Electronica y Servicio 01---Hacer Un Probador de Flyback

1ELECTRONICA radio-grfica

La revista Radio-Grfica ha fina-lizado un ciclo ms de su largay fructfera vida, y comienza unonuevo, pero sin abandonar el es-pritu que la ha animado portantos aos, el mismo que fueplasmado en el nmero 1, deSeptiembre de 1956, por elProfr. Francisco Orozco Gonz-lez, su fundador.

Textualmente, el maestro OrozcoGonzlez escribi en la pgina edito-rial de la primera edicin:

He aqu resumido el programaque Radio-Grfica, en su iniciacin,se ha propuesto seguir.

El primer punto consiste en aten-der las necesidades informativas, ilus-trativas e instructivas de la gran masade tcnicos, estudiantes y aficionadosde Radio, Televisin e Ingeniera deSonido que opera en nuestra Patria.

En este rgano han de tener cabi-da artculos inditos, claros, accesiblesy, sobre todo, llenos de exposicionesgrficas.

Entendemos que una revista tc-nica ha de servir de vocero de la evo-lucin y del progreso de la cienciaque preconiza, por eso las pginasde Radio-Grfica expondrn los nue-vos principios, los ltimos descubri-mientos y las tcnicas ms avanzadasde la Radio-electrnica.

Tambin entendemos que una re-vista no ha de ser meramente una re-produccin de captulos de libros....;

as pues, cada artculo que salgade nuestras plumas no ser unamontona y seca repeticin queexponen los textos, sino un mo-do de ver, realista y con sentidodinmico, en cada campo de laradiotcnica, porque se apoyaren los trabajos del taller y dellaboratorio.

De entonces a la fecha, ha habidocambios desmesurados en la tecnolo-ga: se consolid la electrnica deestado slido; surgieron y se desarro-llaron las comunicaciones satelitales;el transistor tuvo como heredero almicroprocesador en cuanto disposi-tivo fundamental; surgieron nuevossistemas de proceso y almacenamien-to de audio y video; aparecieron lascomputadoras personales y con ellasse afirm la revolucin digital de laque Internet es tan slo una muestra;la electrnica en el hogar tomo cartade naturalizacin con los telfonosinalmbricos, los hornos de micro-ondas y las lavadoras inteligentes;los sistemas de control en la industriapermitieron la automatizacin detareas; etc.

Mas sin embargo, esta publicacinha seguido fiel a sus principios y alos estudiantes, aficionados y tcnicosen electrnica que la han adoptadocomo una de sus principales herra-mientas de estudio y trabajo.

A partir de esta edicin un nuevoequipo editorial y gerencial asume la

INICIAMOS UNNUEVO CICLO

Profr. Francisco Orozco Gonzlez

Radio Grfica No. 1

2 ELECTRONICA radio-grfica

direccin de la revista, y con ello sematerializan varios cambios queseguramente usted ya habr adver-tido: se adapt el nombre Radio-Grfica por Electrnica Radio-Grfica,con el fin de responder mejor en losdiversos mercados donde ser expor-tada; se estipul una periodicidadmensual a partir del nmero 1, Nue-va Epoca; se ampli el perfil temticoy se distribuyeron los artculos porsecciones; se incorporaron nuevosautores y hubo un replanteamientogeneral del estilo de redaccin; porltimo, se moderniz el diseo y serecurri a nuevas tcnicas de produc-cin de originales y de impresin.

El equipo que hoy toma la direc-cin de esta revista, es el mismo queha llevado a Centro Japons de Infor-macin Electrnica a posiciones deliderazgo a nivel latinoamericano, enla edicin de publicaciones y videosde capacitacin para el trabajo tcni-co electrnico, lo que constituye unagaranta del cambio. Y los mismosplanes y experiencias ah obtenidas,ahora se trasladan a Electrnica Radio-Grfica; por ahora, podemos anun-ciar que ya estamos produciendomultimedia interactiva en CD-ROM,y que en el mediano plazo vamos adistribuir informacin a travs deuna pgina propia en Internet. Peroesa es una historia an por contarse,lo relevante en este momento es ma-nifestar a nuestros lectores que nosanima el mismo espritu de nuestrofundador y que no nos hemos aparta-do de la lnea ya trazada.

No queremos finalizar esta pre-sentacin sin hacer mencin de laobra del Profr. Francisco OrozcoGonzlez, quien fue maestro de de-cenas de miles de estudiantes en M-xico y Amrica Latina, directamente

en el aula o travs de sus leccionesescritas, sus libros y artculos.

El maestro Orozco Gonzlez,naci el 21 de noviembre de 1910 yfalleci el 13 de noviembre de 1990.Desde nio manifest una curiosi-dad inusual por los principios de laelectrnica: haca experimentos, fa-bricaba radios y curioseaba en laslibreras. En los aos 20s, se sum ala cruzada nacional educativa deVasoncelos, alfabetizando adultos;siendo an muy joven, ejerci la pro-fesin de periodista y de maestro deRadiotcnica en una escuela de la Se-cretara de Hacienda. En 1939 funduna revista de electrnica para tcni-cos, llamada Radio Servicio; de 1943a 1947 dirigi los cursos orales deNational Schools, y en 1948 realizuno de sus ms caros anhelos: funduna escuela de electrnica, el Institu-to Radiotcnico de Mxico, actual-mente llamado Instituto IRMEXCO.

Los aos 50s, 60s, y 70s fueronpara el maestro Orozco Gonzlez deintensa actividad creadora: escribims de mil lecciones para cursos porcorrespondencia; fund y dirigi larevista Radio-Grfica, para la cual es-cribi cientos de artculos; fue autorde ms de 60 libros de tcnica elec-trnica; dise y fabric decenas detableros, material audiovisual y prc-ticas de apoyo al aprendizaje; semantuvo activo en la enseanza y enla direccin de IRMEXCO; y, comoparte de una aficin apasionante,escribi ms de 30 cuentos infantiles.Sin duda, una vida fructfera.

Sea esta edicin, un homenaje almaestro cuya semilla se ha esparcidopor tantos rincones de la Patria y delextranjero.

Felipe Orozco CuautleDirector Editorial

Radio Grfica No.14

Radio Grfica No. 231

Radio Grfica No. 232

Radio Grfica No. 12


CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

Nuevo sistema de exploracin digitalde Philips

Philips ha presentado un nuevo mtodo quereduce considerablemente la fatiga visualpara quienes observan el televisor por pe-rodos prolongados. Por qu se fatiga lavista en esas condiciones?

La intensidad de la luz y el mantener lamirada fija en una rea determinada sonalgunas de las razones; pero la principalcausa la podemos entender mejor con unejercicio: sintonice un canal sin seal de TVy mire hacia otro lado, de modo que la pan-talla del televisor quede en el lmite de sucampo visual; seguramente notar un leveparpadeo en la imagen. Esto es as porqueen la pantalla no se presentan cuadros com-pletos, como en el cine, sino una sucesinrpida de delgadas lneas horizontales que,al combinarse entre ellas, forman una ima-gen parcial llamada campo. Dos camposentrelazados (uno par y otro impar) formanun cuadro, y 30 cuadros sucesivos formanun segundo de imgenes animadas.

Aunque en teora el ojo humano no escapaz de percibir la transicin entre uncuadro y otro, en las partes superior e infe-rior de la pantalla se aprecia un parpadeo

muy leve, sobre todo si se observa el televi-sor desde una distancia excesivamente cor-ta. Y es por ello que a la larga se produce lafatiga visual.

El sistema presentado por Philips eliminael parpadeo en los bordes de la pantalla,recurriendo a la exploracin digital. Dichosistema se apoya en memorias digitales conlas que se modifica la velocidad de explora-cin de una imagen, de modo que siemprese expide un cuadro completo, y no cam-pos pares o impares alternados.

Para ello, el televisor cuenta con un pro-cesador digital que almacena la informa-cin de dos campos consecutivos y luegola expide de forma secuencial a alta veloci-dad (la frecuencia de rastreo horizontal semodifica al doble de lo que normalmentemaneja el sistema NTSC; esto es, llega ams de 30,000 Hz); con ello se consigueque, en vez de presentar 60 campos porsegundo, se expidan 60 cuadros completosen ese lapso, de manera similar a comoocurre en el cine (una pelcula cinematogr-fica maneja 24 cuadros por segundo, expe-didos dos veces cada uno, lo que da un totalde 48 cuadros por segundo).

Gracias a ese sistema digital, no slodisminuye la fatiga visual del televidente,


sino que tambin mejora la calidad de lasimgenes expedidas. Y sin tener que modifi-car el estndar de transmisin televisiva,pues todos los procesos ocurren dentro delreceptor.

Internet deja un espacio parallamadas telefnicas

Un nuevo desarrollo de NEC permite a loscybernautas permanecer comunicados vatelefnica, incluso mientras navegan por lared de redes.

Uno de los mayores inconvenientes deInternet, es que requiere de una lnea dedi-cada; es decir, no es posible realizar llama-das telefnicas ni acceder a otros serviciosconvencionales, mientras el usuario perma-nece conectado a la red. Pensando en ello,la empresa japonesa NEC (Nippon ElectronicCorporation) acaba de presentar un novedo-so sistema mediante el que es posible con-testar el telfono desde la misma computa-dora; adems, incorpora aplicaciones yaconocidas por los cybernautas, como sonlas conferencias de larga distancia, al costode una llamada local.

Esta solucin de NEC es muy promete-dora, y es posible que sea adquirida por lasgrandes compaas proveedoras deservicios de telfono en todo el mundo, conlo que captaran un mercado en constantecrecimiento: el de los usuarios de Internet.

En bsqueda del superchip

Como resultado de las constantes investi-gaciones realizadas por diversas empresaslderes en el mundo de la electrnica, entrelas que destacan IBM, Motorola y TexasInstruments, se han desarrollado nuevas

tecnologas para la produccin de circuitosintegrados.

Tradicionalmente, los componenteselectrnicos que forman un chip se constru-yen con base en capas de semiconductor,que pueden ser del tipo N o del tipo P; perobsicamente se trata de un diseo en dosdimensiones (de hecho, de esta caracters-tica se desprende el nombre con que se co-noce al mtodo ms usual de fabricacinde integrados: tecnologa planar). Sinembargo, dicha tecnologa parece estar lle-gando a sus lmites, por lo que ya se trabajaen el desarrollo de un nuevo mtodo deconstruccin que permita continuar con laacelerada tendencia a la miniaturizacin.Ahora, los nuevos diseos se basan enredes tridimensionales con billones de ele-mentos conmutadores; mismas que apro-vechan las caractersticas cunticas de losmateriales empleados en su construccin.

Con esto, las velocidades de procesa-miento general del dispositivo alcanzanniveles del orden de los terahertz (THz:millones de megahertz). Esto ha dado pie ala investigacin y desarrollo de nuevasaplicaciones, bsicamente en las computa-doras para el procesamiento de informa-cin en tiempo real. Pero seguramente laaplicacin de este tipo de tecnologas seextender a muchas otras reas, como lastelecomunicaciones o el proceso de infor-macin de muy diversas ndoles.

