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Fundador Profr. Francisco Orozco Gonzlez Direccin editorial Lic. Felipe Orozco Cuautle ([email protected]) Direccin comercial Profr. J. Luis Orozco Cuautle ([email protected]) Gerente administrativo Lic. Javier Orozco Cuautle ([email protected]) Editor asociado Lic. Eduardo Mondragn Muoz Revisin tcnica Ing. Leopoldo Parra Reynada ([email protected]) Colaboradores en este nmero Ing. Leopoldo Parra Reynada Ing. Oscar Montoya Figueroa ([email protected]) Ing. Alberto Franco Snchez Ing. Carlos Garca Quiroz Ing. Gerardo A. Laguna Profr. Francisco Javier Orozco Mancilla Profr. J. Luis Orozco Cuautle Diseo Grfico y pre-prensa digital D.C.G. Norma C. Sandoval Rivero ([email protected]) Apoyo en grficos Gabriel Rivero Montes de Oca Ilustracin de portada en 3D Andrs Rodrguez Rosas Publicidad y ventas Carlos Hernndez P. y Rosario Orozco M. Suscripciones Ma. de los Angeles Orozco Cuautle([email protected])Revista editada mensualmente por Comunicacin Digital, S.C., mediante convenio de explotacin del nombre Radio-Grfica con Instituto IRMEXCO. Todos los contenidos, logotipo y caractersticas de diseo son propiedad 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 770-0214 Impresin: Taller Tcnica y Cultura de Radio y Televisin, S.A. Abraham Gonzlez 101, Col. Jurez, Mxico, D.F. 06600. Tels. 535-0950 y 535-0998, fax 705-2798 Precio ejemplar: $30.00 ($35.00 ejemplares atrasados) Suscripcin anual: $360.00 para toda la Repblica Mexicana, por correo de segunda clase (60.00 Dlls. para el extranjero). Todas las marcas y nombres registrados que se citan en los artculos, son propiedad de sus respectivas compaas. Estrictamente prohibida la reproduccin total o parcial por cualquier medio, sea mecnico o electrnico.

CONTENIDOCiencia y novedades tecnolgicas................. 5Alberto Franco Snchez

Perfil tecnolgico La revolucin de los medios pticos......... 7Felipe Orozco y Leopoldo Parra

Leyes, dispositivos y circuitos Principios de la generacin de la electricidad...............................................16Oscar Montoya Figueroa

Qu es y cmo funciona Cmaras de video digital para consumidor..........................................27Leopoldo Parra Reynada

Servicio tcnico Mecanismo de tres discos tipo carrusel en reproductores de CDs........................... 36Leopoldo Parra Reynada

Ajustes electrnicos en televisores RCA y General Electric................................43Francisco Javier Orozco Mancilla

Anlisis de la seal de video compuesta.. 54Carlos Garca Quiroz

Electrnica y computacin Programas de diagnstico para el servicio a PCs......................................... 64Gerardo A. Laguna

Proyectos y laboratorio

Construccin de un frecuencmetro....... 73Oscar Montoya Figueroa ELECTRONICA radio-grfica

No.2, Nueva Epoca, Abril de 1998


CIENCIA Y NOVEDADES TECNOLOGICASEl nuevo DiscMan de SONYAunque el concepto de los CD-ROM porttiles no es reciente, queremos comentar acerca del lanzamiento de una nueva unidad de Sony, el CD-ROM DiscMan, que tiene caractersticas muy interesantes, como la flexibilidad de sus prestaciones en un chasis muy reducido. Este pequeo equipo mide 13.2 cm. de base, 2.6 cm. de altura y 16.8 cm. de fondo, y pesa 291 gramos! incluyendo las cuatro pilas doble A. La energa de las bateras puede durar hasta dos horas usando el aparato exclusivamente como CD ROM y hasta doce horas como CD de audio musical. Con el propsito de apoyar la transicin entre el video analgico y el video digital, Sony lanz recientemente al mercado un sistema de produccin digital que es compatible con el equipo analgico existente. Este nuevo sistema consta de cmaras para la grabacin y estaciones de edicin, siendo estas ltimas sistemas de cmputo que procesan las seales digitales. Como parte de este nuevo sistema, Sony cre la cinta DV CAM, la cual contiene unELECTRONICA radio-grfica 5

Esto concepto proporciona una solucin ligera para usuarios de computadoras Notebook, y que desean a la vez obtener la prestacin del CD musical, de manera porttil y autnoma de otros equipos. La interface con la computadora en estas unidades se lleva a cabo por medio de un adaptador PCMCIA, por lo que prcticamente es compatible con cualquier computadora que incluya una baha de expansin de dicho estndar.

