Electronica y Servicio 03

ELECTRONICA radio-grfica ELECTRONICA radio-grfica


CONTENIDOFundadorProfr. Francisco Orozco Gonzlez

Direccin editorialLic. Felipe Orozco Cuautle([email protected])Direccin comercialProfr. J. Luis Orozco Cuautle([email protected])AdministracinLic. Javier Orozco Cuautle([email protected])Editor asociadoLic. Eduardo Mondragn Muoz

Revisin tcnicaIng. Leopoldo Parra Reynada([email protected])Colaboradores en este nmeroIng. Leopoldo Parra ReynadaIng. Oscar Montoya Figueroa([email protected])Ing. Alberto Franco SnchezProfr. J. Luis Orozco CuautleIng. Carlos Garca QuirozIng. Gerardo A. LagunaProfr. Francisco Javier Orozco Mancilla

Diseo Grfico y Pre-prensa digitalD.C.G. Norma C. Sandoval Rivero([email protected])Apoyo en grficosGabriel Rivero Montes de Oca

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SuscripcionesMa. de los Angeles Orozco CuautleIsabel Orozco Cuautle([email protected])

Revista editada mensualmente por ComunicacinDigital, S.C., mediante convenio de explotacin delnombre Radio-Grfica con Instituto IRMEXCO. Todoslos contenidos, logotipo y caractersticas de diseo sonpropiedad de Comunicacin Digital, S.C.Actualizacin de registros en trmite.Oficinas: Norte 2 No.4, Col. Hogares Mexicanos,Ecatepec de Morelos, Estado de Mxico, C.P. 55040.Mxico. Tels 787-1779 y 770-4884, fax 770-0214Impresin: Taller Tcnica y Cultura de Radio y Televi-sin, S.A. Abraham Gonzlez 101, Col. Jurez, Mxico,D.F. 06600. Tels. 535-0950 y 535-0998, fax 705-2798Precio ejemplar: $30.00 ($35.00 ejemplares atrasados)Suscripcin anual: $360.00 para toda la RepblicaMexicana, por correo de segunda clase (60.00 Dlls.para el extranjero).Todas las marcas y nombres registrados que se citanen los artculos, son propiedad de sus respectivascompaas.Estrictamente prohibida la reproduccin total o parcialpor cualquier medio, sea mecnico o electrnico.

No.3, Nueva Epoca, Mayo de 1998

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

Perfil tecnolgicoDel fongrafo al disco verstil

digital (DVD).................................................9Felipe Orozco y Leopoldo Parra

Leyes, dispositivos y circuitosFundamentos fsicos de lareproduccin del sonido............................. 23Oscar Montoya Figueroa

Qu es y cmo funcionaDispositivos electrnicosde memoria.................................................. 32Leopoldo Parra Reynada

Servicio tcnicoAjustes electrnicos en televisoresPanasonic y Quasar.....................................43Javier Orozco MancillaMecanismo tipo magazine de seisdiscos en autoestreos...............................47Leopoldo Parra ReynadaSistema de autodiagnstico paralocalizar fallas en videograbadoras........... 54Carlos Garca Quiroz

Electrnica y computacinInternet como opcin de apoyo alservicio electrnico..................................... 63Alberto Franco Snchez y J. Luis Orozco C.

Proyectos y laboratorioConstruccin de una fuenteregulada variable........................................73Oscar Montoya Figueroa

ELECTRONICA radio-grfica ELECTRONICA radio-grfica5 6

CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

CIENCIA Y NOVEDADESTECNOLOGICAS

Figura 1

Digitalice sus ideas

Sony ha lanzado al mercado un novedoso graba-dor digital, el ICD-70PC, que puede captar men-

sajes, ideas, pensamientos, planes, citas, etc.,con fecha y tiempo, y sin necesidad de utilizarcintas magnticas. No se trata propiamente deuna agenda electrnica ni de una grabadoraporttil (vea en la figura 1 su tamao real), sinode un pequeo dispositivo que trabaja con cir-cuitos de memoria donde se almacenan archivostemporales que despus pueden ser trans-portados al disco duro de la computadora, en-viados como audio a travs del correo electrni-co o disponer de un texto transcrito en elprocesador de palabras.

Con su capacidad de manejar cinco archivos,el ICD-70PC puede grabar hasta 495 mensajes(99 por archivo), lo que da un total de hasta 24minutos de grabacin de mensajes.

Pequeo, prctico, siempre a la mano, conoperacin de perilla Jog Dial, este pequeograbador permite al usuario prescindir de lasnotas en papel.

Un osciloscopio liviano y porttil

Tektronix, empresa mundial lder en instrumen-tos de alta precisin, ha diseado una lnea deosciloscopios y multmetros digitales porttiles,para el exigente entorno de servicio de campo;nos referimos a la serie THS700A que incluye

varios modelos, como son el THS710A, elTHS720P y el THS730A.

El THS720P de Tektronix (figura 2) es el mode-lo intermedio de esta lnea, y es un equipo demano que integra las funciones de multmetro yosciloscopio en un pequeo dispositivo que pre-senta todos sus datos por medio de una pequeapantalla de cristal lquido; sin embargo, a pesarde su tamao reducido, sus prestaciones cubrenperfectamente las necesidades incluso del tcni-co ms exigente:

Ancho de banda de 100 MHz. Velocidad de muestreo de 500 millones de

muestras por segundo. Sensibilidad horizontal de hasta 5 ns/div. Dimensiones fsicas de 17.7 x 21.7 x 5.1 cm,

con un peso de 1.45 Kg (semejante a un libromediano).

Como puede apreciar, el rango de medicionesque ofrecen estos aparatos no se diferencia delos tradicionales osciloscopios de escritorio; sisu trabajo implica una gran cantidad de tareasde campo, aqu tiene la solucin para susnecesidades con un instrumento pequeo yconfiable.

Cinescopio Trinitron de pantallasuper-plana

Finalmente, despus de aos de investigacin, ya casi 30 aos del lanzamiento del cinescopioTrinitron, Sony ha marcado un nuevo rcord enmateria de tubos de imagen con la tecnologaFD Trinitron, cuya principal caracterstica es quela pantalla es absolutamente plana.

Ya Sony haba producido cinescopios conpantalla extra-plana, pero sin alcanzar completa-mente esa propiedad geomtrica, pues la panta-lla poda ser considerada como parte de uncilindro; y aunque esto ya era un gran avance encomparacin con las pantallas esfricas, anproduca una ligera distorsin visual cuando seobservaba el televisor ligeramente de lado.

Para lograr el despliegue de imgenes en unapantalla totalmente plana, los ingenieros de Sonyutilizaron una variante muy mejorada de su tradi-cional tubo Trinitron (figura 3), que incluye uncan electrnico de alto enfoque, lo cual redun-da en imgenes ms claras y definidas; un yugo

Figura 2

Figura 3

Canelectrnico dealto enfoque

Yugo dedeflexin dealta precisin

Pantalla de cristalsuper plana

Rejilla deapertura de altatensin


de deflexin de altsima precisin, que incorporaembobinados especiales para la correccin delas aberraciones que normalmente se producenen pantallas planas; una rejilla de apertura dealta tensin, que conserva sus propiedades inclu-so despus de muchas horas de uso, evitando ladistorsin por calentamiento normal en equipossimilares; y una pantalla de cristal super-plana,construida con base en un cristal templado dealta calidad que evita la distorsin estructural y,por consiguiente, las deficiencias en la imagen.

Si bien en alguna ocasin llegamos a pensarque los tubos de rayos catdicos estaban alcan-zando sus lmites como medio de despliegue deimgenes, para ser sustituidos por las pantallasextra-planas de cristal lquido o de plasma, cuyosdesarrollos han sido notables en los ltimos aosno obstante su elevado costo, con la tecnologaFD Trinitron, es probable que tengamos quemodificar nuestro punto de vista y esperar losresultados.

El K6 compite con el Pentium II

Aunque el mercado de microprocesadores paracomputadoras personales se encuentra domina-do por Intel, que cubre aproximadamente el 80%de este segmento, competidores como AMD,Ciryx, IBM, IDT y Thomson cada vez ocupan unaporcin mayor del mercado. Circuitos con rendi-miento similar a los diseos de Intel (e inclusosuperiores) aparecen constantemente y a unprecio tan atractivo que muchos grandes fabri-cantes los empiezan a adoptar para la pro-duccin de varias de sus lneas de gran consumo(como Acer, Compaq, IBM y otros fabricantesreconocidos). Es el caso del K6 de AMD (figura4), diseado para un desempeo de vanguardiatanto para software de 16 bits como para 32 bits,proporcionando un rendimiento de sexta genera-cin que compite con el Pentium II de Intel.

Adems, el K6 ejecuta instrucciones de altodesempeo del estndar industrial MMX,permitiendo un nuevo nivel de rendimiento ace-lerado en aplicaciones multimedia. AMD diseeste microprocesador para adecuarse a la in-fraestructura del Socket 7, el cual es la base tradi-

cional de todos los dispositivos de quinta genera-cin (desde el Pentium tradicional hasta losPentium MMX); por lo tanto, este microprocesa-dor puede utilizarse como un medio rpido yeconmico de actualizacin para sistemas yainstalados, aprovechando la misma tarjeta dequinta generacin y evitando la compra de unsistema completo basado en el Pentium II.

Otras caractersticas importantes del K6 son:

Ncleo con tecnologa RISC, el cual maneja lasinstrucciones de forma mucho ms eficienteque las tradicionales instrucciones CISCinstauradas por Intel.

64 KB de cach L1 (32 KB para instrucciones y32 KB para datos); el doble del Pentium II ycuatro veces lo del Pentium tradicional.

Seis lneas de ejecucin en paralelo, lo cual lepermite ejecutar un mximo de hasta tres ocuatro instrucciones por ciclo de reloj.

Desempeo semejante a un Pentium IIcorriendo a la misma velocidad, pero a unprecio muy reducido.

Por todas estas razones, los microprocesadoresK6 de AMD parecen tener un futuro muy pro-misorio en el mundo de las computadoras perso-nales.

Figura 4 IBM y la nanotecnologa

Abrir nuevas fronteras en computacin, en oca-siones significa mirar en sitios donde no haynada que ver, o al menos para el ojo humano.Los equipos de investigadores de IBM estntrabajando arduamente en proyectos de escaladiminuta, explorando la manipulacin demateriales (o datos) en el nivel atmico. Estaspequeas maravillas estn trayendo nuevosavances en campos tan diversos como la inves-tigacin de la mecnica cuntica y la tecnologade almacenamiento de datos en computadoras.

Por ejemplo, una de las ms asombrosas fron-teras en computacin es la ingeniera de circuitosen la escala de nanmetros (una millonsima demilmetro), lo cual entra ya en el dominio de lasmedidas atmicas. Cientficos en el Laboratoriode Desarrollo de IBM en Zurich, fueron los pio-neros en este campo, cuando inventaron elMicroscopio de Rastreo por Tnel o STM(Scanning Tunnelling Microscope), que puedevisualizar algunos tipos de tomos indivi-dualescuando se colocan sobre superficies elc-tricamente conductoras. Por este desarrollo, losinventores ganaron el premio Nobel.

