pulso 0 1 0 0Quinto pulso 0 1 0 1Sexto pulso 0 1 1 0Sptimo pulso 0 1 1 1Octavo pulso 1 0 0 0Noveno pulso 1 0 0 1

de 00 a 99, de 0000 a 9999 o de 000000 a 999999 (ennuestro prototipo pensamos en un frecuencmetro decuatro dgitos y as se muestra en la foto que sirve depresentaccin para esta nota). Para esto la plaqueta

contadora tiene una conexinque se repite a cada costado,permitindonos conectar has-ta tres o cuatro contadoresen cascada. Observamosque tiene una entrada/salidade +12 Volts, que sirve parala alimentacin; una entrada-/salida de masa; una de reset,para su puesta a cero; la en-trada de cuenta de pulsos; elLatch Enable, para habilitarel cerrojo y una de CAR (quesignifica acarreo) que paso aexplicar en detalle en los si-guientes prrafos.Si miramos la plaqueta de lafigura 70 desde arriba (ladocomponentes), podemos verque del lado izquierdo hay unborne llamado ENT (entrada)que no se repite del lado de-recho, pero que a la mismaaltura hay un borne llamadoCAR (acarreo). Al conectaren cascada dos o ms plaque-tas para obtener 4 o ms dgi-tos de lectura la entrada es lade la primer plaqueta de laizquierda; el CAR de sta seconecta a la ENT de la se-gunda y el CAR de la segun-da a la ENT de la tercera yas sucesivamente si hubierams contadores. Asimismodebemos conectar las demsentradas/salidas. Para un me-

jor entendimiento, en la figura 71 se puede apreciarel diagrama de circuito impreso correspondiente ados dgitos del display.

Cuando uno inicia la cuenta en uno de estos con-tadores vemos que a cadapulso de entrada se incre-menta un nmero en el dis-play. As hasta llegar al n-mero 99. Al prximo pulso elcontador marca 00 y envapor la salida CAR un pulso alcontador siguiente, por loque en el display (suponien-do que sea de cuatro dgitos)se leera el nmero 0100. Si ingresamos otro tren depulsos el primer contador


Figura 70

Figura 71




volver a llegar a los 99 y al prximo pulso vuelve a00 pero enva otro pulso por CAR al segundo conta-dor, mostrando el display entonces el nmero 0200.Como pueden observar, aqu hay dos reset diferen-tes: uno es el de los contadores, que por s mismosvuelven a cero despus del nmero 9 y otro muy dis-tinto es el que acciono de forma externa, y es el queest marcado en la plaqueta como RESET. Suponga-mos que me aburr de contar y me qued en el dis-play el nmero 2546. Para reiniciar el contador apli-co un pulso positivo en RESET y vuelve a 0000, pe-ro porque yo lo quise, no porque fuera una conse-cuencia lgica de la cuenta (despus del 9 viene elcero).

Por qu el proyecto est dividido en varias pe-queas plaquetas y no en una grande?

Porque la idea es que estos aparatos sean monta-dos por estudiantes, hobbystas y experimentadorescon poca experiencia en la electrnica y en todos es-tos aos he aprendido que a los problemas hay quelimitarlos; esto es, que si un contador no funcionadoy todas las herramientas para revisarlo y probarlohasta descubrir el error. El equivocarse en el armadode una plaqueta es una de las mejores formas deaprender a analizar circuitos electrnicos, pero unacosa es revisar una plaquetita de 5x7 cm con tres in-tegrados, en la cual ya s que ah est la falla, queintentar arreglar un plaquetn de 15x20 cm dondeprobablemente no sepa ni por dnde empezar.

Con respecto al armado, recuerden que son dosplaquetas que se conectan entre s con alambres quebien pueden ser los que sobran de las resistencias.Una de ellas va horizontal (la de los integrados) y lade los display va montada vertical para facilitarnos lalectura. Tengan en cuenta que para CMOS van dis-play de ctodo comn. Recuerden montar primerolos puentes de conexin y presten atencin que hayuno debajo de los integrados CD4511. Luego van lasresistencias, despus los condensadores (cuidado

con la polaridad) y por ltimo los circuitos integra-dos.