Un cassette inteligente: la cinta DV CAM

chip de memoria donde se almacena informacin de control que ser usada en las etapas posteriores de la produccin de video. Por ejemplo, en ese dispositivo quedan registrados los parmetros de ajuste de la cmara original para cuando se requiera colocar el cassette en otra cmara; en tal caso, el cassette proporciona la informacin a la nueva cmara y esta se ajusta a los parmetros anteriores. Adems ofrece ventajas para la edicin, ya que registra la informacin bsica (tiempos, por ejemplo) sobre todas las tomas que se van haciendo durante la grabacin; de esta manera, podramos decir que la edicin comienza desde la toma de imgenes. Para ser ms especficos, la cmara DRS-130 de Sony registra en esta memoria adicional el cdigo de tiempo del punto de entrada (C : T : in) y el punto de salida (C : T : out) de cada una de las tomas, as como un ndice de imgenes con un cuadro de cada toma. Por ltimo quien hace las tomas puede determinar, desde ese momento, la calificacin de las mismas (si stas son correctas [OK] o no [NG]). tosos y poco prcticos, como las unidades de cinta, los CDs grabables o las unidades de disco removibles del tipo ZIP o JAZ. Hace poco ms de un ao, la compaa mundial 3M, a travs de su filial Imation, present el SUPER DISK, un disquete magntico similar en tamao y forma al tradicional de 3.5, pero con la capacidad de almacenar 120 MB, es decir, 83 veces ms informacin que aqul y 20% ms que las unidades ZIP. Pero tal vez la ventaja principal no sea la capacidad en un dispositivo de reducidas dimensiones, sino el hecho de la unidad de disquetes LS-120 es compatible

3M presenta el LS-120: SUPER DISKConforme al desarrollo de la industria de cmputo, los tradicionales disquetes de 3.5 pulgadas estn llegando a su obsolescencia como medios de transporte y respaldo de archivos, pues brindan una capacidad insuficiente para las nuevas necesidades informticas. La solucin que hasta hace poco tenan los usuarios que requeran respaldar y transportar volmenes masivos de informacin, era recurrir a otros mtodos cos6 ELECTRONICA radio-grfica

con los disquetes de 3.5 pulgadas, adems de que funciona hasta cinco veces ms rpido que las unidades de floppy convencionales. Este formato es muy prometedor, y quizs se constituya en el estndar entre los medios de transporte y respaldo de archivos, pues el concepto de compatibilidad ha sido determinante en la expansin de la industria de las computadoras personales.

Alberto Franco Snchez

PERFIL Tecnolgico

LA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSFelipe Orozco y Leopoldo Parra

Medios de soporte de informacin

El surgimiento del disco compacto de audio digital, desencaden una revolucin en los medios de almacenamiento de informacin, considerada sta en sentido amplio (datos, texto, audio, imgenes, video), pues permiti grabar enormes cantidades de datos en un disco de apenas doce centmetros de dimetro. El CD musical y todos los formatos que se derivaron de dicha tecnologa, tienen una base fsica comn: el registro y lectura de informacin por medios pticos. En este artculo, revisaremos los principios en que se apoya esa tecnologa y haremos un recuento de los principales formatos que se han derivado del CD musical.

Los medios de registro de informacin, constituyeron una base fundamental en el desarrollo de las civilizaciones, pues permitieron aumentar la memoria colectiva, remontar las barreras del tiempo y, por consecuencia, incrementar el bagaje intelectual de los pueblos. La primera forma material que se supone se emple en la antigedad, fue la tableta de arcilla, en la cual se grababan incisiones que representaban letras o nmeros (la escritura cuneiforme de los antiguos babilonios); luego vino el rollo o tira continua de papiro (el antecesor del papel) usado por los antiguos egipcios; ms tarde el cdice o cuaderno de pergamino, que con los siglos evolucion hasta el concepto de hojas de papel agrupadas para formar un volumen (libro); y, finalmente, en nuestro siglo, el disco de acetato, la cinta magntica, el disco magntico y los discos pticos. Esta amplia variedad de medios de almacenamiento, ha implicado una diversidad de recursos y dispositivos para conservar la informacin: incisiones (bajorrelieve) en las tablillas babilnicas; tintas y plumas de ave para la escritura sobre papiros y pergaminos; la imprenta