Pocos aos despus, los cientficos del Centrode Desarrollo de IBM de Almaden, California,usaron el STM para posicionar de forma precisatomos individuales por primera vez (figura 5).

El nano-cosmosLos diseadores de computadoras desde hacetiempo han visualizado los beneficios de cons-

truir computadoras con los componentes mspequeos posibles, eventualmente llegando a tanslo unos cuantos tomos o molculas. Losinvestigadores de IBM se estn moviendo cadavez ms cerca de ese sub-mundo, con su trabajorevolucionario utilizando el STM; por ejemplo,en la figura 6 podemos observar un baco, con11 lneas representando los nmeros desde el 0hasta el 10; cada una de las cuentas de dichobaco est formada por una molcula individual,colocada sobre una superficie de cobre.

Esto podra considerarse un entretenimientoo un arte muy caro y dependiente de unatecnologa extremadamente compleja; sinembargo, los desarrollos que se pueden conse-guir con la manipulacin de tomos o molculasindividuales an estn fuera de nuestra com-prensin, aunque seguramente la siguientegeneracin le encontrar mltiples aplicacionesen muy diversos campos; por ejemplo, el desa-rrollo de microprocesadores ms pequeos ypoderosos que los que actualmente impulsan lascomputadoras en todo el mundo.

Sea cual sea el uso que se d a esta nuevatecnologa, de seguro que vendr a revolucionarnuestra forma de ver el mundo, y sobre todo deinteractuar con l.

Atomos de hierro sobre cobre.

Figura 5

Abaco molecular: molculas decarbono sobre cobre.

Figura 6

7 8


DEL FONOGRAFOAL DISCO

VERSATIL DIGITAL(DVD)

DEL FONOGRAFOAL DISCO

VERSATIL DIGITAL(DVD)

Felipe Orozco y Leopoldo Parra

En este artculo se har un breverecuento tcnico-histrico de los

principales medios de grabacin deinformacin, desde el fongrafo

hasta el DVD, el ms recienteestndar ptico. Destacaremos elhecho de que en la actualidad ya

no se concibe el diseo de nuevosmedios que soporten un solo tipo

de informacin (como en sumomento lo hicieron los cilindros y

los discos de surco, que seproyectaron solamente para la

grabacin de msica), sino que sepiensa en el almacenamiento deinformacin considerada sta en

sentido amplio (datos, texto, audio,imgenes y video); es el caso del

DVD.

INTRODUCCION

Los medios mecnicos para la grabacin yreproduccin del sonido, fueron el punto de par-tida de la actual industria de edicin y distribu-cin de msica, pelculas, programas de televi-sin, software de computadoras, etc.

La grabacin y reproduccin acstica nacicasi al mismo tiempo que la tecnologa electr-nica, e invariablemente se vio beneficiada porlos avances en el tratamiento de seales, resul-tado a su vez del desarrollo de los tubos de vaco,de los transistores y, en aos ms recientes, delos dispositivos de alta escala de integracin.Como resultado, en la actualidad ya no se con-cibe el diseo de un nuevo medio de soporte deinformacin para un nico material, como en sumomento fueron los cilindros y los discos desurco, que se proyectaron pensando solamenteen la grabacin de msica.

Por ejemplo, si bien las cintas magnticassurgieron como una alternativa al tradicionaldisco de acetato para la grabacin de audio, con-forme se produjeron avances en la composicin

de los materiales plsticos y magnticos, as co-mo en los procedimientos de grabacin, pudie-ron tambin utilizarse en el registro de sealesde video. De hecho, el cassette de audio, intro-ducido por Philips en 1964, represent un ejem-plo a seguir en el terreno del video profesional,con las primeras mquinas U-Matic, y posterior-mente en el video domstico, con los formatosBeta y VHS.

Una ruta parecida seguira el disco compacto,que originalmente se dise pensando en lagrabacin de audio digital, pero cuya tecnologapudo ser trasladada casi directamente a apli-caciones informticas, con el CD-ROM. Y ahora,es el camino que desde su concepcin se ha plan-teado para el DVD (Disco Verstil Digital), de cuyatecnologa nos ocuparemos en el presente art-culo; pero antes, haremos un breve recuento tcni-co-histrico de los principales medios de almace-namiento que se han utilizado masivamente.

Parte 1MEDIOS DE ALMACENAMIENTODE INFORMACION

Grabacin mecnica de audio

La grabacin del fongrafo fue el primer medioexitoso para la captura, preservacin y reproduc-cin del sonido por medios mecnicos. Y dehecho fue el medio de grabacin ms popularpor cerca de un siglo.

Los mtodos prcticos para el registro deondas de sonido sobre la superficie de un discoo cilindro y su reproduccin, fueron descritos en1877 por Charles Cros en Francia y por ThomasEdison en los Estados Unidos. Sin embargo,Edison llev esta idea a un modelo de trabajoprctico, por lo que se le considera el inventordel fongrafo. No obstante, mientras que lapatente de Edison describe tanto a la tcnica delcilindro como del disco de grabacin, su proto-tipo original y su produccin comercial posteriorse enfoc al primer formato (figura 1).

Fue el alemn Emile Berliner, quien en 1880dise el gramfono, un sistema en el que lasondas de sonido estaban grabadas en una pistaespiral sobre la superficie de un disco, con vibra-

ciones laterales de la aguja, y no de arriba a abajo,como en el cilindro. Su compaa, Victor TalkingMachine Company, formada en 1901, rpidamen-te atrajo a intrpretes y al pblico hacia el forma-to del disco; y aunque los cilindros siguieronproporcionando ligeramente mejor sonido yEdison continu producindolos hasta los aos20s, el disco lleg a ser el formato dominante.

En los aos venideros, el fongrafo acsticose benefici de la evolucin de los sistemas am-plificadores de grabacin y reproduccin, desa-rrollados en los laboratorios de la Bell Telephone.La principal ventaja de la grabacin elctrica fue

Figura 1

Edison en los laboratorios deMenlo Park, durante unademostracin del fongrafo

Una publicidad delfongrafo de Edison

Fongrafo de Edison, fabricado en 1877

Corte

sa de Smith

sonian

Insti tu

t i on


una mayor fidelidad del sonido, gracias a la pro-duccin de pastillas de recuperacin ms sen-sibles (los primeros fongrafos estaban formadostan slo por una membrana conectada directa-mente a la aguja, cuyas vibraciones se transmi-tan a un megfono, la famosa campana quecaracterizaba a dichos aparatos, donde se ampli-ficaba el sonido).

Otros avances que beneficiaron al disco elec-tromecnico fueron: el descubrimiento de laspropiedades del vinyl; el desarrollo del micro-surco de grabacin LP (Long Play), que permitiincrementar el tiempo de grabacin por unmenor espacio del surco y una disminucin enla velocidad de rotacin; mejoras en las tcnicasde grabacin y ecualizacin; la masterizacin encinta; la grabacin en alta fidelidad (HiFi); eldesarrollo de la estereofona y la cuadrafona; eluso de matrices digitales para la grabacinoriginal del audio, etc. (figura 2).

As, los discos de acetato lograron ofrecercada vez mejor fidelidad del sonido, hasta quetuvieron que compartir ese lugar con las cintasmagnticas, para posteriormente ser desplaza-dos por los CDs.

La grabacin en cinta magntica

En recientes dcadas, la grabacin magnticalleg a ser una de las tecnologas de almacena-miento de informacin ms populares, princi-

palmente porque las seales magnticas puedenser grabadas, copiadas, borradas o regrabadas,lo que no era posible con el disco de acetato.

Los conceptos de la grabacin magntica da-tan del siglo pasado, y fueron descritos porOberlin Smith en 1888. Unos aos ms tarde, en1898 el inventor dans Valdemar Poulsen paten-tara el primer grabador magntico.

Hacia principios de siglo, se experimentarongrabaciones en alambre de acero y, posterior-mente, en cinta metlica. En 1928 en Alemaniafue patentada una cinta de papel cubierto conpolvo de hierro, la cual prob ser superior a latira continua de metal slido. La empresa AEGTelefunken desarroll una cinta de grabacinllamada magnetfono (Magnetophon), y BASFsustituy la frgil cinta de papel por una pelcula

de acetato de celulosa, desarrollando a la vezun proceso seguro para fabricar finas partculasde xido de metal.

El magnetfono fue introducido en 1936, dan-do origen a toda una generacin de medios basa-dos en cinta (figura 3) y beneficindose de distin-tos desarrollos, como la polarizacin de corrientealterna, mejores cintas y circuitos de ecualiza-cin, y el desarrollo de cabezas magnticas mspequeas, que permitieron la grabacin de variostracks o pistas paralelas (figura 4). Pero, sin duda,el factor que marc el despegue de las cintas mag-nticas como medio popular de distribucin yalmacenamiento de audio, fue el desarrollo delcassette de audio, introducido por Philips en 1964.

Las cintas de cassette no slo hicieron lamsica porttil, sino que tambin sentaron unmodelo a seguir en el terreno del video profe-sional y ms adelante en el video domstico.

Los primeros sistemas de video en cinta mag-ntica siguieron el mtodo de grabacin lineal,basado en una cabeza estacionaria y una cinta

pasando a gran velocidad, de manera similar ala grabacin magntica de audio. Naturalmente,en aquellos sistemas primitivos se requeranenormes rollos de material magntico paragrabar apenas algunos minutos, as como ele-mentos mecnicos de alta precisin y rapidez,capaces de transportar la cinta a una velocidadconstante (figura 5).

El siguiente paso en la evolucin de estas m-quinas, se dio con la introduccin de un tamborgiratorio en el que se alojaban las cabezasdispuestas de manera cruzada con la cinta; a estesistema se le conoci como de grabacin trans-versal. Gracias a este recurso pudieron ser fabri-cadas las primeras videograbadoras funcional-mente aplicables en la realizacin de programasde TV, puesto que ya no se requera el extraordi-nario consumo de cinta para grabar las elevadasfrecuencias implcitas en la seal de video.

El siguiente paso consisti en la compactacindel sistema, lo cual llev a los diseadores aimplementar un tipo de grabacin helicoidal. En

Figura 2

Figura 3

En la reproduccin de un disco de acetato estereofnico seempleaba una aguja de diamante o zafiro artificial y de puntaredondeada o elptica. El surco muestra irregularidadesdiferentes en cada lado. Una pared es para el canal de audioderecho y la otra para el canal izquierdo.

Primer modelo de 45 revoluciones por minuto; fue fabricadopor RCA en los aos 50s.Este formato hizo muy popular la distribucin de materialmusical.

Algunos de los primerosmodelos de grabadoras de

audio comercial

Corte

sa de Smith

s on ian

Ins titu

tion

Figura 4Corriente dealta frecuencia

La cabeza graba y reproduce por medio deun electroimn dotado de una fina bobinade alambre. La bobina conduce las sealeselctricas que representan el sonido.

Corriente delas seales

Gua

La corriente de intensidad variable,pasa por la cabeza y ejerce una atraccin magntica cambiante.