Y hablando de pruebas, una vez armado el conta-dor llega el momento de probarlo. Para empezar, hayque conectar externamente a la plaqueta una resis-tencia de 10k entre los bornes ENT y +12V. Esto sehace para cargar la entrada con baja impedancia, da-do que los integrados CMOS no pueden quedar conlas patitas al aire dado que toman ruido del am-biente y provocan funcionamientos aleatorios. Lue-go de esto conectamos la fuente de alimentacin de12V, el negativo a masa y el positivo a +12V. Ya enel display debe empezar a verse algo. Si tocamos conun cablecito entre +12V y RESET debe marcar 00.Si con ese mismo cablecito tocamos ENT y MASA,con cada toque vamos a notar que se incrementa unnmero: 00, 01, 02... Si aumenta de a varios no sepreocupen, es que a veces hace como unas chispas alconectarse y desconectarse y las cuenta a todas. Es loque se llama rebote.

Bien, si hasta aqu lo han hecho funcionar felici-taciones! Explicar ahora cmo continuar con la eta-pa de entrada y mecanismo de relojera.

La Etapa de Entrada

Pasamos ahora a la descripcin de la plaquetams compleja. Esta consta de un amplificador con-formador de seal de entrada y un sistema de reloje-ra que brinda los pulsos de reloj, latch y reset paraaccionar los contadores y display, tal como se mues-tra en el circuito de la figura 72.

La seal a medir ingresa a la base de un transis-tor de alta frecuencia, en este caso us un BF199, pe-ro puede utilizarse tambin un BF494. Se amplificay transfiere a otro BF199, cuyo colector est conec-tado a una serie de compuertas NAND tipo74LS132, que se encargan de darle forma perfecta-mente cuadrada a las seales que entren al sistema.

Figura 72


El uso de estos integrados, de tecnologa TTL (Tran-sistor Transistor Logic) obedece a que son muy rpi-dos. Tengan en cuenta que con este frecuencmetrodebemos poder medir con comodidad el oscilador debatido del equipo QRP de 80 metros, que anda porlos 8MHz. Los integrados CMOS de la serieCD4XXX son muy econmicos y trabajan con cual-quier tensin, pero son lentos, no pudiendo contarms all de los 3 4MHz. Los integrados TTL sonms caros y hay que alimentarlos con una tensin es-tabilizada de +5V, pero en el prototipo de este fre-cuencmetro han llegado a medir hasta los 31MHz.Vale la pena gastar un centavito ms.

Despus de las compuertas NAND, con la sealya puesta en forma, tenemos un integrado 74LS90,que divide la frecuencia a medir por diez.

Por qu es esto? Pues porque como ya dijimos, los CMOS son

lentos, en este caso luego de un divisor TTL una fre-cuencia de 8MHz se transformara en una de800kHz, valor perfectamente manejable para un dis-positivo CMOS.

Lgicamente tenemos que adecuar el display alos cambios de resolucin en la lectura, dado que sealtera la precisin del frecuencmetro, pero ese deta-lle lo dejo para el final.

Ahora tenemos una gama de frecuencias que esmanejable por los CMOS, pero tenemos un proble-ma: los TTL manejan 5 Volt, y los CMOS 12 Volt.Para solucionar este inconveniente es que intercala-

mos entre la salida del 74LS90 y la entrada del me-canismo de relojera, que es CMOS, un transistorBC547, cuya base es excitada con la salida de +5Vdel 74LS90 pero alcanza para enviarlo a la satura-cin an con los +12V conectados a su colector. Astenemos repetido en el colector con +12V las sealesde entrada que tienen +5V.

En la figura 73 mostramos la tercera y ltima pla-ca de este proyecto, que rene las etapas de entradadel frecuencmetro. Ahora bien, habamos explicadoque para que el contador acte hace falta una puertade 1 segundo, luego de cerrarse sta un pulso delatch para mostrar el resultado en el display y un pul-so que vuelva a cero los contadores, para comenzartodo una vez ms.

Les haba comentado que este contador de fre-cuencias lo dise como visor de sintona de un equi-po QRP. Tuve en cuenta entonces, que la puerta deun segundo era muy lenta para el caso de una sinto-na continua, porque hace una medicin cada dos se-gundos (un segundo para medir y otro segundo paralos pulsos de latch y reset). Es as que escog unapuerta de 0,1 segundo, lo que me permite hacer cin-co mediciones en un segundo, logrando as suficien-te rapidez en la visualizacin. Esto trae aparejadauna reduccin en la precisin del equipo, pero esaceptable en un equipo de radioaficionado. En estecaso, si estoy en una frecuencia de 3.566.923MHz,dado que ya divid por diez en la entrada y le aplicol

Capitulo 3 - Montajes Para Fuentes Conmutadas

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