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Figura 1La escritura en bloques de piedra y en tabletas de arcilla fue una de las primeras formas de registro de informacin, al igual que el uso del papiro. La historia de los antiguos pueblos egipcios y babilonios ha podido ser reconstruida gracias a estos registros. Cuiriosamente, en el CD la grabacin de informacin tambin se realiza en forma fsica, mediante una serie de microscpicas protuberancias llamadas pits.

para el estampado en papel; los campos magnticos para la grabacin en cinta y discos; surcos grabados en la superficie de discos de acetato y protuberancias microscpicas sobre la superficie de un disco de policarbonato, para ser ledos mediante un rayo lser (figura 1). El surgimiento de los medios pticos, constituy una transformacin rotunda de los mtodos de almacenamiento de informacin, pues permiti grabar enormes cantidades de datos en un disco de apenas doce centmetros de dimetro. El primer dispositivo ptico fue el videodisco lser, aunque el medio que desencaden la revolucin de los sistemas pticos fue el disco compacto de audio digital, capaz de almacenar hasta 74 minutos de audio; de ah se derivaron mltiples formatos y variantes, siendo el ms importante el disco compacto para computadora o CDROM (Compact Disc-Read Only Memory), el cual permiti almacenar hasta 640 megabytes de informacin, el equivalente a dos ediciones completas de la Encyplopaedia Brittanica. La ventaja principal del CD-ROM, fue que permiti a las compaas fabricantes de software, desarrollar programas de computadora de una

clase llamada multimedia interactiva, en la cual se combinan texto, imgenes, sonido, animaciones y video, brindando adems al usuario la posibilidad de interactuar de forma dinmica con esa informacin heterognea. Y es que el CDROM ofreci por primera vez un soporte ligero y barato para la grabacin digital de enormes cantidades de datos, justamente como las que requiere la multimedia interactiva. Todos los formatos pticos que se derivaron del CD musical, as como los desarrollos conceptuales y tecnolgicos que propici el CD-ROM, mantienen una base fsica comn: el almacenamiento y lectura de informacin por medios pticos. En este artculo, revisaremos los principios de grabacin y lectura de datos por procedimientos pticos y haremos un recuento de los principales formatos que se han derivado del CD musical.

El surgimiento de la tecnologa pticaA finales de la dcada de los 70s, la compaa Philips haba desarrollado un mtodo para grabar informacin en surcos microscpicos y recupe-

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rarla mediante un rayo lser. La aplicacin que los ingenieros de esta compaa le dieron a tan novedoso sistema fue en el disco lser de video, cuyo lanzamiento al mercado se dio en 1980, con la intencin de ofrecer una alternativa viable a los formatos de videocinta Beta y VHS, que por entonces inauguraban una era en el terreno del video domstico (figura 2). Sin embargo, tal vez por tratarse en ese tiempo de una tecnologa muy avanzada para las condiciones de la industria en el mundo, o por resultar muy costosa con relacin a las videocintas, Philips no obtuvo el xito esperado con el videodisco en esos aos. Mas este gran avance sent las bases del disco compacto digital. Al respecto, conviene precisar que en el videodisco lser la informacin no se graba digitalmente, sino de manera analgica. Por otra parte, hacia fines de los 70s, las tcnicas digitales haban alcanzado un grado de maduracin que los haca susceptibles de aplicarse en electrnica de consumo, en buena medida estimuladas por los avances en la produccin de circuitos de gran escala de integracin. Este panorama, aunado a las ventajas de las tcnicas digitales sobre las analgicas, llev a Philips a considerar el desarrollo de un disco lser para grabacin de audio basado en procedimientos numricos. El inconveniente fundamental que enfrentaba Philips para desarrollar un medio de almacenamiento con estas caractersticas, era el proceso de conversin de la seal analgica en un formato digital y su posterior reconversin a la expre-