Para grabar, la cabeza borradoraelimina primero los patrones magnticosde la cinta.

Al igual que atraen limadurasde hierro a travs de un papel,los imanes reacomodan laspartculas metlicas de la cinta.

La cinta se graba slo por un lado.Hay dos pistas (derecha e izquierda en estreo)para cada "lado" (direccin de la grabacin)

Las partculas de la cinta magntica se vuelvenimanes y forman patrones que varan segn el sonido.

Pistas 1 y 2, lado 1

Pistas 1 y 2,lado 2

Cinta magnetofnica

Principio de grabacin del sonido en cinta magntica


este caso la cinta corre lentamente en la mismadireccin, rodeando ms de la mitad de la circun-ferencia del tambor, el cual incluye solamenteun par de cabezas magnticas encargadas de lagrabacin y reproduccin.

Este mtodo se implement en varios forma-tos de grabacin profesional de video, produ-cidos por compaas como Ampex, RCA, Philips,etc. Sin embargo, en todos los sistemas de estetipo la cinta vena contenida en un carrete, porlo que deba ser colocada manualmente en todosu trayecto por un operador, como en el proyec-tor cinematogrfico, haciendo complicado y ries-goso su manejo (vea en la figura 6 una videogra-badora de carrete abierto).

Hacia 1971, Sony Corp. ofreci a las compa-as productoras de TV una mquina basada enun formato realmente innovador, que combinabala grabacin helicoidal con un mecanismo deauto-enhebrado de cinta; a su vez, sta vena

contenida en un cartucho o cassette cerrado, queel operador no tena ms que insertar paradisponer a la mquina en el modo de grabacino reproduccin. Este formato recibi el nombrede U-Matic, porque el trayecto de la cinta tenaforma de U y porque el enhebrado se efectuabade manera automtica.

Con el sistema U-Matic quedaron sentadas lasbases para la videograbacin domstica, porquea la vez que solucionaba la dificultad tcnica queentraaba el manejo de seal de video, permitauna operacin confiable y sencilla. No obstante,tuvieron que pasar algunos aos hasta queavanzara la miniaturizacin de componentes yotras tcnicas, para lograr la fabricacin de m-quinas lo suficientemente compactas y baratascomo para ofrecerlas al pblico en general. Estosucedi en 1975, con el lanzamiento de los for-matos Beta por parte de Sony Corp. y VHS porparte de JVC (figura 7).

El disco compacto

Segn comentamos en un artculo anterior deesta revista (ver La Revolucin de los MediosOpticos, en el nmero 2), el surgimiento del discocompacto de audio digital desencaden unarevolucin en los medios de almacenamiento deinformacin, considerada sta en sentido amplio(datos, texto, audio, imgenes y video), pues per-miti grabar en un disco de apenas doce cent-metros de dimetro enormes cantidades de datos.

Precisamente, el DVD, que promete conver-tirse en los prximos aos en el medio de registrode informacin por excelencia, reemplazando alCD de audio, al disco lser de video y al CD-ROM,se fabrica con la misma tecnologa de un CD deaudio convencional; es decir, sigue los mismosprincipios de lectura por sistema ptico.

Parte 2LA TECNOLOGIA DEL DVD

Antecedentes del DVD

El DVD no slo representa un logro tecnolgicoimpresionante, sino tambin diplomtico. Susorgenes se remontan a 1994, cuando Philips ySony propusieron un estndar llamado DiscoCompacto de Alta Densidad para programas demultimedia en computadoras. Unas semanasdespus, Toshiba, Matsushita y Time Warner Inc.propusieron un formato alternativo llamadoDisco de Video Digital de Super Alta Densidad,fundamentalmente con el propsito de distribuirpelculas.

Pareca entonces que la industria se enfras-cara en una competencia similar a la guerracomercial entre los formatos Betamax y VHS, queinici en 1977 y cuyas consecuencias y desenlaceya conocemos; sin embargo, para fortuna de lapropia industria y de los consumidores, graciasa la intercesin de los fabricantes de equipos decmputo, ambos grupos se pusieron de acuerdoy adoptaron un formato comn. As, en septiem-bre de 1995, diez de las principales empresaselectrnicas del mundo establecieron las normaspara el DVD, saliendo al mercado los primerosequipos a principios de 1997 (figura 8).

Espacio de almacenamiento querequiere el video

El CD es un medio de almacenamiento que brin-da una capacidad suficiente para audio digital(74 minutos) y satisfactoria en la distribucin delsoftware actual de computadoras (640 megaby-tes), mas no para el caso de la grabacin de sea-les de video digital.

En una seal de audio, las frecuencias involu-cradas son relativamente pequeas; recordemosque el ancho de banda audible por el ser humanoabarca desde 20 hasta 20 mil Hz, por lo quecualquier medio de almacenamiento de audioque aspire a la mxima fidelidad de sonido debe-r capturar toda esta gama de frecuencias. En elCD de audio se utiliza un muestreo a una fre-cuencia de 44.1 KHz, con una precisin de 16bits por muestra; en consecuencia, para grabarun segundo de msica estereofnica se precisanalrededor de 1.5 millones de bits, aunque debidoa modulaciones y adicin de datos auxiliares, lafrecuencia de datos en un CD es de aproximada-mente 4.3 megabits por segundo (Mbps), rangomuy elevado, aunque manejable por circuitos debajo costo.

Por contraste, en la seal de video compuestodel estndar NTSC, el ancho de banda va de 0Hz hasta 4.25 MHz, lo que requerira una frecuen-cia de muestreo de por lo menos de unos 9 MHz.Suponiendo una digitalizacin de medianacalidad (por ejemplo, 10 bits por muestra), elequipo reproductor necesitar manejar 90 millo-nes de bits por segundo como mnimo; y aunqueesto no es imposible para la tecnologa actual,s resulta muy costoso.

Figura 5 Figura 6

En estavideograbadorautilizada por la BBC deLondres en la dcadade los 50s, la cintacorra a una velocidadde 17 kilmetros porhora, apenassuficiente para lagrabacin de la sealen blanco y negro.Por su costo,complejidad ydimensiones estamquina no habrapodido ser utilizada enel mbito domstico.

Figura 7

Tambor decabezasrotatorias

Trayecto de la cintaGrabacin helicoidal

Informacingrabada

Figura 8


Adems, subsiste el problema de la cantidadde datos almacenados. Haciendo el clculo,encontramos que 4.3 Mbps x 60 seg/min x 74min da como resultado aproximadamente 19 milmillones de bits almacenados en la superficie delCD, cantidad que parece muy alta; pero consi-derando que se requieren 90 millones de bits paraalmacenar un segundo de video digital, la con-clusin es que en toda la superficie del CD apenascaben unos cuatro minutos de seal! (Figura 9).

Por otra parte, el formato de CD-ROM ya hacomenzado a mostrar sus limitaciones deespacio; por ejemplo, un juego complejo comoPhantasmagoria de Sierra necesita seis discos,y conforme evolucione la industria de multimediainteractiva es muy probable que 640 MB resulten

tan insuficientes como ahora lo es el disquetede 1.44 MB y 3.5 pulgadas.

Ante este panorama, y con el propsito deaprovechar un concepto tan poderoso como eldel CD, se dio inicio a un trabajo de investigaciny pruebas que culmin con el diseo del DVD, elcual es un dispositivo ptico que ofrece unaextraordinaria capacidad de almacenamiento,aprovechable para la distribucin de video digitaly en otras aplicaciones donde se manejengrandes volmenes de datos digitales.

Cmo funciona el DVD?

La tecnologa que sustenta al DVD, es prctica-mente idntica a la del disco compacto de audiodigital; incluso, no es posible apreciar a simplevista las diferencias entre un CD y un DVD, puessalvo pequeas variaciones, todos los principiostericos que rigen la lectura de datos desde unCD se siguen aplicando en el DVD (figura 10).

Sabemos que en un disco compacto la infor-macin se graba en la superficie de datos, enforma de minsculas elevaciones o pits (figura11), cuyas dimensiones son las siguientes: 0.5micras de ancho, 0.11 micras de alto y un largode entre 0.83 y 3.5 micras, con una separacinentre tracks de 1.6 micras; precisamente, en losmayores o menores espacios que separan a unode otro pit, es donde se codifica la informacinde audio digitalizada.

Para poder leer tan minscula informacin,es necesaria la intervencin de un medio delectura con una precisin como la que brinda unrayo lser. Para ello se utiliza un rayo lser infra-

rrojo (cuya longitud de onda es de aproximada-mente 780 nm), concentrndolo por medio deuna lente hasta alcanzar un dimetro de 1.7micras.

A su vez, el disco tiene un espesor de 1.2 mm,casi completamente ocupado por una gruesacapa de plstico transparente; as, adems de quela superficie de datos queda protegida contraposibles daos externos, es posible concentrarel haz lser hasta darle las dimensiones ade-cuadas para la lectura.

La lectura es realizada por un dispositivoespecial conocido como recuperador ptico.Dentro de ste, se combinan elementos electr-nicos y pticos que permiten la emisin del rayolser, su conduccin hasta la superficie de datosdel CD y la recuperacin del reflejo; en esteltimo viene modulada la informacin leda delos pits. En la figura 12 tenemos una muestra dela estructura interna de un tpico recuperadorptico, as como una breve explicacin delproceso que se sigue en su interior.

El DVD tambin utiliza el mismo principioelectrnico-ptico para la deteccin de la infor-macin. Sin embargo, gracias a los avances enla tecnologa de fabricacin de semiconductores,en la actualidad es posible construir diodos lserde mayor frecuencia. El hecho que stos alcan-cen la banda del color rojo, significa una menorlongitud de onda (alrededor de 635-650 nm) y,

por lo tanto, mayor precisin en la lectura de losdatos.

Gracias a la reduccin de la longitud de onda,es posible construir pits ms pequeos y conmenor separacin entre s. De este modo, en elDVD es posible construir pits de tan slo 0.4

Figura 9

Figura 10 Figura 11

3 4 minutos

74 minutos

Mientras que un CD puedealmacenar un tiempo adecuadode audio en alta fidelidad, paravideo digitalizado de alta calidadresulta totalmente inservible.

En un disco compacto, la informacin se graba mediantediminutos "pits" o elevaciones. Al rea respectiva se le llama"superficie de datos".

Espacio libre entrepits 0.833 a 3.54 m Largo del pit 0.833 a 3.54 m

Separacin entretracks 1.6 m

Ancho deltrack 0.5 m

00000001001000001001000.. Haz lser 1.7 m (spot)

Figura 12

Figura 13

Fotodetectores

Lente cilndricaLente de enfoque

Rejilla de difraccin

Diodo lser

Lente colimadora

Espejo semitransparente

Estructura interna de un recuperador ptico tpico

El diodo lser genera el haz que da lectura a la informacin grabada en la superficie del CD. Pasa a travs de diversos elementos pticos, rebota contra los datos (pista de "pits") reflejndose; la intensidad del reflejo es captada por una serie de fotodetectores que convierten la luz en una seal elctrica, donde va contenida la informacin de audio.