NEC presenta un nuevo sistema deseguridad para llamadas telefnicas

En la pasada exposicin de telecomunica-ciones realizada en la ciudad de Mxico,Supercom 97, la empresa NEC dio a conocerun dispositivo que garantiza la privacidaden llamadas telefnicas.


Este sistema se basa en dos mduloselectrnicos conectados uno en cada extre-mo de una lnea telefnica, lo que permiteuna conexin punto a punto. Cuando seutilizan estos mdulos, slo se logra com-pletar la llamada si se tienen ambos dispo-sitivos conectados, uno en el telfono desdedonde se llama y otro en el telfono dondese recibe la llamada.

Dichos mdulos, mediante un proceso decodificacin y descodificacin (encripta-miento) eliminan cualquier posibilidad deintercepcin o intervencin de la llamadatelefnica, de modo que cualquier personaque trate de escuchar la conversacin sinestar autorizada, tan slo recibir ruido sinningn sentido; sin embargo, cuando seutiliza el mdulo de recepcin de llamadasel mensaje es decodificado y recibido sinproblemas. Con esto se pretende eliminarel espionaje telefnico, beneficiando a per-sonas o compaas que precisen transmitirpor ese medio informacin estrictamenteconfidencial y de vital importancia para susnegocios.

Otra de las ventajas de este sistema esque es extremadamente porttil, pues estosmdulos se pueden conectar en cualquierlnea telefnica y son del tamao de untelfono digital comn.

La hypermedia plantea nuevos retos alos educadores

La hypermedia o multimedia interactiva esun medio de comunicacin por computa-dora, en el cual se combinan texto, imge-nes, sonido, animaciones y video en unaamplia variedad de posibilidades. La carac-terstica principal de este nuevo medio decomunicacin, es que requiere la participa-cin activa del usuario para navegar por

la informacin, a diferencia de los mediostradicionales, como la televisin, el cine ola radio, donde los espectadores o escuchasadoptan un papel pasivo.

Otra caracterstica muy importante de lahypermedia, es que el acceso a la informa-cin no es lineal, como cuando leemosun libro, en el que recorremos con la miradarengln por rengln, sino multilineal,porque la informacin tiene tantos caminoscomo una telaraa, y el usuario puede llegara ellos segn su voluntad y desde cualquierpunto en el que est ubicado.

Adems de la computadora, dos son losinventos clave en los que descansa lahypermedia: el CD-ROM (discos de la mis-ma tecnologa del convencional CD, peroaplicados a la computadora) y la World WideWeb o simplemente Web (uno de los princi-pales recursos de Internet).

Gracias a estos recursos, cualquier per-sona en la actualidad tiene acceso instan-tneo a informacin no slo muy rica enposibilidades de asimilacin, sino tambinen grandes cantidades e incluso ubicada adistancias de miles de kilmetros. Slonecesita una computadora con hardwaremultimedia, estar conectado a Internet yprogramas en CD-ROM.

Sin duda, los educadores en un futuro nomuy lejano tendrn que replantearse losmtodos de enseanza tradicionales, puescada vez ser ms importante que los estu-diantes aprendan a ubicar y saber utilizarla informacin cuando la necesiten, msque ser una bodega de conocimientos concalificaciones de 10. La revolucin digitalest en marcha.

Alberto Franco Snchez


LA ERADIGITAL

El imperio de los bits

La tecnologa digital no slo ha permitido la fa-bricacin de nuevos aparatos de consumo queofrecen prestaciones inditas, tal es el caso delos televisores con efectos digitales, los repro-ductores de CD, las agendas y traductores debolsillo e incluso las nuevas mascotas virtuales;tambin ha modificado nuestra percepcin delmundo y de nosotros mismos por el surgimientode nuevos sistemas de comunicacin, de los quela red Internet y la televisin por satlite sonalgunos ejemplos. E igualmente ha propiciadouna revolucin en nuestros sistemas de apren-dizaje, laborales, fabriles, de diagnstico clnicoy en numerosos campos ms, gracias a los mi-croprocesadores. En resumidas cuentas, la hu-manidad no es la misma ni piensa igual que haceuna generacin.

Las sociedades antiguas evolucionaban demanera muy lenta, en parte porque no habamedios de comunicacin giles y, por conse-cuencia, no haba mucho contacto entre culturasdistintas. No en vano la imaginacin popular

Ya sea que usted encienda eltelevisor, escuche un CD, hablepor telfono, utilice el cajeroautomtico, navegue por Interneto consulte una base de datoscomputarizada, lo ms probablees que est haciendo uso dealguna tecnologa digital. En esteartculo haremos un breverecuento del panoramatecnolgico que se avizora en elpresente y en el que, de una uotra forma, intervienen sistemasy circuitos digitales.

LA ERADIGITAL

Leopoldo Parra en colaboracincon Felipe Orozco


En la antigedad, los mitos y supersticiones tardaban aos enextenderse y siglos en desaparecer. Por ejemplo, en Europadurante varios siglos de la Edad Media existi la creencia deque la mandrgora, una planta cuyas races son de un vago

parecido con la forma humana, tena poderes curativos ymgicos.

Algunas leyendas decan que la mandrgora naca delsemen de un asesino que era ahorcado por sus crmenes y

que, al ser arrancada de la tierra, produca un chillido tal quequienes lo escuchaban enloquecan y moran poco despus.

Para arrancar una mandrgora haba que tomar ciertasprecauciones: ponerse de cara al viento, describir con la

espada tres crculos en torno y, al extraerla, mirar al poniente.Tambin se deca que la mandrgora no poda ser arrancada

sin que muriera un ser vivo, por ello se recomendaba emplearun perro hambriento que, al correr tras un pedazo de carne,tirase de una cuerda atada a la planta. El hombre tena que

taparse los odos, si no quera morir junto con el animal.Una vez arrancada, la raz era limpiada, vestida como si

fuera un nio pequeo y guardada en una caja de madera, paraconvertirse en un poderoso amuleto que daba salud, riquezas y

vigor sexual, entre otros dones.En la actualidad, los mitos o rumores (como el del

chupacabras) se extienden en cuestin de horas gracias a losmedios de comunicacin, pero tambin se olvidan rpidamente.

concibi tantos mitos y leyendas, pues los pue-blos sin comunicaciones son campo frtil parala supersticin (figura 1).

No es el caso de este fin de siglo, que se carac-teriza por su dimensin a escala del planeta ypor sus cambios tan profundos y tan rpidos. Latecnologa, y especialmente la electrnica, esquizs la muestra ms perceptible de ese mudarincesante que llega a producir vrtigo y descon-fianza. Quin, siendo adulto, no ha sentidoalguna vez recelo por los nuevos sistemas deentretenimiento como los videojuegos y elTamagotchi? Quin no se ha impresionado porla capacidad de procesamiento de las computa-doras? Quin, especialmente si su rea detrabajo es la electrnica, est completamenteseguro que no necesita adaptarse y asimilarnuevos conocimientos?

Algo es muy cierto de esta poca: el mundose nos mueve, y mucho. Ese es justamente unode los rasgos de lo que algunos especialistasllaman era digital.

Ventajas de la tecnologa digital

Si bien la tecnologa digital no ha desplazado ala tecnologa analgica, y no sabemos si lleguea hacerlo, s ha mostrado una mayor eficiencia

en cuanto al tratamiento de seales y el almace-namiento y procesamiento de informacin, loque a su vez ha dado origen a nuevos sistemaselectrnicos y nuevas prestaciones de los equi-pos. Y es que un aparato que antes requera deuna enorme y compleja circutera analgica parallevar a cabo cierto proceso, ahora, con los recur-sos digitales, no slo puede incorporar novedo-sas funciones, sino tambin ser simplificado ensu construccin. Adems, gracias a los circuitosde conversin analgico/digital y digital/analgico, la electrnica de los bits ha invadidode forma exitosa reas que se consideraban ver-daderos bastiones de las seales anlogas.

La tecnologa digital puede expresar sonidos,imgenes y datos con slo dos estados lgicos:ausencia y presencia de voltaje, o unos y ceros.Esto permite manejar informacin con un granmargen de seguridad, pues un 1 y un 0 siempresern 1 y 0, mientras que los niveles de voltajede una seal anloga pueden sufrir degradacio-nes durante los procesos electrnicos, serinfluenciadas por ruidos externos, sufrir peque-os errores en el proceso de almacenaje y/orecuperacin, etc. Y aunque las seales digitalestambin son susceptibles de las mismas altera-ciones, es posible aplicar poderosos mtodos dedeteccin y correccin de errores que garantizan

Figura 1


la fiabilidad de la informacin grabada, trans-mitida, procesada o recuperada.

Otras ventajas de la tecnologa digital sobrela analgica son las siguientes: la posibilidad decomprimir los datos de manera muy eficiente; lacapacidad de mezclar mltiples seales en unsolo canal sin que se interfieran entre s; el usode razones variables de datos; etc.

Por supuesto, al igual que todos los avancesque son profundamente innovadores, la tecnolo-ga digital es resultado de los desarrollos en otroscampos: la construccin de circuitos integradosde bajo costo y muy alta complejidad; las nuevastcnicas de manejo de datos numricos, quepermiten operaciones ms eficientes y simpli-fican procesos muy complicados; la fabricacinde poderosos microprocesadores capaces deefectuar millones de operaciones por segundo;y, en general, de una continua evolucin en elmanejo de seales digitales.

Comunicaciones

Ya sabemos que las comunicaciones electrnicasvan mucho ms all de una simple conexintelefnica. Revisemos algunos sistemas que yase estn empleando en nuestros das y queposiblemente se vuelvan elementos cotidianosen un futuro cercano.

VideoconferenciaNo obstante que ya tiene ms de 100 aos dehaber sido inventado, el telfono ha mostradopocos cambios significativos en sus principiosbsicos de operacin (de hecho, es posible utili-zar un aparato antiguo en las modernas lneasdigitales). Sin embargo, desde hace varios aosse ha trabajado en sistemas que permiten ade-ms observar en una pequea pantalla al inter-locutor.

Se han hecho mltiples experimentos en esadireccin, aunque un obstculo muy importantees la inversin necesaria para sustituir los tradi-cionales cables de cobre de la red telefnica, porun tendido de fibra ptica que permite un anchode banda muy amplio. Cuando slo se manejauna seal de audio (y ni siquiera de muy altacalidad), es suficiente el cableado tradicional, pe-ro cuando se requiere enviar el enorme flujo dedatos que implica la transmisin de una imagenen movimiento, la prdida de fidelidad en el tra-yecto es tal que la comunicacin se vuelve prc-ticamente imposible.