sin anloga. Por entonces ya existan desarrollos comerciales de circuitos convertidores de anlogo a digital (A/D) y de digital a anlogo (D/A), pero como Philips haba dedicado mucho tiempo a la investigacin y desarrollo de la tecnologa para el almacenamiento y recuperacin de datos en formato ptico, no dispona de un desarrollo propio para la conversin A/ D/A de seales de audio. Conscientes de que desarrollar un mtodo propio para resolver est cuestin tcnica podra tomarles varios aos, los directivos de Philips decidieron establecer alianzas estratgicas con otras compaas que ya disponan de esa tecnologa. Concretamente, llegaron a un acuerdo con la firma japonesa Sony, para el lanzamiento comn del nuevo disco compacto de audio digital. Los ingenieros de Sony haban desarrollado a fines de los 70s un procedimiento para la grabacin de audio anlogo en forma digital a travs de una codificacin PCM (Pulse Code Modulation). Inclusive, algunos de sus modelos de videograbadoras Beta, llegaron a incluir circuitos que permitan la adicin de un mdulo especial para el manejo del audio estreo Hi-Fi digital. Finalmente, de la unin de tecnologas de estas dos grandes empresas mundiales, surgi en 1982 el disco compacto de audio digital. Rpidamente, este novedoso sistema atrajo la atencin de otros fabricantes de equipos, pues el CD ofreci indudables ventajas sobre los tradicionales medios de almacenamiento de audio: el disco negro de acetato y la cinta en cassette.

Luz y protuberanciasEn un disco de acetato la informacin se graba mediante pequeos surcos en forma de espiral; es en las paredes de dicho surco donde se graba el audio analgico que posteriormente es recuperado por una aguja de zafiro o de diamante (figura 3). La aguja, al recorrer el surco, vibra segn las ondulaciones grabadas en las paredes del mismo y transmite la informacin de audio analgico hacia una pastilla magntica, donde se obtiene la seal elctrica respectiva, misma que es filtrada y amplificada para su posterior salida por los altavoces.

Figura 2


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Microfotografa de la superficie de datos de un CD.

En un disco convencional el propio surco sirve de gua a la aguja, como se muestra en esta ampliacin.

Figura 3En una cinta magntica, existen guas mecnicas para la correcta trayectoria de la cinta.

Cul es el principio de almacenamiento y lectura de informacin en los sistemas pticos? En este caso, no existe aguja ni contacto fsico entre el medio recuperador y el medio de almacenamiento, como tampoco existe un surco con paredes grabadas. En los discos pticos, para almacenar los datos, se utiliza un track o pista de informacin constituida por minsculas elevaciones de longitud variable, a las cuales se les llama pits (en ingls pit significa hueco, pero se emplea este trmino porque en el disco matriz, que es como el negativo del CD, la informacin va codificada en microscpicos huecos o depresiones). De hecho, podemos decir que el pit es la clula o unidad bsica de informacin en los discos pticos digitales. Las dimensiones de estos pits son sorprendentes: tienen un ancho de slo 0.5 micras (una micra = una milsima de milmetro); su altura es de tan slo 0.11 micras, y su longitud puede variar desde 0.83 hasta 3.5 micras (figura 4). A su vez, la separacin entre tracks adyacentes es de tan slo 1.6 micras. Estas dimensiones proba-

blemente no tengan para usted un significado en primera instancia; sin embargo, para brindarle una perspectiva ms apropiada, en la figura 5 se muestra una comparacin de los tracks de un CD musical con un surco de un disco de acetato y con el grueso de un cabello humano. Cmo puede operar un sistema de lectura con dimensiones tan reducidas de los datos? En principio, la lectura de los datos slo puede ser realizada con un elemento tan fino como lo es el rayo lser, es decir, se requiere de principios pticos; sin embargo, este procedimiento se apoya a su vez en otros conceptos de ingeniera: 1) La digitalizacin de los datos. 2) La autocorreccin de la orientacin del rayo lser cuando se defasa de la pista de datos.

64 micras

Cabello

40 tracks

En un disco compacto, la informacin se graba mediante diminutos "pits" o elevaciones. Al rea respectiva se le llama "superficie de datos".Espacio libre entre pits 0.833 a 3.54 m Largo del pit 0.833 a 3.54 m

CD Ancho de track de un disco compacto

60 tracks

Separacin entre tracks 1.6 m Ancho del track 0.5 m 00000001001000001001000.. Haz lser 1.7 m (spot)

Disco de acetato

Figura 4

Surco de informacin

Figura 5

10


3) La autocorreccin de los datos para eliminar los errores normales en un sistema de esas dimensiones. 4) La traduccin de los datos de digital a anlogo, de modo que en la salida se obtenga la misma seal analgica que se capt en el estudio de grabacin. En los siguientes apartados comentaremos algunas generalidades de estos procesos involucrados en los sistemas de almacenamiento ptico de datos.