Una comparacin entre eltamao de los pits deinformacin de un CD ylos de un DVD.

CD

DVD

Datos en el DVDHuella del haz lser

0.74 m de separacinentre pistas

Tamao mnimo del pit

0.4 m


micras de largo, contra las 0.83 micras de lospits del CD; y mientras que en el CD la separacinentre pistas es de 1.6 micras, en el DVD se hareducido a slo 0.74 (figura 13). Estas minsculasdimensiones han permitido almacenar mayorcantidad de datos por centmetro cuadrado, loque a final de cuentas se traduce en una mayorcapacidad para grabar datos digitales (4.7 GB deun DVD tpico contra 0.64 GB de un CD-ROM).Para una ms fcil referencia, consulte la tabla1, donde se hace una comparacin en el formatofsico del DVD y del CD-ROM (derivado del CD).

Grabacin por capas

El DVD es mucho ms que un CD con capacidadampliada. La mayor precisin, conseguida apartir de un lser rojo, hizo posible disear uningenioso mtodo de grabacin por capas; esto,como puede suponerse, permite multiplicarvarias veces la capacidad sencilla del discoPrimeramente, y para mantener la compatibi-lidad con los CDs convencionales, el DVD tam-

bin tiene un espesor de 1.2 mm; sin embargo,la superficie donde est grabada la informacinse encuentra exactamente a la mitad de esteespesor; es decir, el rayo lser slo tiene queatravesar 0.6 mm de plstico transparente paraalcanzarla. Esto, obviamente, implica una lentecon una apertura mayor, lo que se traduce en un

recorrido ms corto y en una concentracin msrpida del haz. Gracias a esta ptica de altaprecisin, es posible colocar capas intermediasde informacin en superficies semi-reflejantes,tal como se muestra en la figura 14.

Observe que, en primer lugar, el DVD puedeser grabado por ambas caras (algo imposible conlos CDs convencionales). O lo que es lo mismo:si utilizando una sola cara del disco es posiblegrabar hasta 4.7 GB de informacin, utilizandolas dos se dispone de ms de 9 GB.

Si adems se coloca una capa adicional semi-reflejante en el trayecto del rayo lser, conside-rando una colocacin apropiada de la lente deenfoque para que sean ledos los datos de laprimera capa (en la que le caben aproximada-mente 3.8 GB de informacin) o los de la capaprofunda (4.7 GB), el resultado es que es posiblealmacenar en una sola cara (con doble capa)hasta 8.5 GB de informacin. Pero como son doscaras, la cantidad total de datos almacenadospuede llegar a ser aproximadamente 17 GB, esdecir hasta 26.5 veces la capacidad de un CD.

Mtodos de lectura

La gran difusin de los CDs de audio y los CD-ROMs motiv a los diseadores del DVD a procu-rar la compatibilidad con ambos medios; peroello implicaba un reto tecnolgico muy intere-sante. Como ya se mencion, puesto que en elDVD la apertura de la lente de enfoque es mayorque en el CD, el haz lser se concentra ms rpi-damente, a la espera de encontrar la superficiede datos a una profundidad de slo 0.6 mm; sinembargo, dado que el CD convencional poseeuna capa de 1.2 mm de plstico transparente,en condiciones normales el haz nunca alcanzarsu superficie de datos. Para enfrentar estalimitante, se han diseado tres mtodos distintosde lectura: por cristal hologrfico, por doble lentede enfoque y por doble pick-up lser.

Mtodo de cristal hologrficoPara la primera aproximacin, es necesaria lapresencia de un cristal hologrfico que vare laspropiedades del haz de luz en la porcin centralde ste; la idea es que de una misma lente de

enfoque se consigan dos distancias focales: unadiseada para discos de 0.6 mm de grueso y otrapara discos de 1.2 mm (figura 15).

Si a un aparato reproductor de DVD se le intro-duce un CD convencional, la lectura se efectuarcon el haz enfocado a 1.2 mm; y si se introduceun DVD, se emplear el haz que se enfoca a 0.6mm. Si bien es una ventaja contar con las dosopciones, existe el inconveniente de que el cristalhologrfico, por su construccin tan compleja,resulta una pieza muy costosa.

Mtodo de doble lente de enfoqueComo su nombre lo indica, en este mtodo serecurre al empleo de dos lentes para que el recu-perador ptico realice el enfoque. Una de laslentes est diseada para discos de 0.6 mm deprofundidad y la otra para discos de 1.2 mm (figu-ra 16). Entonces, al introducirse un disco se in-tenta alcanzar el enfoque con una de las lentes;si no se consigue, de manera mecnica se produ-ce una conmutacin hacia la otra lente, con laque seguramente se lograr la lectura de lainformacin.Figura 14

Tabla 1

OCISIFOTAMROFLEDNOICARAPMOCMOR-DCLEDYDVDLED

DVDMOR-DC

edsocsiDapacanu

edsocsiDelbodapac

resladnoeddutignoL )mn536(mn056 mn087

atsipedoamaT m47.0 m6.1

ocsidledortemiD mm021

ocsidledrosorG mm)2x6.0(2.1 mm2.1laenildadicoleV

radntse s/m94.3 s/m48.3 s/m4.1-2.1

Grosor del disco 1.2mm

0.6mm

0.6mm

Sustrato

Capa reflectiva Sustrato

Captacin ptica


0.6mm

0.6mm

Sustrato

Capa reflectiva

Capa reflectiva

Capa reflectiva

SustratoCaptacinptica

Captacinptica

Una cara - una capa(capacidad de 4.7 gigabytes)

Dos caras - una capa (capacidad de 9.4 gigabytes)


0.6mm

0.6mm

Sustrato

Capa reflectiva

Capa semi-transmisiva


Substrato

Captacin ptica

Captacinptica

Dos caras - dos capas (capacidad de 17 gigabytes)


0.6mm

0.6mm

Sustrato


Capa reflectiva

Sustrato Captacin ptica

Captacin ptica

Una cara - dos capas(capacidad de 8.5 gigabytes)

Figura 15

Holograma

D5D3

D2D1

D4

PDLD

Disco

Lenteobjetivo

Lentecolimadora

17 18


La base de la compresin de video en el formato MPEG, consiste en no enviar la informacin redundante; por ejemplo, en esta escena,un auto pasa frente a una serie de edificios, al comprimirse la seal el fondo de la escena se enva una sola vez, y slo se vaactualizando la porcin en movimiento (el auto). Con este mtodo se logran razones de hasta 40 a 1, esto es, una informacin queantes necesitaba 40 unidades transmitidas ahora puede manejarse slo con una.

Este mtodo se utiliz en los primeros repro-ductores de DVD de la marca Toshiba.

Mtodo de doble pick-up lser odoble juego de recuperador pticoEste mtodo consiste en colocar un doble juegode recuperador ptico: uno optimizado para CDsy otro para DVDs (figura 17). Por lo tanto, cadavez que se introduce un disco ambos recupera-dores tratan de obtener el enfoque correcto;cuando uno lo logra, el otro se desactiva parapermitir la lectura.

En sus primeros modelos de reproductores deDVD, este fue el mtodo que adapt Sony.

La compresin de datos MPEG

A pesar de que la capacidad de almacenamientodel DVD es siete veces mayor que la de un CDconvencional de audio (en un disco de una caray una capa), la imagen de video NTSC digitali-zada consume tal cantidad de espacio que sloalcanzara para almacenar poco menos de 30minutos de seal (eso sin considerar todos losbits que se desperdician en sincrona, modula-cin, etc.) Fue por ello que adems se opt porutilizar el sistema de compresin de datosMPEG2, elaborado por el Grupo de Expertos dePelculas en Movimiento (mejor conocido por sussiglas en ingls, MPEG).

Este grupo comenz desde los aos 60s aestudiar las tcnicas para grabar la mayorcantidad posible de informacin en un espaciolimitado (compresin de datos). Como resultado,ha desarrollado los estndares JPEG, MPEG1 yMPEG2.

Formato MPEG1El formato MPEG1 se aplic en el video-CD, unformato de disco compacto especial que permitagrabar un video musical con su correspondienteaudio, de modo que el espectador pudieraobservarlo en el televisor. En realidad nunca tuvoel xito esperado, y ha desaparecido por com-pleto del mercado. Dicho formato comprime losdatos en una relacin de 100 a 1, permitiendo lagrabacin en un CD de una secuencia de videode alrededor de 20 minutos; pero la calidad dela imagen es inferior a la del disco lser de video.

Formato MPEG2El formato MPEG2 slo comprime los datos enuna relacin de 40 a 1, lo que implica una mejorcalidad de imagen.

MPEG2 utiliza una tcnica de compresin deaproximadamente 20 pasos. El propsito de elloes incrementar el flujo de datos (10 Mbps) slopara imgenes complejas o con mucho movimien-to, y reducirlo (1 Mbps) para imgenes sencillaso pelculas cuyas escenas se desarrollan sinmucho movimiento. As es como se consigue unamuy alta calidad de imgenes, con un volumende datos promedio de alrededor de 3.5 Mbps.

Las imgenes que vemos en la pantalla de TV,se aprecian como una pelcula con movimientocontinuo gracias al efecto de la imagen residualdel ojo; pero en realidad se trata de imgenesfijas cambiando constantemente. Estas imgenespueden ser divididas en dos grandes grupos: elcuadro fijo (el fondo o escenografa sobre el quese desarrolla la accin) y las porciones en movi-miento (los actores, los autos, etc.). En las tcni-cas de compresin, estos dos grupos se tratanpor separado: se reduce el volumen de datos (seaumenta la razn de compresin) para el cuadrofijo, y se aumenta el volumen de datos (dismi-nuye la razn de compresin) para la porcinen movimiento (figura 18).

Como una pelcula consiste en imgenes fijasproyectadas en rpida sucesin, la ltima pan-talla se compara con la precedente (ya almace-nada) para detectar las porciones en movimiento;slo se almacena esta informacin cambiante(datos de tiempo). El procedimiento para repro-ducir estos datos (decodificacin), es exactamen-te opuesto al utilizado durante la codificacin.

Gracias a la compresin de datos MPEG2, endiscos de un solo lado y capa sencilla puedengrabarse pelculas de 130 minutos; tericamente,esto quiere decir que un disco de doble cara ydoble capa puede contener una pelcula de msde siete horas de duracin. Pero tan enorme ca-pacidad, puede aprovecharse para algo ms quealmacenar siete horas de video; por ejemplo, sehan creado especificaciones para hacer que elaudio que acompaa a la imagen pueda venir

Figura 16

Figura 17

Captador ptico dobleCon rayos lser independientes optimizados para CD (780 nm delongitud de onda) y DVD (650 nm), se obtiene una reproduccinestable y precisa de ambos tipos de discos. Tambin elimina lanecesidad de cambiar de lente y disminuye el desgaste del lser.

en ocho idiomas distintos, o para agregar 32canales de subttulos; esto ltimo sirve para gra-bar el audio en el idioma original, con subttuloshasta en 32 idiomas diferentes.