A pesar de esta limitante, a la fecha se hanrealizado algunos experimentos que permiten latransmisin de imgenes de baja resolucin, uti-lizando las mismas lneas telefnicas y el mismoestndar de comunicaciones que emplean millo-nes de telfonos alrededor del mundo. Compa-

Con una tarjeta capturadora de video y una pequea cmara conCCD, es posible efectuar videoconferencias de computadora acomputadora va Internet, aun cuando stas se encuentren endiferentes partes del mundo.

Aunque el movimiento no es continuo, ni la resolucin muyelevada, es suficiente para la videoconferencia.

Figura 2Toma recibida con un mdem de 33.6 Kbps

Cmara de video

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as tan importantes como Casio, AT&T, Labora-torios Bell, Matsushita y otras ms, han presen-tado prototipos funcionales de sistemas que soncapaces de transmitir igualmente voz e imagen.Por supuesto, la imagen transmitida es de muybaja resolucin y con una frecuencia de refrescode apenas unos cuantos cuadros por segundo,pero se espera que, conforme se desarrollen lastecnologas de codificacin y de compresin dedatos, su calidad mejore.

Hasta el momento ningn sistema ha sidoaceptado por las grandes compaas telefnicascomo un estndar, aunque ya est en uso unaalternativa muy prometedora: por medio de lared Internet es posible enlazar dos o ms compu-tadoras utilizando las lneas telefnicas tradicio-nales, y entre sus mensajes intercambiados sepuede hacer una combinacin de audio y videocomprimido, en pequeos paquetes que se deco-difican en el sistema receptor y se presentan alusuario como voz proveniente de la tarjeta desonido e imagen expedida en el monitor (figura 2).

La ventaja de esta innovacin, es que las com-putadoras pueden estar ubicadas en puntos muydistantes del planeta, pero el costo de la llamadano es de larga distancia, sino local, de la mismamanera que los dems servicios de Internet. Noest de ms recordar otro servicio moderno queconstituye una alternativa de comunicacin ba-rata, eficiente e instantnea: el correo electr-nico. Si usted est conectado a Internet sabe aqu nos referimos.

Televisin va satliteSeguramente usted ha sido testigo de la propa-gacin de antenas parablicas que reciben direc-tamente la seal de un satlite.

En los aos 60s, en plena carrera entre nor-teamericanos y soviticos por la conquista delespacio, comenzaron las primeras transmisionesde televisin por satlite (figura 3). Al principio,con el lanzamiento del Early Bird apenas seconsigui un flujo de 240 llamadas telefnicassimultneas entre Europa y Estados Unidos; sinembargo, de entonces a la fecha los circuitos demanejo de seal incluidos en los satlites, hanavanzado a tal grado que un satlite modernopuede manejar cientos de canales de TV y audio

a la vez, al tiempo que transfiere enormes canti-dades de datos derivados de los flujos de llama-das telefnicas.

Conforme se desarroll todo un sistema desatlites comerciales, las grandes compaastelevisoras pudieron vender directamente susseales a los usuarios. Fue entonces cuando secomenz a instalar en muchos hogares del mun-do las tradicionales antenas parablicas que to-man la seal que baja del satlite y la entregana un receptor especial que finalmente recuperalas emisiones televisivas. La desventaja de dichosistema, es que se requiere una antena de gran-des dimensiones y un enorme mecanismo quepermita cambiar su orientacin hacia tal o cualsatlite.

Ese sistema de recepcin de TV va satliteha quedado obsoleto gracias a las tcnicas digi-tales, que mediante una poderosa compresinde datos hacen posible la transmisin y codifi-cacin de varios canales en el mismo ancho debanda dedicado normalmente a un solo canal.De esta manera, es posible utilizar una pequeaantena orientada de manera permanente haciauna misma direccin, desde donde transmite suseal uno o ms satlites geoestacionarios. A

La carrera por la conquista del espacio iniciada en los aos60s entre norteamericanos y soviticos, desemboc en unagran infraestructura satelital en la que descansan las modernascomunicaciones telfonicas, televisivas, radiofnicas y elInternet, entre otros servicios.

Figura 3

Phot

odis

c


este nuevo sistema se le conoce como DTH-TV(siglas de Direct-to-Home TV o televisin directaal hogar). Para mayores detalles, consulte el art-culo que al respecto publicamos en este nmerode Electrnica Radio-Grfica.

Internet tambin ha sido planteado como unrecurso para la transmisin de programas televi-sivos (figura 4A), aunque igualmente se ha topa-do con la barrera del ajustado ancho de bandade las lneas telefnicas tradicionales; sin embar-go, es posible que con la aparicin de los llama-dos Cable Modems (dispositivos que utilizan laslneas de TV por cable para establecer enlacesva Internet, figura 4B) y el consiguiente aumentoen la velocidad de transferencia de datos, la TVpor esta red se convierta en algo cotidiano.

Comunicacin y localizacin personalLa telefona celular es un medio de comunicacinque apareci hace pocos aos y que ha tenidobuena aceptacin, y si bien las emisiones sonanalgicas, su tecnologa depende en los centrosde control de sistemas digitales muy complejos.Adems, se le han incorporado recursos digitalesde encriptacin de conversaciones para evitarque personas ajenas puedan interceptar llama-das, as como llaves de seguridad que permitenprecisar si una llamada efectivamente provienede un cierto telfono o si algn pirata est tra-tando de utilizar la lnea sin derecho. Una adicin

ms, es el clculo automtico de facturacin, pormedio del cual el usuario puede ir controlandosus consumos telefnicos.

Tambin han surgido sistemas masivos deradio-localizacin, los llamados beeper, loscuales pueden transmitir mensajes sin importarel punto de la ciudad donde se encuentre el usua-rio. Para ello, las compaas proveedoras del ser-vicio poseen estaciones radiales, que emiten entodas direcciones el mensaje, pero con una clavedigital nica para que slo pueda ser decodi-ficada por el receptor destinatario. Incluso, elmismo mensaje se enva en formato digital y sedespliega en una pantalla de cristal lquido me-diante caracteres alfanumricos.

Pero hay todava un sistema de localizacinpersonal no muy conocido. Ha observado enalgunos camiones repartidores la leyenda Prote-gido con sistema de localizacin va satlite?Esta forma de ubicacin se basa en un pequeoaparato denominado GPS (Global PositioningSystem o Sistema de Posicin Global, figura 5),el cual recibe las seales enviadas por tres o mssatlites colocados en rbita estacionaria; mi-diendo de forma muy precisa el tiempo que tardacada seal en llegar, es posible determinar la ubi-cacin del camin (lo cual se logra con un mar-gen de error de pocos metros); para llevar a caboeste clculo, los GPS necesitan forzosamente deuna computadora que mide los retardos de las

Transmisin tpica de seales de video por Internet.Observe el reducido tamao de la imagen, subaja resolucin y la muy baja velocidad derefresco de dos cuadros por segundo (fps).Este videoclip de Gloria Estefan lo puedever en la siguiente direccin:http://www.tvontheweb.com

Figura 4B

Figura 4A

Dos cuadrospor segundo


seales de los satlites, realiza la triangulacinde seales y localiza con exactitud el punto delglobo terrestre en que se encuentra.

Este mtodo tambin ha venido a revolucionarlos sistemas de orientacin en la navegacin ma-rtima y area, pues permiten a los capitanes debarco y a los pilotos consultar en tiempo real laposicin del barco o la nave a travs de una com-putadora a bordo que recibe las seales del GPS.

Audio y video

Esta es una rea donde los cambios son percibi-dos muy rpidamente por el pblico consumidory por el especialista electrnico, y probablementees la que ms influye en nuestros hbitos de en-tretenimiento. Enseguida haremos referencia aalgunos de sus principales avances.

El DVDRecientemente entr al mercado de consumo yde computacin un nuevo sistema de almacena-miento de informacin que seguramente va areemplazar a las cintas de video y al CD conven-cional: nos referimos al formato de audio y videodigital conocido como DVD o disco verstil digital.

Estos discos tienen un aspecto muy similar alde un CD comn (figura 6A); de hecho, su tecno-loga de fabricacin es similar, con la salvedad

de que pueden almacenar una cantidad de datosseis veces mayor a la de un disco de audio digitaldebido a que es menor el tamao de los pits deinformacin (B); y aun esa capacidad podrallegar a ser hasta ms de 20 veces superior a laque alcanza un CD, gracias a un sistema degrabacin por capas (C).

Esto hace que el DVD se convierta en un me-dio de almacenamiento ideal para video digita-lizado, con la ventaja de que proporciona mejorcalidad de imagen que las tradicionales cintasmagnticas, y que adems ofrece las ventajasdel medio ptico: su nulo desgaste y la posibi-lidad de aadir datos de control y de deteccin ycorreccin de errores en la lectura.

La televisin de alta definicinAunque ya tiene ms de 50 aos, el formato detelevisin NTSC sigue rigiendo la transmisin yrecepcin de seales televisivas en la mayorparte del mundo.

Este formato fue diseado a finales de losaos 40s, y aunque gradualmente se le hanaadido ciertas innovaciones (como la inclusindel color o del audio en estreo), en un aspectotan importante como la resolucin de imagenno ha habido mejoras. Dicho formato puedemanejar un mximo de alrededor de 350 lneashorizontales, lo cual queda muy por debajo delmanejo de video en computadoras personales,donde las imgenes son de 600, 700 o ms de1000 lneas de resolucin horizontal.

Ya hace ms de diez aos que en Europa,Japn y Estados Unidos se han planteado nuevosformatos de televisin de alta definicin; sin em-bargo, el problema de su estandarizacin es querequieren un tipo de televisor especial paradichos formatos, y los millones de aparatos queya existen son incompatibles con los nuevos sis-temas. No obstante, despus de aos de investi-gacin y discusiones, finalmente en 1997 seaprob en Estados Unidos un nuevo estndar queofrece una resolucin horizontal superior a lasmil lneas, lo cual permite el despliegue de im-genes con calidad equivalente a la de una pel-cula de 35 mm (se estima que un televisor actualtiene una calidad muy similar a la de una pelculade 8 mm).

Sistema de posicinglobal de Sony, quemediante satliteestablece su posicin ycurso en modalidadesmapa, coordenadas oplanos. Los datos sedespliegan en unapantalla de cristal lquido.

Figura 5


Una comparacin entre el tamao de los pits deinformacin de un CD y los de un DVD.

En el DVD, es posible grabar hasta cuatro capas independientes,lo que multiplica an ms la capacidad de almacenamiento.

CD

Reproductorde DVD

DVD

A

B C

Para conseguir este impresionante incremen-to en la resolucin sin que se dispare el anchode banda requerido, se necesita forzosamentedel proceso digital de imgenes, las cuales, unavez convertidas en 1s y 0s, pasan por complejosmtodos de compresin de datos que permitenreducir el ancho de banda de la seal a aproxima-damente una sexta parte de su tamao original.Esta seal reducida puede transmitirse utilizando

el mismo ancho de banda que necesita un canalde TV comn, lo cual es muy conveniente porqueampla la flexibilidad en el manejo del espectroelectromagntico (de por s ya cercano al puntode saturacin).