de dicha seal ( + - ) quedan indicadas de punto a punto. Vea la figura 6. La frecuencia y el nmero de bits con que se mide la magnitud de la seal en una forma de onda, determinan la exactitud del registro de la forma de onda original; por consiguiente, el nmero de bits debe ser tal que estos pasos deben ser muy pequeos (la variacin mnima registrable es del orden de unos cuantos microvoltios); y por lo que se refiere a la frecuencia, sta debe ser lo suficientemente elevada para garantizar la correcta captura de todo el ancho de banda de la seal original. Un convertidor A/D transforma los valores decimales en una notacin binaria: bits. Los bits slo consisten en 1s y 0s, y mediante la combinacin de stos se pueden expresar los nmeros decimales en forma de notacin binaria. Estos son ejemplos de notacin binaria en tres bits: Decimal 1 2 3 4 5 6 7 Binaria 001 010 011 100 101 110 111

Tecnologa digitalLa tecnologa digital tiene notables ventajas en comparacin con los medios de almacenamiento de audio y video analgicos, como el disco de acetato y la cinta de video magntica. Con las tcnicas analgicas, cualquier imperfeccin durante las etapas de registro, almacenamiento o reproduccin de la grabacin afecta la calidad de la seal de audio y/o video. Por ejemplo, un disco sucio provoca ruido; una velocidad de giro irregular acarrea problemas de ululacin y vibracin; una cabeza sucia o una aguja desgastada, origina distorsin. Estas imperfecciones no ocurren en el almacenamiento digital, donde gracias a la naturaleza binaria de los datos almacenados, cualquier fuente de ruido externo se elimina rpida y eficientemente, permitiendo la recuperacin de una seal que es virtualmente idntica a la original.

De analgico a digitalEn la tecnologa del disco ptico, exceptuando la informacin de video de los discos lser, las seales analgicas son convertidas en seales digitales. Durante este proceso, la seal analgica de audio y/o video es dividida en varias partes y convertida en una serie de valores llamada muestreo. En cada muestreo se explora una forma de onda que representa una seal de audio o de video, y esta exploracin se lleva a cabo en intervalos iguales. La fuerza y la polaridad de la seal analgica original en estos intervalos, pueden expresarse con nmeros decimales (1, 2, 3, etc.); as, tanto la magnitud como la polaridad

La seal analgica se convierte entonces en una seal digital que ahora consiste en una serie de pulsos: pulsos para los 1s y ausencia de pulsos para los 0s. Estos pulsos en serie se graban en la superficie del disco maestro en forma de pits de tamao microscpico; y esto se hace con un rayo lser muy fino. En la mayora de las grabaciones, cada valor analgico muestreado (44,100 por segundo) es convertido en una lnea de 16 bits en vez de los tres que se acaban de ejemplificar; de esta mane-

En un proceso de conversin A/D, los niveles de voltaje en la entrada son convertidos en combinaciones de 1's y 0's que representan fielmente a la seal original.

Conversin A/D

10100....1011010001..

Figura 6


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ra, se obtiene un total de ms de 1 milln de bits por segundo. Un nmero de 16 bits de 1s y 0s puede expresar un mximo de 65,536 diferentes valores; o sea, que dos posibles valores para cada bit = 216 = 65,536 posibilidades.

interrumpir o difractar la luz, teniendo como consecuencia que series completas de pulsos sean brincadas o distorsionadas). Las prdidas de informacin que llegan a producirse por las ralladuras mnimas, pueden corregirse gracias a que durante la grabacin se incluye un sistema de proteccin de datos; en el caso del disco compacto, este mtodo recibe el nombre de CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code o Cdigo Reed-Solomon Entrelazado y Cruzado). Se trata de un sistema corrector de errores, que de forma automtica inserta o intercala cualquier informacin perdida o daada; para esto, realiza diversos clculos matemticos que no describiremos. La funcin del CIRC es de primordial importancia en la correcta recuperacin de datos de un disco compacto, ya que los errores de lectura son un fenmeno relativamente frecuente (sin la accin de este sistema de proteccin, hasta la ms leve vibracin del piso podra provocar que el sonido se distorsione).