Prestaciones adicionales

Otras de las prestaciones del DVD, consisten en:

a) La posibilidad de tener mltiples tramas, y queel usuario pueda ir eligiendo aquella que msle agrade; se pueden tener hasta nueve sea-les distintas simultneas. Por ejemplo, duranteun concierto de rock pueden grabarse lasseales de hasta nueve cmaras distintas; deesta manera el usuario puede ir conmutandoentre ellas, para obtener la toma que deseeen el momento adecuado.

b) La incorporacin de una serie de candados, conlos que el usuario determina el grado de violen-cia o sexo que se puede reproducir en su apa-rato, a fin de controlar lo que ven los nios.

c) La capacidad de manejar mltiples formatosde pantalla (desde la tradicional 4-3 del NTSChasta la moderna 16-9 de la televisin de altadefinicin), sin que ello se traduzca en unaprdida de la calidad de la imagen.

El futuro del DVD

Hablar del futuro de una tecnologa que apenasest llegando a nuestras manos resulta arries-gado; sin embargo, el apoyo de tantos fabricantes

Figura 18

19 20

Direccin de rotacin

Eje de soportedel lente

Lente paraDVD

Lente paraCD


hacia el DVD parece depararle un futuro muypromisorio.

Entre las nuevas tecnologas que an no estndisponibles, pero que ya han sido prometidas porlos fabricantes, est la de contar con DVD concapacidad de grabacin, de manera similar a unacinta de video; tambin existe la posibilidad dela utilizacin masiva del DVD en informtica,sobre todo para la distribucin de enciclopediaso programas multimedia, sustituyendo as a losCD-ROM; y tambin en el terreno de la inform-tica se ha planteado la produccin de DVD regra-

Tabla 2erbmoN opiT senoicacilpA

oediV-DVD etnemalosniccudorpeR senegmiesodinosednicabargeddadilacatlaedselausivoiduasoideM

MOR-DVD etnemalosarutceL edlevinotlaedsenoicacilpaelbisopnecaheuqnicamrofnieddadicapacnargedsoideM.sarodatupmocarapsoidemitlum

oiduA-DVD etnemalosniccudorpeR )oidutsenenasenoicacificepse(dadiledifatlaedacismedsodagracsoideM

R-DVD)zevanuebircse( zevanuabarG

sarodatupmocneosuarapzevanuebircseeuqnicamrofnieddadicapacatlaedsoideM)oidutsenenasenoicacificepse(

MAR-DVD)elbibircse-er( elbibircse-eR

sarodatupmocneosuarapelbibircse-ernicamrofnieddadicapacatlaedsoideM)oidutsenenasenoicacificepse(

bables, esto es, que puedan grabarse una y otravez, sin que pierdan capacidad de almacena-miento (como ocurre actualmente con los CDsregrabables). Vea la tabla 2.

De algo s podemos estar seguros: este saltoentre el CD y el DVD es tan slo un preludio demejoras futuras de los medios de almacena-miento pticos. Por ejemplo, en IBM ya se estnllevando a cabo experimentos muy promisorioscon lseres de luz azul, que permitirn multipli-car considerablemente la densidad de informa-cin grabada en un centmetro cuadrado.

M A G N E T OC O NM A G N E T OC O NTodo para fabricar oreparar:

Transformadoresy Bobinas

Repblica de El Salvador No. 23-6 (por Aldaco)Mxico, D.F. Tel. 5-21-34-03


FUNDAMENTOSFISICOS DE LA

REPRODUCCIONDEL SONIDO

FUNDAMENTOSFISICOS DE LA

REPRODUCCIONDEL SONIDO

Oscar Montoya Figueroa

El fenmeno del sonido consisteen la propagacin de ondas

sonoras, las cuales equivalen auna serie de compresiones y

rarefacciones sucesivas del aire,originadas por la vibracin de

algn cuerpo, de lo que sededuce que el sonido no puedetransmitirse en el vaco, segn

explicaremos en este artculo denivel bsico. Tambin nos

referiremos a las caractersticasfsicas del sonido (tono,

intensidad y timbre) y al papelque juegan las bocinas o

altavoces en la reproduccin delas seales elctricas de audio.

Generalidades

El dispositivo universal que se utiliza para la re-produccin del sonido, son las bocinas o alta-voces, en tanto elementos terminales que con-vierten en ondas sonoras las seales resultantesde los procesos electrnicos previos.

Para entender el principio de operacin de lasbocinas, primero se requiere definir qu son es-tos elementos y qu es el sonido.

La bocina puede definirse como un transduc-tor capaz de transformar una seal de corrienteelctrica en una onda de sonido audible (figura1). Por su parte, el sonido es un fenmeno fsicoque estimula el sentido del odo mediante cam-bios en la presin del aire. En los seres humanos,esto ocurre siempre que una vibracin con fre-cuencia comprendida entre los 20 y los 20,000Hz llega al odo interno.

Para llegar al odo interno, las vibraciones via-jan por el aire. A veces, el trmino sonido seemplea nicamente para las vibraciones que setransmiten de este modo; sin embargo, los fsicos

modernos tambin suelen utilizarlo para desig-nar a las vibraciones similares que se desplazana travs de medios lquidos o slidos.

A las ondas que se encuentran por debajo dellmite audible de 20 Hz se les conoce como infra-snicas, mientras que los sonidos con frecuen-cias superiores a 20,000 Hz se denominan ultra-sonidos (figura 2).

Propagacin de las vibraciones u ondas

En general, las vibraciones u ondas del sonidose propagan de forma transversal o longitudinal.En ambos casos, la energa y el ritmo del mo-vimiento ondulatorio slo se propagan a travsdel medio en cuestin; es decir, ninguna partede ste se desplaza fsicamente en la direccinde propagacin para permitir el viaje de la onda.Por ejemplo, si atamos una cuerda a un puntofijo (un poste), la estiramos sin aplicar demasiada

fuerza y la sacudimos, una onda se desplazardel extremo que estamos sujetando hasta su otroextremo; al llegar al punto fijo, la onda se refle-jar y viajar de regreso hasta nuestra mano(figura 3).

Como acabamos de ver, ninguna parte de lacuerda se mueve longitudinalmente hacia elposte; lo que sucede, es que todas las partes deella se mueven de forma transversal (arriba yabajo) siguiendo el movimiento de nuestra mano.Este tipo de movimiento ondulatorio se denomi-na onda transversal. Del mismo modo, si tira-mos una piedra a un estanque, una serie de on-das transversales se propagar desde el puntode impacto. Entonces, cualquier objeto que flotecerca de este punto se mover hacia arriba yhacia abajo, de acuerdo con la direccin y fuerzadel movimiento ondulatorio; pero apenas mos-trar movimiento longitudinal, o sea un despla-zamiento (figura 4).

Figura 1

Figura 2

+V

-V

T

Seal elctrica Bocina

Las bocinas son dispositivos generadores de sonido

Sonido

Infrasonido (por ejemplo, el que produce un temblor de tierra).

Sonido audible (por ejemplo, los trinos de un pajarillo o la voz de una persona).

Ultrasonido(por ejemplo, el que se utiliza enun sonar).

Bla, bla, bla

SondaHaz de ondassonoras emitidaspor sonda

Eco producido por los peces

Hz 0 20 20,000

Espectro de sonido


Qu es entonces una onda de sonido? A con-tinuacin lo explicaremos.

La onda de sonido

Una onda de sonido es una onda longitudinal. Amedida que la energa del movimiento ondu-latorio se propaga alejndose del centro de laperturbacin, las molculas de aire individualesque transportan al sonido se mueven hacia de-

lante y hacia atrs, de forma paralela a la direc-cin de dicho movimiento.

Si un cuerpo se desplaza ligeramente haciaadelante (figura 5A), momentneamente el airefrente a l se comprime, pero de forma instan-tnea trata de recuperar su densidad normal; porlo que la compresin comienza a viajar en la mis-ma direccin del movimiento inicial, pero con ladistancia se va diluyendo poco a poco. Exacta-mente esto sucede cuando el mismo cuerpo re-trocede a su sitio original, pero ahora generandouna pequea porcin de baja densidad (figura5B), que viaja con las mismas caractersticas dela anterior.

Combinando ambos efectos, cuando un objetoest vibrando rpidamente, frente a l se generauna serie de zonas donde la densidad del airevara dependiendo del grado de desplazamientooriginal del cuerpo, formando una serie de ondasque se van alejando del punto de origen (figura5C). Estas sucesivas zonas de aire comprimido yenrarecido son captadas por el tmpano, el cual

reproduce en escala pequea los desplazami-entos originales del cuerpo vibrante, y transmiteal odo interno esta informacin, donde el cere-bro lo interpreta como sonido (figura 6).

Por lo tanto, una onda de sonido es una seriede compresiones y rarefacciones sucesivas delaire (por lo que el sonido no puede transmitirseen el vaco). Cada molcula transmite la energaa la molcula que le sigue; una vez que la ondade sonido termina de pasar, las molculas per-manecen ms o menos en la misma posicin(figura 7).

Caractersticas fsicas

Cualquier sonido sencillo (una nota musical, porejemplo) puede ser descrito en su totalidad, me-diante tres caractersticas con que se percibe: eltono, la intensidad y el timbre. Estos atributoscorresponden exactamente a tres caractersticasfsicas: la frecuencia, la amplitud y la composi-cin armnica o forma de onda. Por su parte, lo

que conocemos como ruido, es un sonido com-plejo; se trata de una mezcla de diferentes fre-cuencias o notas sin relacin armnica.

Frecuencia o tonoPor frecuencia del sonido se entiende el nmerode ciclos de una onda por segundo. Conformemayor sea la frecuencia de una onda, ms agudose escuchar el sonido; y al contrario, conformemenor sea la frecuencia de la misma, ms gravese escuchar el sonido.

Un fenmeno interesante es el que se producecuando se tocan dos instrumentos distintos enla misma nota. Ambos sonidos pueden tener lamisma frecuencia, pero no necesariamente sepercibirn igual; la diferencia radica en el timbrecaracterstico de cada instrumento (figura 8).

AmplitudLa amplitud de una onda de sonido es el gradode movimiento de las molculas de aire que latransportan. Dicho movimiento corresponde a laintensidad de rarefaccin y compresin de lapropia onda.

Figura 3 Figura 4Desplazamiento de una onda por una cuerda Al caer en el agua, la piedra

genera ondas transversales

Zona de aire comprimidodesplazndose hacia adelante

Zona de aire enrarecidodesplazndose hacia adelante

Compresiones y rarefacciones alejndose de una placa vibrante

A B C

Figura 5

Figura 6

Figura 7 Figura 8

Sonido

Onda de sonido

Molculas de aire

Frecuencia (nmero de ciclos en un segundo)

1 segundo 1 segundo

5 ciclos por segundo 1 ciclo por segundo

Odo externo

Las ondas sonoras son transmitidas a travsdel conducto auditivo externo hacia eltmpano, en el cual se produce una vibracin.Estas vibraciones se comunican al odomedio a travs de una cadena depequeos huesos formada por el martillo,el yunque y el estribo, transmitindose asa travs de un conducto llamadoventana oval hasta el lquido delodo interno, en la cclea.Ah, son estimuladas las clulaspilosas, las cuales, a su vez,transmiten a travs del nervioauditivo un patrn derespuestas elctricas hacialos centros auditivos del cerebro.