Una desventaja de dicho sistema de televisin,es que es incompatible con los actuales recepto-res NTSC; es decir, los televisores actuales nopodrn captar la nueva seal, como s ocurri

Figura 6


con el surgimiento de la TV color, y los receptoresen blanco y negro pudieron seguir funcionandonormalmente. De esta manera, para poder recibirlas transmisiones de TV de alta definicin queen prximos aos reemplazarn a las del patrnNTSC, los usuarios tendrn que adquirir un nue-vo receptor.

Mtodos de grabacin de audio digitalA pesar de que el manejo digital del audio no esnovedoso (se populariz en 1981, con el surgi-miento del disco compacto), hasta hace algunosaos no exista un medio que fuera no solamentede lectura, sino tambin de escritura. En la actua-lidad existen varias opciones a nivel de consu-midor para la grabacin de audio digital: el DAT,el DCC y el Mini-Disc. Cada uno de estos sistemasfunciona con principios particulares y son incom-patibles entre s.

El DAT o cinta de audio digital, es un sistemapatentado por Sony que trabaja con base en untambor giratorio similar al de una videograbado-ra (figura 7A); puede almacenar una seal este-reofnica de audio muestreada con una precisinde 16 bits y una frecuencia de 48 KHz, garanti-zando una buena captura de toda la gama din-mica audible por el ser humano (figura 7A). Estesistema fue el primero que ofreci al pblico con-sumidor la posibilidad de grabar audio en forma-to digital (sin tomar en cuenta a las grabadorasde audio PCM, que se utilizaron en algunas m-quinas Beta); no obstante sus ventajas, no tuvomucha aceptacin, excepto en los estudios degrabacin y en las radiotransmisoras.

El DCC es tambin un sistema de cinta, aun-que trabaja con base en cabezas mltiples quegraban los tracks de manera paralela (figura 7B).Este sistema es una patente de Philips y tiene laventaja de que el aparato, a pesar de grabar y re-producir cintas en formato digital, es compatiblecon los cassettes de audio analgicos, que tam-bin es una patente de Philips de 1963. Con estose busc que los consumidores tuvieran un incen-tivo adicional para adquirir este nuevo formato,aunque hasta la fecha sus resultados no son muyexitosos (su principal punto de venta es Europa).

Finalmente, el Mini-Disc, otra patente de Sony,trabaja por medios magneto-pticos, lo que le

permite combinar las ventajas del disco compac-to y la flexibilidad de las cintas en cuanto a sucapacidad de grabacin (figura 7C). Este desarro-llo parece ser el ms prometedor de los tres m-todos de grabacin de audio digital a nivel consu-midor, aunque con la prxima generacin deDVDs grabables, es posible que no alcance suconsolidacin.

Proceso digital de audioLos fabricantes equipos de audio, estn inclu-yendo en sus diseos sistemas que ofrecennovedosas experiencias auditivas, tales como laemulacin del sonido envolvente de una sala deconciertos, de un espacio abierto, de un conciertoal aire libre, etc.

Esta reproduccin de ambientes sonoros esposible gracias al proceso digital de seales, queidentifican las caractersticas fundamentales delas distintas locaciones comunes y, por mtodoslgicos, los emulan para dar al espectador laimpresin de estar en un recinto completamentedistinto a la sala de su casa.

Estos aparatos incluyen complejos procesado-res que, a partir de una seal original, puedenrecrear los ecos y rebotes de sonido que produ-cen ciertas salas o sitios especficos, rodeandoal auditorio con sonidos que le dan la sensacinde encontrase en dicha localidad.

Procesamiento de datos

No hay rama de la tecnologa que avance a unritmo tan acelerado como la informtica, tantoen sus aspectos de hardware como de software.A tal grado han evolucionado las computadorasen los ltimos aos, que se estima que la poten-cia de clculo conjunta de todos los ordenadoresque controlaron la misin Apolo 11 que llev porprimera vez al hombre a la Luna en 1969, esmenos poderosa y verstil que una computadoramoderna. Analicemos algunos puntos relevantesde esta tecnologa.

MicroprocesadoresDesde que se desarrollaron los primeros circuitosintegrados en la dcada de los 60s, se vislumbrla posibilidad de condensar en una sola pastilla


de silicio todos los elementos necesarios paraefectuar los complejos clculos que se llevan acabo en una computadora; sin embargo, es posi-ble que los investigadores no imaginaran que sepodran incorporar cientos de miles e incluso mi-llones de elementos semiconductores en un chipde apenas algunos milmetros cuadrados.

Los modernos microprocesadores de quintay sexta generacin de la plataforma PC, estnconstituidos por ms de cinco millones de tran-sistores que trabajan a altsimas velocidades,alcanzando 300 MHz de frecuencia de reloj. Tanslo el Pentium II de Intel incluye 7.5 millonesde transistores y trabaja con velocidades que van

Escritura de datosCabeza magntica

Cabeza magntica

Rayo lser(radiacin continua)

Distancia aproximadaentre la cabeza magntica

y el discoBobina

Capaprotectora

Direccin derevoluciones

Lado opuesto de la circunferenciaRayo lserDisco MO

(sustrato superficial)

012345678

Cabezas degrabacin digital

Sentido de giropara el auto-reversible

Cabezas dereproduccin digital

Cabezas MRH(reproduccinanalgica)

Cinta

Ensamble de cabezas del DCC

A

B

C

Sustrato(seccin principal)

Figura 7


El 4004de Intel, primer microprocesador fabricadoen el mundo (1971); contena 2300 transistores

El Pentium II de Intel, lanzado en 1997, contiene 7.5 millones de transistores.

de 200 a 300 MHz, y ya se anunciaron frecuenciastodava mayores (figura 8). En plataformas alter-nativas, como los procesadores Alpha de la com-paa Digital Equipment (tecnologa reciente-mente adquirida por Intel), ya se distribuyencomercialmente circuitos que rebasan los 600MHz de velocidad.

Otros desarrollos en el campo de los micro-procesadores, es la incorporacin de grandesmagnitudes de memoria cach de rpido accesopara la ejecucin predictiva de operaciones, lainclusin de mltiples lneas de ejecucin quepermiten realizar ms de una operacin por ciclode reloj, la ampliacin de los buses de comunica-cin que permite la adquisicin o expedicin devarios bytes a la vez, la inclusin de las unidadesde punto flotante en la misma estructura del chip,etc. De hecho, aproximadamente cada seis me-ses los fabricantes de microprocesadores presen-tan alguna innovacin que hace a sus dispositi-vos ms poderosos y flexibles.

Esto ha puesto al alcance de cualquier usuariopromedio de computadoras, una capacidad de

procesamiento de datos que hasta hace pocosaos estaba destinada a grandes empresas ouniversidades. Como un dato interesante, le dire-mos que TRON, una pelcula de Disney filmadaen la segunda mitad de los 70s, fue una de lasprimeras cintas que incorpor animaciones encomputadora con grficos renderizados en tresdimensiones. Pues bien, en aquella poca se re-quiri toda la potencia de una computadora Crayde 64 bits para realizarlas; en la actualidad, losvideojuegos de la consola Nintendo 64 incluyenun microprocesador de 64 bits de Silicon Gra-phics y pueden generar animaciones de mejorcalidad que las de obtenidas en TRON.

Capacidad de almacenamiento de datosActualmente, una computadora con micropro-cesador Pentium, equipo multimedia, disco durode ms de un gigabyte, tarjeta de fax-mdem,etc. llega a costar menos de mil dlares. En cam-bio, hace unos quince aos tan slo un disco du-ro de 10 20 megabytes (el 1% de la capacidadtpica actual), poda costar unos 1,500 dlares.

Figura 8

Figura 9

Para grabar un disco por medios magneto-pticos, un rayo lser de alta potencia eleva latemperatura de un punto en el disco (1), al tiempo que se le aplica un campo magnticointenso (2). Gracias al "efecto Curie", una vez que se ha apagado el lser el punto quedamagnetizado, con lo que queda grabado un bit de informacin (3).

1

2 3

Disco magneto-ptico


Al igual que la mayora de componentes deuna computadora, los discos duros han experi-mentado una cada sensible en sus precios aso-ciada a crecientes mejoras tecnolgicas; en estecaso, hablamos de un extraordinario incrementoen la capacidad de almacenamiento, disminu-cin de los tiempos de acceso a los datos y fiabili-dad de la informacin. Ello se ha conseguidogracias a avances en la tecnologas de fabrica-cin de los platos magnticos, de las cabezas delectura/escritura y de los circuitos que codificany manejan la informacin.

Incluso, desde hace algunos aos se vieneutilizando la tecnologa magneto-ptica comoalternativa para el almacenamiento de datos(figura 9). Y no hay que olvidar que el CD-ROM(la misma tecnologa del disco compacto deaudio digital, pero aplicada a sistemas de cm-puto) por muchos aos se mantuvo como el me-dio por excelencia para la venta de programasmultimedia, debido a su alta capacidad de alma-cenamiento (hasta 640 MB de informacin) y muybajo costo.

Es ms, pruebas de laboratorio en las quetambin se combinan las tecnologas ptica ymagntica, prometen multiplicar por un factorde 10 la capacidad de almacenamiento, utilizan-do bsicamente los mismos discos magnticos;al mismo tiempo, se estn experimentando m-todos para grabar informacin en cristales foto-sensibles e incluso para utilizar memorias tipoRAM como principal medio de almacenamientode datos, con el consiguiente aumento de lavelocidad de acceso.

Gracias a estos avances, se calcula que haciaprincipios del prximo siglo una computadoraestndar podra contener decenas o cientos degigabytes de informacin en dispositivos detamao muy reducido.

Interface mquina-usuarioQuienes llevan algunos aos en el medio de lacomputacin, seguramente saben que el sistemaoperativo DOS slo puede manejarse medianterdenes alfanumricas introducidas por el usua-rio desde el teclado.

El surgimiento de los ambientes grficos (elMacOS en Macintosh, el Workbench de Amiga y

Windows de Microsoft en PC) constituy unarevolucin total en el desarrollo y popularizacinde las computadoras personales, permitiendoque usuarios poco experimentados tuvieranacceso a los recursos de clculo de un ordenadormoderno, pues la lgica de los mens, iconos yventanas es sumamente intuitiva (figura 10).

Adems de Microsoft y Apple (propietaria deMacintosh), actualmente grandes firmas mundia-les, entre las que se cuentan IBM, QNX y Linux,estn trabajando en el diseo de sistemas opera-tivos que ofrezcan una interface de comuni-cacin que mejore la interactividad entre el usua-rio y la computadora. De manera especfica, sepretende aadir sistemas de reconocimiento deinstrucciones orales; adems, se busca una ma-yor integracin entre el sistema operativo e Inter-net, ya que al parecer la tendencia a nivel mun-dial es que toda computadora est conectada ala red mundial; la integracin del navegadorde Internet con el sistema operativo, permitiraese enlace de manera natural para el usuario.