Odo medioOdo interno

MartilloCclea o caracol

Estribo

Yunque

Pabellnauditivo

Conducto auditivoexterno

Membrana del tmpano

Nervio coclear


Cuanto mayor es la amplitud de la onda, msintensamente golpea sta a las molculas deltmpano y ms fuerte es el sonido percibido. Laamplitud de una onda de sonido puede expre-sarse en unidades absolutas, mediante la medi-cin de la distancia de desplazamiento de lasmolculas del aire, la medicin de la diferenciade presiones entre la compresin y la rarefaccin,o la medicin de la energa transportada; porejemplo, la voz normal presenta una potenciade sonido de aproximadamente una cienmilsi-ma de watt. Sin embargo, puesto que dichasmediciones son muy difciles de realizar, paraexpresar la intensidad de los sonidos stos secomparan con un sonido patrn; en tal caso, laintensidad se expresa en decibeles (figura 9).

IntensidadEste parmetro est estrechamente relacionadocon el anterior: la distancia a la que se puedeescuchar un sonido, depende de la intensidadde ste; la intensidad es el flujo promedio deenerga que atraviesa cada unidad de reaperpendicular a la direccin de propagacin.

En el caso de ondas esfricas que se propagandesde una fuente puntual (el caso del sonido ode las transmisiones de radio), la intensidadmedida en un punto es inversamente proporcio-nal al cuadrado de la distancia; esto, suponiendoque no se produzca ninguna prdida de energadebido a la viscosidad, la conduccin trmica uotros efectos de absorcin. Por ejemplo, en unmedio perfectamente homogneo, un sonidoser nueve veces ms intenso a una distanciade 100 metros que a una distancia de 300.

En la propagacin real del sonido en laatmsfera, los cambios fsicos que el aire expe-rimenta (temperatura, presin o humedad) dan

lugar a la amortiguacin y dispersin de las on-das sonoras; por eso es que, generalmente, laley del inverso del cuadrado no se puede aplicara las medidas directas de la intensidad delsonido.

TimbreVamos a suponer que tenemos un violn, unpiano y un diapasn, y que con la misma inten-sidad se toca en los tres una nota La -situadasobre el Do central. Los sonidos resultantessern idnticos en frecuencia y amplitud, peromuy diferentes en timbre. De las tres fuentes, eldiapasn es el que produce el tono ms sencillo,conformado casi exclusivamente por vibracionesde tipo senoidal con frecuencias de 440 Hz.

Debido a las propiedades acsticas del odo ya las propiedades de resonancia de su membranavibrante, es dudoso que un tono llegue en estadopuro al mecanismo interno del odo. La compo-nente principal de la nota producida por el pianoo el violn tambin tiene una frecuencia de 440Hz; sin embargo, ambas notas contienen a suvez componentes cuyas frecuencias son mlti-plos exactos de 440 Hz: los llamados tonossecundarios, como 880, 1,320 1,760 Hz.

Las intensidades y el defasamiento que exis-ten entre esas otras componentes (las llamadasarmnicas), determinan el timbre de la nota(figura 10).

Velocidad del sonido

La frecuencia de una onda de sonido, es unamedida del nmero de vibraciones por segundode un punto determinado; a la distancia entredos crestas (cimas) adyacentes de la onda, se le

denomina longitud de onda. Al multiplicar elvalor de la longitud de onda por el de la frecu-encia, se obtiene la velocidad de propagacin dela onda. Esta velocidad es igual para todos lossonidos sin importar su frecuencia, siempre ycuando se propaguen a travs del mismo medioy a la misma temperatura. Por ejemplo, mientrasla longitud de onda de la nota La situada sobreel Do central es de unos 78.20 cm, la de la notaLa situada abajo del mismo es de 156.40 cm.

En aire seco y a una temperatura de 0 C, lavelocidad de propagacin del sonido es de 331.6m/s. Al aumentar la temperatura, aumenta lavelocidad del sonido; por ejemplo, a 20 C la velo-cidad es de 344 m/s.

Los cambios de presin a densidad constante,casi no tienen efecto sobre la velocidad del soni-do. Ante la presencia de ciertos gases en el am-biente, esta velocidad depende de la densidadde los mismos. Si las molculas son pesadas, semueven con ms dificultad; entonces el sonidoavanza ms lentamente. De conformidad con loanterior, el sonido viaja ligeramente ms rpidoa travs de aire hmedo que a travs de aire seco;esto, porque el aire hmedo contiene una mayorcantidad de molculas ms ligeras. En la mayorade los gases, la velocidad del sonido tambindepende de otro factor: el calor especfico, queafecta a la propagacin de las ondas de sonido.

Por lo general, el sonido viaja ms rpido atravs de lquidos y de slidos que a travs degases. Tanto en los lquidos como en los slidos,la densidad tiene el mismo efecto que en losgases.

La velocidad del sonido vara de forma inver-samente proporcional a la raz cuadrada de la

densidad, y de forma proporcional a la raz cua-drada de la elasticidad. Por ejemplo, a travs deagua el sonido desarrolla una velocidad de 1,500m/s, siempre y cuando la temperatura sea nor-mal; como ya dijimos, cuando sube la tempera-tura aumenta notablemente la velocidad.

A travs de cobre, y tambin en condicionesnormales de temperatura, la velocidad del sonidoes de unos 3,500 m/s; al aumentar la tempera-tura, la velocidad disminuye (debido a la dismi-nucin de la elasticidad). En el acero, que es mselstico, el sonido se desplaza a 5,000 m/s; supropagacin es muy eficiente (figura 11).

Reproduccin del sonido

Tal como ya se dijo, para la reproduccin del so-nido se requiere de una bocina o altavoz. Existendiferentes tipos, pero la mayora de los actualesson dinmicos. Estos altavoces incluyen unabobina de cable muy ligero, sumergida dentrodel campo magntico de un potente imn perma-nente o de un electroimn (figura 12).

Figura 9

Amplitud (intensidad de la onda de sonido)

Gran amplitud Pequea amplitud

Figura 10

Dos instrumentos que generan una onda de la misma frecuencia, pueden diferenciarse por el timbre.

Figura 11

Figura 12

En el aire viaja a 340 m/s

En el cobre, a 3500 m/s

En el agua, a 1500 m/s

Velocidad del sonido

Estructura o soporte metlico

Imn permanente

Bobina

Cono y suspensin


Campo magntico

FuerzaCorriente

Bocinas para graves(en el interior delbaffle, en lascmaras superiore inferior)

Bocina paramedios

Bocina para altos

A

B

Figura 13

Figura 14

Bocina circular Bocina circular Bocina cuadrada

Bocinas elpticas de amplio espectro de sonido

29 30

Una corriente elctrica variable, procedentede los circuitos electrnicos de algn amplifi-cador, atraviesa la bobina y modifica la fuerzamagntica entre sta y el campo magntico del

altavoz. Recuerde que cuando se combina uncampo magntico y una corriente que circula enforma perpendicular a l, se produce una fuerzaortogonal capaz de producir un desplazamiento,

y este fenmeno es precisamente el que se apro-vecha para la fabricacin de las bocinas o alta-voces (figura 13A).

Al producirse cambios de corriente, la bobinavibra y entonces hace que un diafragma o ungran cono vibrante -unido mecnicamente a ella-se mueva para generar en el aire ondas sonoras;a su vez, este movimiento impulsa a las mol-culas de aire en la forma del sonido que se deseareproducir.

Tipos de bocinas

Para aumentar la potencia y la calidad del sonido,pueden utilizarse conjuntos especiales de boci-nas de diferente tamao: las pequeas son paranotas agudas y las grandes para notas graves(figura 13B).

La forma o diseo de las bocinas, es tambinfactor que incide en la calidad del sonido que sereproduce. Existen bsicamente tres tipos:circulares, cuadradas y elpticas (figura 14) Lasprimeras ofrecen una muy buena reproduccinde sonido; las cuadradas, slo una regular o bue-na reproduccin; las elpticas son las mejores,pues permiten una excelente reproduccin. Larazn, es que el uso de las bocinas elpticas equi-vale a tener una bocina circular pequea paratonos medios y una bocina circular grande paratonos bajos (figura 15).

En todo sistema reproductor de audio, siem-pre ser necesario instalar dos o ms tipos debocinas. La fidelidad del sonido mejora cuandopara cada frecuencia y amplitud de la seal deaudio se usa un tipo diferente de bocina; es decir,para tener un buen sistema de sonido se requierede bocinas que reproduzcan los agudos (llama-das tweeters), de bocinas que reproduzcan losmedios (midrange) y los graves (conocidas comowoofers).

Obviamente que los altavoces no son todosde gran tamao para colocarse en baffles de sis-temas de sonido. Actualmente, uno de los tiposde bocina que ms se utiliza es el audfono (figura16). Se trata de un par de pequeas bocinas, mon-tadas sobre una varilla semicircular plstica ometlica; por poder ser adaptada en la mayorade los casos, la longitud de la varilla es suficientepara mantener a las bocinas a la altura de losodos.

Las dos bocinas son de tamao inferior a unapulgada, y se encuentran cubiertas por unaesponja suave que, adems de evitar friccincontra los odos, asla los ruidos externos.

Para finalizar, sealaremos que es caracters-tico que los audfonos necesiten poca corrientepara operar; como sta es del orden de los mili-amperes, los audfonos resultan muy tiles enequipos porttiles y ofrecen una alta fidelidadde reproduccin. Suena bien, verdad?

Figura 15 Figura 16

Los audfonospermiten una buenafidelidad del sonidocon un mnimoconsumo de energa.

ELECTRONICA radio-grfica ELECTRONICA radio-grfica32

DISPOSITIVOSELECTRONICOS

DE MEMORIA

DISPOSITIVOSELECTRONICOS

DE MEMORIALeopoldo Parra Reynada

En este artculo de nivel bsico, sepretende brindar un panorama

general de los circuitos de memoria,dando una explicacin mnima de su

teora de operacin y destacando,sobre todo, la importancia funcional

que tienen en los sistemaselectrnicos modernos, sean de

audio, video o de procesamiento dedatos, como las computadoras. Dehecho, consideramos este artculo

como un prembulo para temas quepublicaremos posteriormente, y que

tienen que ver con la sustitucin yprogramacin de memorias EEPROM

en televisores modernos; es por elloque hemos retomado parte de un

material publicado en el nmero 225de Radio-Grfica.

Dispositivos de memoria

A los elementos que permiten retener infor-macin para su posterior uso o reproduccin, seles llama dispositivos de memoria. En este sen-tido, cualquier medio que permita registrar infor-macin, como una hoja de papel, una tarjeta per-forada, una cinta magntica, un disco compactoo un circuito electrnico son, por ese hecho, dis-positivos de memoria.