De hecho, desde hace algn tiempo estn dis-ponibles programas de reconocimiento de voz,que permiten al usuario dictarle una carta direc-tamente a la computadora (Macintosh puso a laventa hace algunos aos una mquina a la quese podan dictar cartas sencillas, aunque slo tra-bajaba en ingls). Para los usuarios discapacita-dos tambin se han desarrollado programas que

Iconos para ejecutarprogramas y otras tareas

Ventana del procesadorde textos de Works 95 Barra de botones para ejecutardiversas acciones en Works

Escritorio de Windows 95

Mens

Men de ayuda de Works

Figura 10


Podemos decir que Internet,es la unin a nivel mundial de varios

millones de computadoras repartidasen diversos pases y continentes.

Todas las comunicacionesentre ellas se llevan a caboutilizando la infraestructura

telefnica, de ahsu amplia difusin.

permiten dar algunas rdenes verbales alsistema, controlar la ejecucin de los programasmediante perifricos especiales e incluso siste-mas que le permiten a un invidente digitalizarpginas de un libro y traducir los textos en vocessintetizadas o ser impresos en Braille.

InternetPocos temas han generado tanta expectacincomo Internet, aun entre el pblico que rara-mente trabaja con una computadora; y es que lared mundial de computadoras ofrece una seriede servicios que definitivamente han modificadoel concepto de la comunicacin.

Internet es una red mundial de computadorasconectadas entre s por medio de lneas de rpidoacceso, a travs de comunicaciones va satliteo por simples lneas telefnicas (figura 11). Estosson los servicios de Internet ms utilizados, ytodos al costo de una llamada telefnica local:

1) Correo electrnico. Permite el intercambio deinformacin escrita (pueden enviarse tambinimgenes, grficos o cualquier otro tipo dearchivo computacional) de forma prctica-mente instantnea y a cualquier parte delmundo.

2) IRC. Permite entrar a grupos virtuales de con-versacin escrita, en los que navegadores dedistintas partes del planeta se renen paraintercambiar experiencias sobre un temaespecfico; lo que un usuario escribe en sucomputadora los otros lo reciben. A estosservicios tambin se les conoce como chats.El concepto tambin ha evolucionado haciala conversacin directa como si fuera unallamada telefnica (los llamados Internet-phone) e incluso hacia la transmisin de laimagen de los interlocutores (la videocon-ferencia, de la que ya hablamos).

3) La World Wide Web (telaraa mundial). Es unsistema basado en pginas , que no son otracosa que interfaces similares a las que seutilizan en los programas multimedia, esdecir, pantallas con texto, grficos, sonidos,animacin y otros elementos de control quese utilizan en los programas con interfacegrfica (figura 12). Y al igual que en un progra-

ma multimedia, la pantalla tiene textos eimgenes sensibles que, al colocar el punterodel ratn y hacer clic, permiten saltar de unpunto a otro de la misma pgina o hacia otrapgina.La Web es la parte ms exitosa de Internet yla que de hecho ha popularizado a esta redmundial de computadoras, debido a su mane-jo extraordinariamente sencillo. Cualquierpersona, aunque no tenga conocimientos de

Botones de accesoa otras partes de lapgina

Figura con animacin

Pantalla principal de la pgina de Aiwa

Botones del programa de navegacin porInternet Microsoft Internet Explorer 4.0

Figura 12

Figura 11


computacin, puede navegar en la Web.Adems, otra de sus ventajas es que hay millo-nes de pginas en todo el mundo, puestas porlas empresas, por las universidades y porparticulares, que brindan acceso gratuito atodo tipo de informacin.De hecho, es muy importante que usted, yasea estudiante o tcnico en electrnica, vayapensando en adquirir una computadora y co-nectarse a Internet, si es que an no lo hahecho. A travs sus pginas en la Web, losfabricantes de equipos electrnicos brindanmucha informacin gratuita y sumamentevaliosa; adems, se pueden intercambiar ex-periencias con otros usuarios de diferentespartes del mundo, etc.

Existen otros servicios disponibles en Internet,como grupos de discusin, listas de correo, trans-ferencia de archivos de un servidor hacia cual-quier computadora que lo solicite (FTP), etc., perosin duda estos son los ms empleados por elusuario tpico.

Electrnica de control

Los avances en este campo podemos dividirlosen dos: en el hogar y en la industria. En el primercaso, se han desarrollado diversos sistemas decontrol remoto, la automatizacin y programa-cin de los equipos, alarmas y cerraduras elec-trnicas, etc. En el segundo caso, se han desa-rrollado sistemas de control que supervisan conexactitud el funcionamiento de grandes maqui-narias, que mueven lneas de montaje completas,que manejan robots encargados del ensamblede mecanismos y de la aplicacin de pintura, en-tre otras muchas aplicaciones (figura 13).

La electrnica de control aprovecha que losdispositivos digitales permiten tomar decisiones,controlan movimientos de mecanismos, mane-jan las temperaturas de diversos procesos,determinan los flujos de materiales para produciralgn producto, etc. Incluso ya existen en elmundo fbricas 100% robotizadas, que necesitande mnima supervisin humana.

La gran ventaja de los sistemas de controldigitales, es que gracias a su ncleo lgico, es

posible adaptar un mismo mecanismo para queatienda necesidades distintas. As, por ejemplo,en las lneas de montaje de aparatos electrni-cos, donde constantemente se estn cambiandolos circuitos y modelos, se puede seguir aprove-chando el mismo sistema de control para laproduccin de los nuevos diseos; slo hay quesustituir el programa para que los mdulosmecnicos ejecuten movimientos y pasos apro-piados a las nuevas necesidades, y sin necesidadde cambiar por completo toda la tableta de con-trol por una nueva.

Hay muchos campos ms en los que las tcni-cas digitales han producido un impacto determi-nante. Por ejemplo, en la simulacin y entreteni-miento mediante la realidad virtual, en el diseoindustrial, en la construccin de prtesis parapersonas que han perdido algn miembro, en elanlisis clnico, en el control electrnico del auto-mvil, en las transferencias monetarias y enmiles de reas ms, algunas de las cuales abor-daremos en sucesivos nmeros de ElectrnicaRadio-Grfica.

Figura 13Robot utilizado en el ensamble de tarjetasde circuito impreso


EL TRANSISTOREN SU 50

ANIVERSARIO

Comienza la revolucin digital

En el ltimo nmero de diciembre de 1997, larevista Time design como el hombre del ao aAndrew Grove, cofundador de Intel, y no precisa-mente por la sencillez extrema que lo caracteri-za, sino por la influencia determinante que anivel mundial ejercen los productos de esa gi-gantesca compaa.

Intel es la empresa que fabric por primeravez un microprocesador, una pastilla de circuitointegrado que contiene todos los elementosnecesarios para realizar los complejos clculosnumricos y lgicos que se ejecutan en una com-putadora. Nos referimos al ya legendario 4004,un microprocesador con apenas 2300 transis-tores, pero con la misma capacidad de cmputoque la ENIAC, la primera computadora (1947), lacual contena unas 18 mil vlvulas, ocupaba unahabitacin entera para albergar sus gigantescasproporciones y pesaba 30 toneladas (figura 1).

La industria de los microprocesadores y susproductos complementarios (monitores, discosduros, memorias, tarjetas de interface, sistemasoperativos, programas de aplicaciones, etc.), cons-

EL TRANSISTOREN SU 50

ANIVERSARIOCarlos Garca Quiroz y

Leopoldo Parra Reynada

La electrnica de estado slidodescansa en los semiconductorescomo medios para la amplificaciny rectificacin de seales, laconmutacin de estados lgicos,etc. Desde su descubrimiento, hace50 aos, los semiconductoresmostraron ventajas con respecto alas vlvulas de vaco, puespermitieron construir dispositivosms pequeos, con un consumomnimo de energa, eficientes,confiables, fciles de producir y deconectar. El transistor es elelemento ms importante de losdispositivos semiconductores, pueses el ladrillo con el que seconstruye el edificio de la tecnologaelectrnica moderna.


tituyen el motor de las modernas economas,especialmente de la norteamericana, donde tanslo Silicon Valley, una pequea regin de Cali-fornia, produce alrededor de 200 mil millones dedlares al ao (ms de la mitad de todo lo queproduce Mxico en el mismo perodo!). No esgratuito que los especialistas econmicos afir-men que los pases desarrollados tienden haciauna economa digital.

Pero los microprocesadores no son sino uneco o resultado de otro invento sobre el que enltima instancia se fundamenta la revolucindigital: el transistor.

Hace 50 aos, el 23 de diciembre de 1947,cientficos de los Laboratorios Bell demostraronque un dispositivo construido con base en mate-riales slidos, poda comportarse de forma prc-ticamente idntica a las vlvulas de vaco, perosin sus inconvenientes. Aunque desde un princi-pio se supuso que el invento tendra mucha im-portancia en el futuro, sus inventores jams ima-ginaron la revolucin que estaba a punto de co-

menzar en la tecnologa electrnica, con repercu-siones en todas las reas del quehacer huma-no. Por su descubrimiento, William Shockley, JohnBardeen y Walter Brattain fueron acreedores alPremio Nobel de Fsica en 1956 (figura 2).

En el principio fue la vlvula de vaco

El transistor vino a desplazar a otro gran disposi-tivo en el que descans por dcadas la incipientetecnologa electrnica: la vlvula triodo, inven-tada en 1906 por Lee De Forest, quien a su vezse apoy en la vlvula diodo, inventada en 1905por John A. Fleming, basndose en un fenmeno(el efecto Edison) descubierto por Tomas A. Edi-son durante las investigaciones que lo llevarona inventar la bombilla incandescente.

Lee de Forest encontr que una rejilla dealambre electrificada originaba un flujo de elec-trones cuando se le colocaba dentro de un tuboo vlvula de vaco. Dicho flujo poda ser contro-lado de distintas maneras: se le poda interrum-pir, reducir o incluso detener por completo; aspor ejemplo, una muy baja corriente de electro-nes en la entrada del tubo llegaba a ser ampli-ficada por ste, a fin de producir una intensa co-rriente en la salida, por lo que este dispositivofue utilizado en televisores, radios y en cualquierotro equipo electrnico en el que se requirieraaumentar el nivel de una seal de entrada.

La vlvula de vaco pudo ser aprovechada parala rectificacin de corrientes (vlvula diodo), parala amplificacin (vlvula triodo) y para un grannmero de aplicaciones especializadas (vlvulaspentodo, tetrodo y otras ms, figura 3). Con todoeste potencial en el control de la electricidad, elhombre pudo manejar seales electrnicas (elec-tricidad transportando informacin); y as surgie-ron y se desarrollaron nuevas formas de comu-nicacin como la radio y la televisin, y nuevosavances tecnolgicos, como el radar y las prime-ras computadoras.