En la tecnologa electrnica, los dispositivosde memoria se pueden clasificar en dos grupos:

1) Los que se utilizan para grabar y reproducirinformacin de uso final.

2) Los que se emplean para grabar y reproducirinformacin de uso intermedio.

En el primer grupo encontramos al disco com-pacto de audio digital, al CD-ROM, a los video-cassettes en sus diversas modalidades, al discolser de video, etc. En el segundo grupo se inclu-yen a las memorias electrnicas en circuito inte-grado, a los discos duros de computadora, etc.

Y aunque sta no es una clasificacin muytcnica, la empleamos para distinguir entre eltipo de informacin de usuario propiamente di-


cha, de la informacin que se utiliza para apoyarla operacin de sistemas electrnicos que proce-san datos para un determinado fin. Por ejemplo,es distinta la informacin musical que se grabaen un CD, de la informacin correspondiente alsistema operativo que se almacena en los circui-tos de memoria RAM de una computadora, aun-que en ambos casos se trate de datos en formade bits.

Desde esta perspectiva, podramos comparara los dispositivos que se emplean para grabar yreproducir informacin de uso intermedio, conaquellas porciones del cerebro humano quealmacenan los recuerdos u otros datos que lepermiten a este rgano vital tomar decisiones.

Aplicaciones de los circuitosdigitales de memoria

En la electrnica moderna, los circuitos de me-moria cada vez tienen mayor presencia. Se lesaplica en computadoras, televisores, videograba-doras, reproductores de CD, videojuegos, eincluso en lavadoras automticas, calculadorasde bolsillo y relojes de cuarzo. Su funcin con-siste en almacenar instrucciones, operaciones,resultados de operaciones aritmticas y lgicas,etc., ya sea de manera temporal o definitiva, paraluego reutilizar esta informacin en la ejecucinde alguna instruccin subsecuente.

Fundamentalmente, la aplicacin de circuitosde memoria tiene que ver con sistemas electr-nicos donde se procesan datos, se toman deci-

siones lgicas, se lleva un control de deter-minados eventos, se guarda cierto estado de lascosas como referencia futura, etc. Es decir, seemplean en registros de control y de almacena-miento que apoyan el funcionamiento de circui-tos y subsistemas especficos en computadoras,audio, video, sistemas de control, etc. (figura 1).

Por ejemplo, en computadoras se utilizan paraalmacenar las rutinas de arranque y soportar almicroprocesador en la ejecucin de los progra-mas de aplicaciones. En un televisor se empleanpara memorizar las rutinas de operacin delaparato, los canales, el volumen, los ajustes detinte, color, etc. En una videograbadora tambinse aprovechan para almacenar las rutinas deoperacin de la mquina, as como las preferen-cias del usuario respecto a los canales activosen su localidad y la informacin necesaria parala grabacin sin asistencia de programas de TV.En reproductores de CD se les utiliza para com-pensar las variaciones mecnicas en la repro-duccin, para reproducir los nmeros musicalesen el orden predeterminado por el usuario, parallevar el conteo de minutos y segundos de cadainterpretacin, etc.

Nota histrica

El surgimiento de los dispositivos de memoriaest ntimamente ligado al desarrollo de lossistemas de cmputo, aunque el primer elementode memoria conocido tena ms bien una funcinde control; nos referimos a las tarjetas de madera

perforadas, un invento del francs J. MarieJacquard que permita controlar el patrn de teji-do de los telares mecnicos, y el cual data de1805 (figura 2).

A finales del siglo XIX, el norteamericanoHermann Hollerith aprovech el principio detarjetas perforadas para manejar las cifras delcenso de Estados Unidos de 1890, tarea que pudollevar a cabo en tan slo dos aos y medio, cuan-do antes tomaba ocho o ms aos. Con el pasodel tiempo, Hollerith particip en la creacin dela Computing Tabulating Recording Company,empresa que en 1957 dio origen a la InternationalBusiness Machines Corporation, mejor conocidapor sus siglas: IBM.

A principios del siglo XX se desarrollaron lasprimeras calculadoras elctricas, cuya operacinse basaba en la apertura y cierre de un gran

nmero de relevadores, cada uno de los cualesfuncionando como unidad de memoria de undato elemental. Ya en los aos 40s, con la apari-cin de la ENIAC, la primera computadoracompletamente electrnica, surgieron las prime-ras memorias construidas con vlvulas de vaco(bulbos). Pero como la informacin almacenadase perda irremediablemente en cuanto se apaga-ba la mquina, los datos se almacenaban en unacinta perforada de papel como un medio de me-moria permanente (figura 3).

Es importante mencionar que los dispositivosde memoria tuvieron un impulso en su desa-rrollo, precisamente en los aos 40s, cuando sesent el modelo terico en el que se basaranlos diseos de las computadoras. En efecto, en1944 John Von Neumann propuso la idea deintroducir en la memoria de trabajo de la mqui-na tanto el programa a ejecutar como los datosa procesar. Con esta revolucionaria idea especi-fic un modelo terico para disponer de unamquina de propsito universal, como son lascomputadoras, aunque inicialmente se contem-plaron nicamente como enormes mquinas su-madoras, que facilitaran el trabajo de loscientficos al realizar operaciones matemticas.

Desarrollos posteriores permitieron disearmemorias ms compactas, como la de anillosmagnticos (figura 4), basada en una red de con-ductores elctricos en forma de matriz, con sen-dos anillos de material ferromagntico en cada

Figura 1

Memoria

A pesar de que su construccininterna sea virtualmente idntica,una memoria puede desempeartareas muy distintas dependiendo

del equipo en que sea utilizada.

Figura 2

Figura 3

Las tarjetas perforadas fueron utilizadas durante muchos aos en lascomputadoras. Originalmente se utilizaban en los telares mecnicos.Slo las agujas que coincidan con los agujeros podan penetrar yformar el diseo.

Las cintas perforadasutilizadas en las primeras

computadoras almacenabansu informacin en forma de

puntos, los cuales eranledos por medio de

escobillas que establecancontacto elctrico al coincidir

con una perforacin.

33 34


unin. Sin embargo, fue con el advenimiento delos transistores que su pudo disear una nuevageneracin de memorias electrnicas, significa-tivamente ms pequeas, con una mayor veloci-dad de respuesta y una operacin general muchoms confiable.

A fines de los aos 50s, con el desarrollo dela tecnologa planar por parte de la compaaFairchild, fabricante de semiconductores, surgie-

ron los primeros circuitos integrados, en los cua-les se empaquet una gran cantidad de compo-nentes en una sola pastilla de silicio con unencapsulado sencillo. Y por supuesto que lasmemorias fueron de los primeros circuitos en losque se aprovech esta nueva tcnica de integra-cin, fabricndose a partir de entonces diversostipos para aplicaciones especficas.

Las capacidades actuales de los circuitos dememoria son realmente sorprendentes; porejemplo, se han anunciado chips capaces dealmacenar hasta 16 millones de bytes, lo que sig-nifica que un mdulo de 32 MB de RAM se podraconstruir con tan slo dos de estos integrados; ytodo parece indicar que los desarrollos en estecampo seguirn por tiempo indefinido.

Tcnicas de fabricacin de lasmemorias digitales

Las tcnicas de fabricacin de las memorias digi-tales, no difieren sensiblemente de las que seutilizan en cualquier otro circuito integrado, in-cluidos los modernos microprocesadores. Enefecto, se utiliza tecnologa MOS grabando millo-nes de minsculos transistores en grandes obleasde silicio, utilizando para ello mtodos de foto-grabado muy similares a los de la litografa (figu-

ra 5). Esto ha permitido la fabricacin de memo-rias de capacidad creciente sin que por ello sucosto se incremente (al contrario, tiende a dismi-nuir considerablemente); por lo tanto, en la ac-tualidad podemos hablar fcilmente de sistemasde cmputo que poseen varios millones de bytesde memoria instalada sin que eso implique unprecio excesivo.

Cmo trabaja una memoria digital

Una memoria digital es un dispositivo que alma-cena estados lgicos, es decir, 1s y 0s. Para ello,requiere de un sistema de entrada de datos, unsistema de direccionamiento de los datos hacialocalidades de memoria especficas y un mtodopara recuperar o dar lectura a la informacin yagrabada. Para llevar a cabo estas funciones, esnecesaria la presencia de tres buses indepen-dientes, pero que interacten estrechamenteentre s: el bus de datos, el de direcciones y el decontrol. Vea en la figura 6 una explicacin grficade para qu sirve cada uno de ellos.

Por ejemplo, para guardar un dato especficoen una memoria, la informacin correspondientese coloca en el bus de datos, mientras que en elde direcciones se identifica la casilla especficadonde ser almacenada dicha informacin; porsu parte, en el bus de control se indica qu se vaa hacer con ese dato (guardarlo, dejarlo pasar,etc.) Una vez almacenada la informacin, sta

permanece en dicha localidad de memoria tantotiempo como est energizado el sistema, y si enun momento dado se desea leer los datos,simplemente en el bus de control se enva unaorden de lectura, en el de direcciones la ubica-cin de la casilla de inters, y la memoria colocasu informacin en el bus de datos. Este procesopuede repetirse millones de veces por segundo.

Como veremos enseguida, dependiendo de suaplicacin las memorias semiconductoras seclasifican en diferentes categoras, que a su vezse pueden agrupar en dos grandes familias: ROMy RAM.

Memorias de la familia ROM

Las primeras memorias semiconductoras que seutilizaron fueron del tipo ROM (Read Only Memo-ry o memoria de slo lectura). Como su nombrelo indica, estos dispositivos se disearon paraalmacenar datos que slo pueden ser ledos porel usuario, pero no modificados, lo cual resultade gran utilidad en aparatos que siempre trabajancon las mismas rutinas o principios; de estamanera, el programa requerido para la operacinde los circuitos involucrados, se graba en unaROM para que el microprocesador lo ejecute sinvariaciones.

A su vez, dentro de la familia de memoriasROM se encuentran varias categoras. ROM,PROM, EEPROM y UV-EPROM.

Memorias ROMEstrictamente hablando, stas fueron las ROMoriginales. Su caracterstica principal es que lainformacin queda grabada por medios fsicosen la pastilla de silicio (por lo general, en formade un diodo conectado a un par de lneas cruza-das). En la figura 7 se muestra la configuracinbsica de este elemento de memoria; observeque se trata de un arreglo resistencia-diodo enel que se almacena un dato, consistente en unvoltaje alto o bajo (bit), dependiendo de si existeo no un diodo entre ambas lneas.

La informacin memorizada depende, enton-ces, de la disposicin de diodos en una confi-guracin que define el arreglo de unos y ceroscorrespondientes a los datos a almacenar, lo cual

Figura 4

Figura 5

Circuitos de memoria con ncleos de ferrita utilizados en lasantiguas computadoras

Figura 6

Procesode

datos

Memoria

Bus de datos

Bus de direcciones

Bus de control

Todo sistema que se apoye en memorias digitales debe poseer por lo menos tres tipos de buses:

1) De datos, donde circula toda la informacin que se lee o escribe en la memoria.2) De direcciones, que indica el lugar exacto donde se va a guardar o leer un dato.3) De control, que indica qu se va a hacer en un momento determinado; una lectura, una escritura, una transferencia, etc.