Surge el transistor

Las investigaciones de las que surgi el tran-sistor, como todo desarrollo humano, estuvieronrodeadas de acontecimientos diversos en los que

Figura 1

Cientficos de loslaboratorios Bellque desarrollaron eltransistor. Al frente,Shockley, atrsizquierda, Bardeeny atrs derechaBrattain.

Figura 2

Arch

ivo

de A

T&T


intervinieron las deducciones lgicas, el ensayo,el error, la suerte y la pericia.

El primer transistor fue construido en unabase plstica en forma de C, en la cual se monta-ron dos piezas de un elemento por entonces nomuy conocido, el germanio, sostenidas por unresorte elaborado en ltimo momento con un clipde oficina. De las terminales de esta estructurasalan delgados hilos de oro, que hacan las vecesde conectores para la entrada y salida de seales(figura 4). Con este dispositivo tan rudimentario,los investigadores pudieron amplificar sealesde igual forma como lo hubieran hecho con unavlvula triodo; y no haba necesidad de unaenvoltura de cristal al vaco, de filamentos incan-descentes o de elevados voltajes de operacin.

En efecto, el transistor (llamado as debido aque transfiere la seal elctrica a travs de unresistor) pudo realizar las mismas funciones deltubo al vaco, pero con notorias ventajas: no slosustituy el complejo y delicado tubo por un sen-cillo montaje que consiste bsicamente en unconjunto de finos alambres bigotes de gato,acoplado en un pequeo cristal semiconductor,sino que hizo innecesaria la condicin de vaco.Adems, no requera de previo calentamientopara empezar a funcionar, y tampoco de un granvolumen para su encapsulado; su estructura fijahaca de l un dispositivo ms confiable y dura-dero; y su consumo de energa era insignificante.

Qu es un semiconductor?

Para saber cmo trabaja un transistor, se debeentender la manera en que la corriente elctrica

es conducida a travs de un slido y el principiode operacin de los semiconductores.

Bsicamente, la conduccin de electricidad enun slido depende del grado de libertad de suselectrones. Sabemos que el cobre es un buen con-ductor, puesto que tiene un electrn en su rbitao capa externa, el cual se libera fcilmente, pro-vocando un flujo de electrones y por consiguienteconduccin de electricidad. Y como la mayorade los metales mantiene esa condicin en suselectrones, resultan ser buenos conductores.

Por su parte, los llamados aislantes sonelementos que, como en el caso del azufre, portener sus electrones contenidos en estrechosenlaces con los ncleos y con otros tomos, noconducen electricidad.

Pero existe un tercer de tipo de materiales queno se comportan ni como conductores ni comoaislantes puros: los semiconductores; espordi-camente, stos proporcionan un electrn libre oun espacio hueco para permitir la conduccinde la corriente.

Entre los semiconductores ms comunespuede mencionarse al silicio y al germanio, quetienen aproximadamente un electrn libre porcada mil tomos; esto contrasta con el cobre,que suministra un electrn por cada tomo.

Los fsicos manifestaron gran inters pordichos materiales, pues al ser posible controlarsu nmero de electrones libres, podan compor-tarse como conductores ante ciertas condicionesy como aisladores ante otras. Precisamente, unainvestigacin especfica sobre las propiedadeselctricas de los semiconductores, fue lo quecondujo al desarrollo del transistor. Con el pro-

Los bulbos o vlvulas de vacoaprovechaban para su operacin latransferencia de electrones entreun ctodo y un nodo colocadosen el vaco, e introduciendoalgunas rejillas de control,actuaban como amplificadores.

Figura 3

Imagen del primertransistor. Loscristales degermanio eran lapequea pieza enforma de cilindro(emisor) conectadaal tringulo (base)y a la placa inferior(colector). Todoslos demselementos son desoporte.

Figura 4

Arch

ivo

de A

T&T


psito de apreciar el comportamiento elctricode una de estas sustancias, veamos la figura 5A.

Podemos observar un cristal de germanio (osilicio) que tiene en su capa externa cuatro elec-trones, llamados electrones de valencia, queen conjunto enlazan a los tomos. Precisamen-te, como todos los electrones se encuentran ocu-pados en unir a los tomos, no estn disponiblespara generar electricidad. (Gracias a la estructuracristalina, los tomos comparten momentnea-mente sus electrones exteriores, de modo queviendo una fotografa instantnea del conjuntose podra suponer que en todos los tomos hayocho electrones en su rbita exterior, condicinque resulta sumamente estable, puesto que nodeja ningn electrn libre para la conduccin deelectricidad.)

Ahora, supongamos que alguna impureza concinco electrones en la rbita de valencia (porejemplo, un tomo de fsforo) entra al cristal.Esto provoca que cuatro de los electrones formenenlaces con los tomos de germanio, pero elquinto queda libre para conducir la corriente (fi-gura 5B).Otro caso similar muy interesante, esel del tomo de boro introducido en el cristal degermanio (figura 5C). El tomo de boro es unaimpureza con tres electrones de valencia.

Aqu, uno de los puntos necesarios para launin con los tomos de germanio est ausente;se crea entonces un estado de desequilibrio,donde alguno de los tomos de la estructura tanslo cuenta con siete electrones, lo que deja unespacio libre que puede ser llenado con unelectrn viajero. Por consecuencia, la falta de unelectrn (a la que se considera una entidad fsicay se le denomina hueco) posee todas las propie-dades de esta partcula; es decir, tiene masa y

carga; aunque, como est ausente, su carga espositiva en vez de negativa.

De acuerdo con este comportamiento, se pudoestablecer que un cristal semiconductor es capazde conducir electricidad cuando se da la presen-cia de impurezas. Con base en ello, fue diseadoun mtodo de control de electrones o huecos enun cristal, que los cientficos de los laboratoriosBell consideraron en el invento del transistor. De-pendiendo del tipo de impurezas introducidas enel cristal, existen dos tipos de material: el mate-rial tipo N o negativo (que posee algunos elec-trones libres) y el material tipo P o positivo (conalgunos huecos libres). Estos materiales se com-binan entre s para construir diversos tipos dedispositivos, siendo el ms comn de todos ellosel transistor bipolar, cuya operacin explicare-mos a continuacin.

Principio de operacin de un transistor

A los transistores con las caractersticas citadasse les denomina bipolares, y su estructurainterna es como se muestra en la figura 6A. Noteque se forma con tres capas alternadas de mate-rial semiconductor: una N, otra P y finalmenteotra N (es por ello que se les llama NPN). Observetambin que a la terminal conectada en la partesuperior del dispositivo se le denomina colec-tor, a la capa intermedia base y a la inferioremisor. Veamos cmo funciona el conjunto.

En primer lugar, para que un transistor fun-cione tiene que estar polarizado en cierta forma;en el caso que nos ocupa (transistor NPN), estapolarizacin implica un voltaje positivo aplicadoentre colector y emisor y una alimentacin posi-tiva de pequea magnitud entre base y emisor

Figura 5

Si Si Si

SiSiSi

Si Si SiElectrn 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


(figura 6B). Cuando esto sucede y la polarizacinde base es inferior al voltaje de ruptura del diodoformado entre base y emisor (0.3 volts para elgermanio, 0.7 volts para el silicio), el voltaje entrecolector y emisor forma un campo elctrico con-siderable en el interior del dispositivo; pero comose enfrenta a una estructura semejante a un dio-do invertido (unin NP de colector a base), nopuede haber un flujo de corriente entre el colec-tor y el emisor. Sin embargo, se tiene una condi-cin tal de excitacin de los electrones y huecosen el dispositivo, que bastara con cualquierimpulso externo para que el conjunto entrara enconduccin.

Este impulso proviene justamente de la co-rriente aplicada en la base, misma que se disparaal momento en que el propio voltaje aplicado enla base supera el punto de ruptura antes men-cionado; entonces, la corriente que circula entre

base y emisor provoca una avalancha deelectrones entre colector y emisor. Pero estaavalancha no es desordenada, sino que dependemuy estrechamente de la cantidad de electronesque circulen a travs de la base (figura 6C); dehecho, una de las caractersticas principales deun transistor es un factor de ganancia decorriente, el cual indica cuntas veces seramplificada la corriente de la base en el colector(la frmula es IC = Hfe x IB, donde Hfe es el factorde ganancia de corriente, IC = corriente decolector e IB = corriente de base). Para finesprcticos, esto significa que el transistor ampli-fica por un factor Hfe la corriente de su entrada.

La estructura NPN no es la nica que se hadesarrollado, sino que tambin existen transis-tores con una lgica negativa; esto es, forma-dos por capas alternas de material P, N y P (dehecho, el primer transistor construido fue de estetipo). El comportamiento de tales dispositivosresulta prcticamente idntico al anterior, slovariando el sentido de los voltajes de polari-zacin aplicados en las terminales. Vea en la fi-gura 6D la simbologa con que se identifica a lostransistores bipolares tipo NPN y PNP.

Transistores contenidos en obleas de silicio

El transistor tuvo un predominio absoluto en losaos 50, 60 y parte de los 70, desplazando a lasvlvulas de vaco, en tanto elemento activo, enfunciones como amplificador de audio, de sea-les de TV, de pulsos y como oscilador.

Sin embargo, ya desde fines de los 50s seadverta que la miniaturizacin de estos elemen-tos poda alcanzar niveles extraordinarios. Preci-samente, en 1958 en los laboratorios Fairchild(gracias a los esfuerzos de un ingeniero muy cre-ativo: Jean Hoerni) por primera vez se logr algoque pareca imposible: en la superficie de un blo-que de silicio se grabaron varios dispositivos ala vez, conectados entre s para realizar un traba-jo en conjunto, y se introdujo este cristal semi-conductor en un encapsulado nico, de tal mane-ra que se poda manejar como un bloque funcio-nal. Fue as como nacieron los circuitos integra-dos, que vendran a ser el siguiente paso en laevolucin de la tecnologa electrnica.Figura 6

N

P

N

+ + + + + + +- - - - - - -

- - - -

Colector

Emisor

Base

Vc

VBIB=0

Campoelctrico

Ic=0

C

C

E

E

B B

N

P

N

Vc

VBCampoelctrico

Ic = Hfe x IB

+ +

-

-

-

-

-

-

-

-

IB=0

C

C

E

E

B B

P

N

P

A B

C

D

> 0.7 V (Si)> 0.3 V (Ge)

(muypequea)


Ms adelante, las tcnicas de fabricacin decristales de silicio mejoraron, la produccin demscaras de grabado se depur y se desarrolla-ron nuevos e ingeniosos mtodos para el dopadode los materiales semiconductores. Fue posible,entonces, fabricar circuitos integrados medianteun proceso de fotograbado, en el que se tiene unadelgada oblea de silicio (figura 7) sobre la cualse proyectan las sombras de unas mscarasdonde vienen grabadas las delgadas pistas queposteriormente se convertirn en las terminalesde los transistores.

Utilizando mtodos fotoqumicos se aprove-chan las sombras para sembrar impurezas enel sustrato semiconductor, y al ir apilando capasalternativas de cristales tipo N y tipo P, finalmentese obtiene una amplia variedad de dispositivos,

que pueden ir desde diodos hasta transistoresde efecto de campo. Vea en la figura 8 el procesode fabricacin de los chips.

Gracias a ello, el transistor pudo ser reducidohasta alcanzar la dimensin de unas cuantasmicras, es decir, una milsima de milmetro (enla actualidad un transistor puede llegar a medir0.25 de micra); precisamente, la experiencia ob-tenida en la fabricacin de circuitos integrados,permiti a Intel fabricar en 1971 el primer micro-procesador en un solo chip: el 4004.

Aqu cabe hacer la aclaracin de que, paraque estos circuitos sean capaces de realizar cl-culos matemticos complejos en fracciones desegundo, se aprovecha una caracterstica muyespecial de los transistores: su capacidad de fun-cionar como switches o interruptores de corrien-te o voltaje; esto es, un transistor puede presentardos estados bsicos: uno de conduccin y otrode no conduccin. A esta aplicacin de los tran-sistores se le denomina electrnica digital.

Surgen los microprocesadores

Intel es la empresa pionera en la fabricacin demicroprocesadores. Fue fundada en 1968 porGordon E. Moore, Andrew Grove y Ted Hoff,quienes previamente haban trabajado para IBMy/o Fairchild, y por lo tanto tenan experiencia

Oblea de silicioen donde seobserva la grancantidad decircuitosidnticos quese obtienen deuna sola pieza.

Figura 7

FotoresistenciaCapa de dixido de silicioCapa de nitruro de silicio

Sustrato de silicio

Oblea de siliciopreparada

Proyeccinde luz

Retcula(o mascarilla)

Lente

Los patrones sonproyectados sobrela oblea repetidamente

La fotoresistenciaexpuesta es removida

Las reas no protegidas por lafotoresistencia son grabadas con gases

Los iones baan las reasgrabadas con impurezas

Regin con impurezas

Conector de metalLa nueva fotoresistencia es girada en laoblea y los pasos 2 al 4 se repiten

Un ciclo similar es repetido para cubrir lasuniones de metal entre los transistores

1

2

34

5

6

Nat

iona

l Sem

icon

duct

or

Figura 8


en la fabricacin en serie de circuitos integrados,lo que les permiti manufacturar los primeroschips de memoria RAM. En 1970, debido a labuena reputacin que haban ganado en el mer-cado electrnico sus circuitos de memoria, unafirma japonesa fabricante de calculadoras electr-nicas (Busicom) los contact para que desarro-llaran trece nuevos circuitos integrados que se-ran el corazn de su nueva lnea de modelos.

Enfrentados a este compromiso, los ingenie-ros de Intel advirtieron que no tendran el tiemposuficiente para desarrollar los trece circuitos indi-viduales; pero a dos de sus fundadores e inves-tigadores ms brillantes (Ted Hoff, reconocidohasta la fecha como el padre del microproce-sador, y Gordon E. Moore), se les ocurri la ideade crear un ncleo comn que sirviera a los trecemodelos por igual; y los pequeos cambios queatendieran a las particularidades de cada modelose grabaran en una memoria ROM independien-te, en forma de un programa de instrucciones.

Este circuito de propsito general fue el primermicroprocesador de la historia; mas los derechosde comercializacin no pertenecan a Intel, puestodo el diseo se haba hecho por encargo deBusicom. Sin embargo, la fortuna le fue favorablea Intel, ya que en poco tiempo Busicom se vioen serias dificultades financieras y le vendi losderechos de explotacin comercial del circuitoque haba salido de sus laboratorios. Surge as,en 1971, el primer microprocesador de venta alpblico: el Intel 4004, un dispositivo que podamanejar palabras de 4 bits de longitud y que esta-ba construido a partir de un circuito integradode 2,300 transistores.

Este fue el punto de arranque de una extraor-dinaria industria que a la fecha reporta miles demillones de dlares al ao de ganancias, y quehan convertido a Intel en la sptima compaams rentable del mundo.

La evolucin de los microprocesadores de Intelha marcado de forma definitiva el crecimientodel mercado de las computadoras personales.Por ejemplo, cuando present su microprocesador8080, los estudiantes e investigadores dispusie-ron de un circuito con la suficiente capacidad decmputo para crear una microcomputadora. Yas surgi la industria de las computadoras per-

sonales, la ms famosa de las cuales fue la ZXSpectrum. Posteriormente, cuando Intel presentel primer microprocesador de 16 bits, el 8086,IBM lo eligi como el cerebro de su nueva plata-forma de computadoras personales. Nace enton-ces la PC (Personal Computer).

La plataforma PC ha ido evolucionando segnhan aparecido en el mercado los nuevos micro-procesadores de la serie X86: el 80286 impulsa la segunda generacin de PCs, el i386 a la ter-cera, el 486 a la cuarta y el Pentium a la quinta yposteriores; y aunque hay otros tipos de micro-procesadores que ofrecen igual o mayor potenciade cmputo que los circuitos de Intel, gracias asu enorme posicin de mercado esta compaamonopoliza algo as como el 90% de las ventasmundiales de microprocesadores en el mundo.

Y en esta revolucin el transistor es el per-sonaje principal. Desde el microprocesador 4004hasta el ms moderno y avanzado diseo deIntel, el Pentium II, estn construidos con baseen minsculos transistores, combinados de talforma que pueden realizar complejsimos cl-culos en fracciones de segundo; de hecho, segnse ha ido avanzando en la evolucin de los mi-croprocesadores, el nmero de transistores in-cluidos en una de estas pastillas ha ido creciendode forma exponencial, pasando de 2,300 en el4004 hasta 7.5 millones en el Pentium II.

Como podr suponer, agrupar millones detransistores bipolares en un pequeo bloque desilicio que apenas rebasa el rea de una ua(figura 9), requiri de profundas investigacionesen el mbito de los semiconductores. Fue ascomo surgieron tecnologas que permitieronfabricar nuevos tipos de transistores, como expli-caremos a continuacin.

Familias MOS y MOSFET

Los transistores que se utilizan en la construc-cin de circuitos integrados extremadamentecomplejos, como microprocesadores o bloquesde memoria, son del tipo semiconductor metalxido o MOS (figura 10). Estos transistores tienendos regiones principales: la fuente (source) y eldrenado (drain); como en este ltimo hay electro-nes en abundancia, se dice que los transistores


son tambin del tipo N. Entre la fuente y el drena-do se encuentra una regin del tipo P en la quefaltan muchos electrones; como ya se dijo, aestas regiones se les llama huecos.

En su parte superior, el sustrato de silicio tieneuna capa de dixido de silicio aislante; a su vez,la parte superior es un metal que corresponde ala compuerta (gate). Precisamente, de la anteriorcombinacin de un metal con un xido se derivael nombre de semiconductor metal xido.

Cuando un voltaje positivo es aplicado en lacompuerta de metal, se produce un campo elc-trico que penetra a travs del aislante hasta elsustrato. Este campo atrae electrones hacia lasuperficie del sustrato, justo abajo del aislante,permitiendo que la corriente fluya entre la fuentey el drenado. Dependiendo de la magnitud de

voltaje aplicado en la compuerta, menor o mayorser el canal conductor que se abra entre dre-naje y fuente, de modo que tendremos un com-portamiento idntico al de un transistor tradi-cional, pero con la diferencia de que ahora lacorriente de salida es controlada por voltaje, nopor corriente.

La estructura tan sencilla de este tipo de tran-sistores permiti fabricar, mediante avanzadastcnicas fotoqumicas y el uso de dispositivospticos muy sofisticados, transistores de dimen-siones francamente inconcebibles. Como ya semencion, en los modernos microprocesadoresun transistor mide alrededor de 0.25 micras, yse espera que en poco tiempo se desarrolle latecnologa para producirlos de 0.18 e incluso 0.13micras. Y esto, a su vez, ha permitido la inclusinde cada vez ms dispositivos en un chip sin nece-sidad de que ste tome proporciones gigantes-cas y por lo tanto inmanejables.

Esta ha sido la clave para la produccin decircuitos integrados y microprocesadores cadavez ms poderosos, sin que ello implique un au-mento en el costo de fabricacin que los ubiquefuera del mercado; y gracias a ello, en la actuali-dad podemos tener en nuestro escritorio unacomputadora con ms poder de clculo que to-das las mquinas que se utilizaron para guiar ala misin Apollo 11 a la Luna.

De hecho, en el mundo de los microprocesa-dores circula casi como un acto de fe, un princi-pio que hasta la fecha se ha cumplido casi pun-tualmente: la ley de Moore, segn la cual cadaaproximadamente 18 meses los circuitos integra-dos duplican la cantidad de transistores que

FuenteCompuerta

(metal)

Aislador

Drenado

Electrones

Huecos

Sustrato tipo P

Figura 9

Microprocesador Power PC620 de Motorola, con 7millones de transistores.

Mot

orol

a

Microprocesador Alpha de500 MHz en su encapsulado.

Figura 10 Figura 11

Digit

al Eq

uipme

nt

Terminal

Colectorbipolar

Base bipolar

Emisor bipolar

Terminal

Compuerta de polisilicio

Aislador dexido

DrenadoMOSFET

SustratoMOSFET

FuenteMOSFET


utilizan, al tiempo que tambinmultiplican por 2 su potencia decmputo.

Transistores de altaspotencias

Otra vertiente en el desarrollode los transistores, paralela a laminiaturizacin, ha sido el ma-nejo y control de grandes mag-nitudes de energa. Para ello, sedisearon transistores y, engeneral, semiconductores deswitcheo que son capaces demanejar elevadas potencias.

Los transistores de este nue-vo tipo, llamados transistoresbipolares de compuerta aisla-da (IGBT, figura 11), son del ta-mao de una estampilla postaly pueden agruparse para mane-jar incluso 1,000 amperios de corriente en rangosde hasta varios miles de volts. Lo ms impor-tante, sin embargo, es que los dispositivos IGBTspueden conmutar esas corrientes con una granvelocidad.

Actualmente, los IGBTs se utilizan en diferen-tes aplicaciones, componentes y sistemas. Porejemplo, en controles de motores elctricos, enmotores que manejan maquinaria, equipo orobots; los motores del tren bala en Japn (shin-kansen) son controlados por IGBTs.

Futuro del transistor

Desde su invencin hace 50 aos, el transistorha evolucionado de acuerdo con necesidadesespecficas de aplicacin en diferentes sistemasy equipos (figura 12). Los transistores se hanproducido en tales cantidades hasta la fecha, queresultan muy pequeos y baratos; a pesar de ello,son varias las limitaciones fsicas que han tenidoque superarse para que el tamao de estos dis-positivos contine reducindose.

Asimismo, puesto que la tarea de interconec-tar elementos cada vez ms diminutos puedevolverse prcticamente imposible, los investiga-

dores deben considerar tambin el tamao delcircuito. Si los transistores se someten a fuertescampos elctricos, stos pueden afectar en variasformas el movimiento de los electrones, produ-ciendo lo que se conoce como efectos cunticos.