35 36

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


se determina desde fbrica y no puede ser modi-ficado por el usuario.

Memorias PROMEn este tipo de memorias se utiliza una configu-racin similar a la anterior (resistencias y diodos),con la diferencia de que todos los diodos tienenasociado un fusible, el cual puede ser fundidomediante pulsos elctricos en las celdas conve-nientes, para definir el arreglo de unos y ceroscorrespondientes a la informacin que va a seralmacenada. Ver figura 8.

Por esta capacidad de programacin, a taleselementos se les conoce con el nombre de PROM(Programmable Read Only Memory o memoria deslo lectura programable). Y no obstante queofrecen un cierto grado de flexibilidad, una vezque estas memorias son programadas su infor-macin ya es permanente, quedando como unaROM convencional, lo cual es una desventajacuando llega a cometerse algn error en el pro-grama o llega a requerirse determinado cambiofuncional, puesto que el circuito ya no puedereutilizarse.

Este tipo de memorias se utilizan amplia-mente en los microcontroladores de los aparatoselectrnicos de consumo, los cuales por lo gene-ral son dispositivos de tipo genrico, pero suprogramacin interna vara dependiendo de lasnecesidades especficas del aparato donde se vana montar.

Memorias EEPROMEl siguiente paso en el desarrollo de las memo-rias digitales, fue un elemento capaz de ser pro-gramado por el usuario, pero con la posibilidadde modificaciones posteriores en la informacinalmacenada. A dicho elemento se le llamEEPROM, por las siglas de Electrically EraseablePROM, o PROM borrable elctricamente.

Como su nombre lo indica, este tipo de memo-rias estn constituidas por celdas cuya informa-cin digital puede ser grabada o borrada por elusuario mediante un pulso de voltaje de carac-tersticas adecuadas, lo cual es una gran ventajaen actividades diversas donde se requiere hacercambios en los datos o en los programas detrabajo.

Memorias UV-EPROMEl desarrollo ms reciente en el terreno de lasmemorias digitales de la familia ROM, es uncircuito capaz de ser programado y posterior-mente borrado con extrema facilidad, pero nomediante un pulso elctrico (lo cual en ocasionesllega a destruir algunas celdas, dejando inutiliza-do por completo al chip), sino mediante una ra-diacin intensa de luz ultravioleta, de ah precisa-mente el nombre de UV-EPROM (Ultra-Violet Era-sable PROM o PROM borrable por ultravioleta).

Este tipo de memorias son las ms empleadasactualmente en aplicaciones donde se requiereun dispositivo de slo lectura, pero lo suficiente-mente flexible como para poder ser modificadoel programa o los datos contenidos. Usted laspuede identificar por una ventana en la partesuperior, justamente por donde se expone al chipa las emisiones ultravioleta cuando va a serborrada.

Memorias de la familia RAM

Las memorias ROM satisfacen una buena partede las necesidades de tipo informtico y elec-trnico, pero no todas, especialmente aqullasen las que se requiere almacenar datos o un pro-grama de manera temporal. Precisamente, lasmemorias que cubren esta necesidad son lasRAM (Random Access Memory o memoria deacceso aleatorio), de las cuales existen diversascategoras, a saber: SRAM, DRAM, VRAM yNOVRAM.

En una memoria RAM es posible escribir, leer,modificar y borrar informacin cuantas veces serequiera, sin necesidad de recurrir a tcnicasespeciales y en tiempo real, o sea, sin tenerque retirar el circuito para volverlo a programar,como sucede con las ROM. La nica desventajaderivada de su propia flexibilidad, es que slopuede servir de almacn de datos binarios si seencuentra energizada (con su voltaje dealimentacin convenientemente aplicado), de talmanera que si se produce un fallo de energa lainformacin se pierde irremediablemente, lo queno pasa con las ROM. La nica excepcin es conlas memorias NOVRAM, como veremos msadelante.

Memorias SRAMSRAM corresponde a las siglas de Static RAM oRAM esttica. Este es un tipo de memoria quealmacena la informacin suministrada durantetodo el tiempo de operacin del sistema, sinnecesidad de confirmacin o refrescamiento deella. Este tipo de memorias se utiliza en muydiversas aplicaciones, sobre todo aquellas en lasque la falta de energa o la rapidez de respuestasean factores crticos (las memorias tipo SRAM

son significativamente ms rpidas que lasDRAM).

Memorias DRAMDRAM corresponde a las siglas de Dinamic RAMo RAM dinmica. Es un tipo de memoria quecomparte muchas caractersticas con la SRAM,aunque en este caso s se requieren pulsos derefresco para confirmar constantemente lainformacin almacenada en sus celdas.

La caracterstica principal de estas memoriases, adems de su necesidad de pulsos derefresco, su baja necesidad de transistores paraconstruirlas; slo como referencia, para alma-cenar un solo bit con una memoria tipo SRAMes necesario utilizar seis transistores, mientrasque para guardar el mismo bit en una memoriatipo DRAM slo se necesita un transistor; por talrazn, este tipo de memoria RAM es la ms em-pleada en aplicaciones donde se requieran canti-dades significativas de memoria (las compu-tadoras personales son un ejemplo tpico, ya quecuando se menciona que esta mquina posee32 MB de RAM se estn refiriendo precisamentea la memoria tipo DRAM, figura 9).

Memorias VRAMVRAM corresponde a las siglas de Video RAM oRAM de video. Es un tipo de memoria que trabajade manera idntica a las memorias DRAM, conla diferencia de que en lugar de utilizar un solo

Z2 Z1 Z0

W0

W1

W2

W3

W4

Una memoria ROM de tres palabras de cinco bits cada una,usando conexiones de diodos entre las direcciones y laslneas de bits.

Figura 7

Figura 8 Figura 9

Z3 Z2 Z1 Z0

W0

W1

W2

W3

37 38


bus para la escritura y lectura de datos (a fin deahorrar costos de encapsulado) disponen de unbus exclusivo para los datos de entrada y otropara los de salida, permitiendo as que una por-cin de la memoria realice la funcin de lecturaal tiempo que otra lleva a cabo la funcin deescritura.

Este tipo de memorias se utilizan especial-mente en computadoras y otros sistemas dondees necesario el manejo de video digitalizado, yaque en dichas funciones se requiere una altavelocidad en la transmisin de datos; y como esmuy costosa la fabricacin de memorias conven-cionales capaces de trabajar a tales velocidades,los diseadores prefieren aprovechar el recursode doble bus.

Memorias NOVRAMNOVRAM corresponde a las siglas de No-VolatileRAM o RAM no voltil. Su principal caractersticaes que combinan el comportamiento dinmicode una RAM con la rigidez elctrica de una ROM;esto es, ofrecen la funcin de escritura con laposibilidad de retener la informacin almace-nada una vez que es suspendido el suministrode energa elctrica, con la opcin posterior demodificar los datos una y otra vez.

Este tipo de memorias se utilizan en muchosaparatos electrnicos de consumo, tal es el casode algunas marcas y modelos de televisores, quea pesar de permanecer apagados y desconec-tados por un tiempo prolongado, al conectarlosy encenderlos nuevamente recuerdan el canalen que estaban sintonizados y el volumen finalal que se apag el aparato. Esto se logra guardan-do toda esta informacin precisamente en unamemoria NOVRAM.

Memorias en equipos de audio y video

Todos los equipos modernos de audio y videoincluyen sistemas digitales, ya sea para el controlde funciones, la activacin de bloques de circui-tos o para el movimiento de mecanismos com-plejos, etc. A su vez, como base de los microcon-troladores, estn los circuitos de memoria, quepueden estar interconstruidos en el propiomicrocontrolador o alojados de manera externa.

En audio y video, el uso de memorias tantodel tipo ROM como del tipo RAM es intensivo.Las primeras almacenan informacin que nuncavara (como las instrucciones especficas quehacen funcionar a un aparato), mientras que enlas del segundo tipo se almacenan datos que,por su naturaleza, deben variar; por ejemplo,cmo es que un radio digital recuerda la ltimaestacin en que estaba sintonizada al momentode apagar el aparato?

Esto se logra precisamente por el uso de me-morias RAM que graban los datos de la estacinsintonizada, para lo cual una batera o conden-sador de respaldo la mantiene alimentada mien-tras el equipo est apagado. Por lo tanto, cuandonos enfrentemos a un radio, un televisor o cual-quier otro aparato que cada vez que es apagadoolvida la informacin previa, lo ms probablees que se trate de algn problema en el disposi-tivo de respaldo a la alimentacin de la memoriaRAM.

Pero existen casos especiales que deben men-cionarse, debido a que se han convertido en unproblema para muchos tcnicos en electrnica.Quien se dedica a esta actividad, seguramenteya est familiarizado con la nueva generacinde televisores, videograbadoras y equiposmodulares, en los que se les han eliminado porcompleto los tradicionales ajustes por potenci-metros, reemplazndolos por ajustes digitalesrealizados ya sea con el control remoto o con elteclado del panel frontal.

Pues bien, todos estos ajustes suelen almace-narse en una memoria del tipo EEPROM, en laque se graba un nuevo valor que cada vez quese modifica un ajuste, informacin que perma-nece aun si se apaga el equipo o es desconectadode la lnea de alimentacin. Sin embargo, en elcaso de los televisores, como se manejan altosvoltajes, este tipo de memorias con frecuenciaresultan daadas, perdiendo su informacin omodificando algn parmetro fuera de sus lmitesde operacin normal (figura 10).

Esta es la primera vez que el tcnico en elec-trnica se ha tenido que enfrentar directamentecon la programacin y sustitucin de un chip dememoria, por lo que a algunos les resulta nove-doso y hasta cierto punto atemorizante; sin

embargo, como todo circuito digital, las memo-rias electrnicas pueden grabarse y programarsecon un 100% de seguridad de que una vez reali-zado el procedimiento, la reparacin ser satis-factoria. Sobre este tema nos ocuparemos en unartculo posterior de esta revista.

Memorias en computadoras PC

Por su funcin en una computadora PC, los tiposde memoria que podemos encontrar son los si-guientes (figura 11):

RAMSiempre que se habla genricamente de lamemoria RAM de un sistema, se est hablandoespecficamente de aquella memoria que serutilizada como medio de almacenamiento tem-poral principal para el microprocesador. Es decir,el lugar donde las aplicaciones y los archivos detrabajo se cargan desde disco duro y quedan a

disposicin del CPU para su utilizacin inme-diata. A este tipo de memoria tambin se le llamaDRAM o RAM dinmica, debido a que para man-tener su informacin por perodos prolongadosde tiempo, es necesario aplicar unos pulsos derefresco peridicamente (con algunos milise-gundos de perodo), ya que de lo contrario losbits se desvaneceran.

CachSe llama as a un pequeo bloque de memoriade rpido acceso, que sirve como puente entreuna memoria RAM lenta y un microprocesadorrpido. Esta memoria es muy costosa, y de formatpica u

Electronica y Servicio 03

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