En el futuro, el tamao de los transistores pue-de ser de tan slo algunos cientos de angstrom(1 angstrom = una diezmilsima de micra); poresto mismo, la presencia o ausencia de algunostomos, as como su comportamiento, ser demayor importancia. Al disminuirse el tamao, seincrementa la densidad de transistores en unchip; entonces ste aumenta la cantidad de calorresidual despedido. Adems, tomando en cuentaque por su reducido tamao los elementos delcircuito pueden quedar por debajo del rango enque se desenvuelve la longitud de onda de lasformas de radiacin ms comunes, existen mto-dos de manufactura en riesgo de alcanzar susmximos lmites (especficamente el mtodofotoqumico que se emplea hasta la fecha parafabricar circuitos integrados de alta complejidad).

Finalmente, podemos sealar que la revolu-cin contina y que, tal como ha sucedido enlos ltimos 50 aos, seguiremos viendo progre-sos ahora insospechados.

Traccin

HVDC

Auto elctrico

Fuentes de alimentacinde computadoras

Electrnicaautomotriz

Estreo

Display

Telecomunicaciones

Plancha demano

Balastro delmpara fluorescente

Procesador de alimentos

Aireacondicionado

RefrigeracinAutomatizacin de fbricas

0.01

0.1

1

10

100

1.000

10 100 1,000 10,000

Ran

go d

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del

disp

ositiv

o (a

mpere

s)

Rango de tensin de bloqueo del dispositivo (volts)

Figura 12


TELEVISIONDIRECTA POR

SATELITE

Cmo surge el sistema DSS

En 1957, el hombre por primera vez puso en rbi-ta un satlite artificial, con el lanzamiento delSputnik (figura 1), de fabricacin sovitica.Comenz entonces una carrera espacial que des-pus de varias dcadas dara por resultado unvasto sistema de servicios satelitales, como latelefona, las comunicaciones transocenicas vamicroondas, el monitoreo y prediccin del clima,la cartografa y las emisiones televisivas.

Los fundamentos tericos de las comunica-ciones va satlite fueron planteados en 1945,por el fsico y escritor britnico Arthur C. Clarke(el autor de la novela 2001, una Odisea Espacial),a quien tambin se debe el concepto de satlitesgeo-sincrnicos, aquellos cuyo movimiento alre-dedor de la Tierra coincide con el del planetamismo, de modo que para un observador terres-tre parecera un cuerpo fijo, pues mantiene lamisma posicin relativa (figura 2). La tecnologade entonces, no permita el desarrollo de estetipo de sistemas, y lo ms aproximado a un cohe-te espacial se utilizaba con fines blicos; fue el

El nuevo sistema de televisindigital por satlite, mejorconocido por las siglas DSS oDTH, descansa en un conceptode transmisin de sealesdigitales comprimidas, las cualesse envan a un satlite que lasretransmite con mayor potenciade retorno a la Tierra. Estopermite captar las seales conuna antena parablica deorientacin fija y de un tamaomuy reducido. Enseguidadescribiremos cmo funcionaeste sistema de TV por satlite.

TELEVISIONDIRECTA POR

SATELITEJuan Manuel Gonzlez


caso de las bombas voladoras V-2, utilizadas porlos alemanes contra Inglaterra durante la Segun-da Guerra Mundial.

En 1958, el ejrcito de los Estados Unidos lan-z con xito un pequeo satlite capaz de mane-jar un canal de voz, el cual reciba la seal quellegaba desde la Tierra y poda retransmitirlainmediatamente o grabarla para su posteriortransmisin. En 1960 la NASA hizo el experimen-to de poner en una rbita baja un satlite pasivo(una simple esfera de gran dimetro y con aca-bado metalizado) con el objetivo de que sirvieraa las transmisiones radiales como punto de rebo-te para alcanzar lugares remotos. En 1962 se en-viaron dos nuevos satlites para realizar pruebasde enlaces a baja altura, pero no fue sino hasta1963 cuando se lanz el Syncom-2, primer sat-lite geo-sincrnico. Con todas las experienciasobtenidas, se pudo formar finalmente la organi-

zacin INTELSAT, que en 1965 puso en rbitaestacionaria un satlite que fue muy famoso enlos aos posteriores: el Early Bird o Pjaro Madru-gador, que poda manejar hasta 240 conversa-ciones telefnicas simultneas entre EstadosUnidos y Europa.

A partir de ese ao los avances se sucedieronen cascada, y pronto se pudieron manejar sea-les de TV para su transmisin va satlite desdeun punto del planeta hasta sitios opuestos. Yaen la dcada de los 80s, con los progresos obte-nidos en la tecnologa electrnica, fue posiblefabricar equipos de transmisin en los satlitescada vez ms poderosos, al igual que circuitosreceptores ms precisos e inmunes al ruido; fueentonces cuando las grandes compaas televi-soras pudieron ofrecer servicios de televisin porsatlite directamente a los particulares.

En muchos pases el panorama urbano co-menz a cubrirse de antenas parablicas, quepor entonces se consideraban de mediano tama-o (entre 2 y 5 metros de dimetro; figura 3), pe-ro ahora, con el nuevo sistema DSS, resultan serenormes. Incluso, surgieron canales de tele-visin dedicados solamente a transmitir su sealpor satlite, compitiendo as con los servicio deTV de paga por cable.

Este acelerado crecimiento de los servicios detelevisin satelital, coincidi con el afianzamien-to definitivo de la tecnologa digital, que permitila codificacin numrica de los canales; la fabri-cacin de satlites con transmisores cada vezms poderosos y receptores terrestres cada vezms sensibles y baratos; la compresin de lasseales enviadas para aprovechar de manerams ptima el ancho de banda asignado; la en-

Figura 1El Sputnik, primer satliteartificial puesto en rbita

Figura 2

Movimientorpido

Movimientomoderado

Movimientolento

Bajaaltitud Altitud

mediaOrbita

geo-sincrnica

Para que un satlite artificial no "caiga" sobre elplaneta, se debe equilibrar la atraccin gravitacionalde la Tierra con la fuerza centrfuga de su rbita; porlo tanto, un satlite cercano a la Tierra deberdesplazarse rpidamente (una revolucin cada 1 2horas), si se aleja, esta velocidad disminuye (unarevolucin cada 8 12 horas).Sin embargo, existe una rbita en la cual un satlitenecesita exactamente 24 horas para completar unarevolucin. A esta rbita se le llama geo-sincrnicao Cinturn de Clarke.


criptacin de canales para que slo usuarios au-torizados pudieran recibirlos; el mejoramientodel audio obtenido, con la misma calidad de undisco compacto; etc.

Finalmente, la compaa RCA, en conjuntocon Huges Aircraft (la divisin aeroespacial deGeneral Motors), lanz a mediados de los 90s elprimer sistema de televisin directa al hogar,conocido tambin como DTH (siglas de Direct-to-Home) o DSS (siglas de Digital Satellite System),el cual ha tenido una gran acogida en muchospases, incluido el nuestro.

Operacin general del sistema

Un sistema de TV directa por satlite est com-puesto por tres elementos bsicos (figura 4):

1) Instalaciones de transmisin de subida, lascuales envan las seales de programacin alos satlites en rbita sobre el ecuador.

2) Un satlite que recibe las seales y las retrans-mite a la Tierra.

3) Una estacin receptora que incluye al platode recepcin de satlite.

Las seales de imagen y sonido originadas enun estudio (o en las instalaciones de radio), sonprimeramente enviadas a una estacin de subi-da, en donde son procesadas y combinadas conotras seales para su transmisin en frecuenciasde microondas. A continuacin, un gran platode subida concentra estas seales de microon-

das y las transmite al satlite localizado a 22,247millas sobre el ecuador (altura de la rbita geo-sincrnica). La antena receptora del satlite cap-ta estas seales y las enva a su receptor paraser procesadas; estas seales, que contienen lainformacin original de audio y video, son con-vertidas en otro grupo de frecuencias de micro-ondas, y entonces se envan al amplificador para,desde ste, ser transmitidas hacia la Tierra.

Al conjunto completo receptor/transmisor sele denomina transponder. Las seales de salidadel transponder son enviadas a la antena transmi-sora, la cual enfoca las microondas en un hazelectromagntico que es dirigido hacia la Tierra,donde un plato receptor de satlite capta la ener-ga de esas microondas que contienen la infor-macin original de audio y video, y la enfoca ha-cia un bloque convertidor de bajo ruido o LNB.A su vez, el LNB amplifica y convierte las sealesde microondas en otro grupo de frecuencias msbajo, mismas que pueden ser enviadas a travsde un cable coaxial al receptor decodificador desatlite dentro de la casa del usuario. El recep-tor sintoniza los transponders de manera indivi-dual y convierte la informacin original de audioy video en seales que pueden ser vistas y escu-chadas en un televisor convencional y en unsistema estreo.

Subida

En el sistema DSS se transportan datos digitales,video y audio a la casa del cliente, va un satlitede banda KU de alta potencia (la banda KU trans-mite con una frecuencia cercana a los 12 GHz).El proveedor de TV enva sus programas, tantode video como de audio a las instalaciones desubida, en donde la seal es codificada digital-mente (compresin MPEG y encriptacin). Aestas seales se aaden diversos elementos,como una serie de llaves codificadas para acti-var los receptores de los usuarios abonados, unaseal exclusiva con la programacin de los diver-sos canales manejados por el sistema (una espe-cie de TV-Gua en pantalla) y algunos datosadicionales de carcter digital, que podran tenerun uso en comunicaciones va Internet, flujo deinformacin comercial, etc.

Figura 3


Toda esta informacin se agrupa formandopaquetes de datos, mismos que se transmiten alsatlite, donde la seal se capta, se procesa y seamplifica, para finalmente volverse a retransmitirhacia la Tierra, donde los usuarios del sistemaDSS podrn captar los canales contratados, conuna alta calidad de imagen y sin necesidad dereceptores muy costosos.

Compresin MPEG2

Segn mencionamos, en el sistema DSS el audioy el video son transmitidos como seales digita-les, en vez de las seales analgicas convencio-nales. Recordemos que todo el proceso de gene-racin, transmisin y recepcin de TV convencio-nal se lleva a cabo por mtodos completamenteanalgicos, debido a que se sigue utilizando elmismo formato de televisin (el NTSC) diseadohacia mediados de los aos 50s.

La cantidad de datos necesaria para transmitirtoda la informacin de audio y video en formadigital requerira velocidades de transmisin decientos de megabits por segundo. Simplemente,tome en cuenta que el ancho de banda de la sealde TV es de 4.25 MHz; dicha seal debe mues-trearse a por lo menos 9 MHz para obtener unresultado satisfactorio, y esta velocidad hay quemultiplicarla por la cantidad de

Electronica y Servicio 01---Hacer Un Probador de Flyback

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