Exploracin del discoAl igual que en los discos de acetato, en los discos pticos la informacin se graba en forma de una pista en espiral; sin embargo, en este medio la lectura va de la parte ms interna del disco hacia la periferia. Durante la reproduccin, el lser proyecta su luz sobre los pits y la superficie de espejo que separa a dichos pits. Cada vez que el lser cae sobre esta superficie de espejo, el rayo es reflejado en una celda fotoelctrica; cada vez que encuentra un pit, la fotocelda recibe nicamente un reflejo muy dbil (figura 7). Es decir, la celda fotoelctrica recibe una serie de pulsos de luz que corresponde a los pits y a las superficies entre pits del disco. En esta seal resultante van implcitos los 1s y 0s recuperados desde la superficie el disco. Por su parte, un convertidor D/A reconvierte la serie de pulsos en un cdigo binario de 16 bits; ahora la seal analgica original puede ser reconstruida

Otros sistemas pticosComo ya mencionamos principio, esta tecnologa tan poderosa no slo se aprovecha en los discos digitales de audio, sino que tambin se aplica en otros formatos. A continuacin se describen algunos de los formatos derivados del disco compacto de audio digital.

Sistema CIRCGracias al sistema de lectura ptica, no se produce friccin entre el lser y el disco. De esta manera, los discos no se desgastan, aunque se reproduzcan en incontables ocasiones (sin embargo, se deben tratar con cuidado, ya que las ralladuras, residuos de grasa y polvo pueden

El disco lser de videoSi bien el disco lser de video es anterior al disco compacto de audio, ya que fue presentado por Philips en 1980, dos aos antes que el primer

Incidencia del haz lser sobre el CDParte plana Porcin del pit 0.11 micra

Resultado elctrico del proceso anteriorHuella del rayo lser Track

Haz incidente Haz reflejado Haz reflejado Lente objetivo Haz incidente Lente objetivo

Haz reflejado

Salida de fotodetector

Figura 7

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CD de audio llegara al mercado, como tuvo una acogida muy pobre por parte de la industria, prcticamente fue archivado entre los mltiples formatos que compitieron por la supremaca en el mundo del video casero. Slo el apoyo de un grupo de compaas (entre las que destaca Pioneer), logr rescatar esta tecnologa y colocarla como un estndar en el mundo del video casero, superior a la de los formatos de cinta Beta o VHS.

ma; esto es, en un CD-I tambin podan grabarse textos, imgenes, animaciones, sonidos, etc. Su ventaja inicial era que para aprovechar un CDROM se necesitaba una computadora personal poderosa, mientras que para utilizar los CD-I tan slo se requera un aparato lector que se conectaba al televisor. Sin embargo, como las computadoras personales se abarataron a la par que se increment su poder, el CD-ROM tom el liderazgo en el campo de los medios interactivos de almacenamiento.

El CD-ROMYa mencionamos que los CD-ROM son fsicamente idnticos y de la misma tecnologa que un disco compacto de audio digital. Justamente por esas propiedades, es un medio que puede almacenar hasta 640 megabytes de informacin, una cantidad extraordinaria en un reducido espacio, comparada con un disco duro promedio (figura 8). Precisamente por esa capacidad de almacenamiento, los CD-ROMs se utilizan sobre todo en aplicaciones de multimedia interactiva, donde los grficos y el audio consumen grandes cantidades de espacio; aunque cada vez se les emplea con mayor frecuencia en la distribucin de programas diversos, libreras de programas, etc. Cabe mencionar que ya existen unidades comerciales para discos que s pueden grabarse, a las cuales se les denomina CD-WORM (Write Once, Read Many) o simplemente quemadoras de discos CD, dado que un lser de alta potencia va quemando pequeas zonas de material para producir la pista de pits donde se aloja la informacin en estos medios.

Disco compacto para fotografa (Photo-CD)Este es un desarrollo que hizo Kodak a finales de los 80s, como una opcin para almacenar un gran nmero de fotografas en un CD idntico al de audio en dimensiones y tecnologa, pero cuyo formato interno estaba especialmente dedicado al manejo de imgenes (figura 9). Durante algn tiempo se vendieron lectores especiales de Photo-CD para conectarlos al televisor, utilizando el disco como lbum de fotos; sin embargo, en la actualidad prcticamente toda esta tecnologa se ha desplazado al mundo de las computadoras personales.

Los medio magneto-pticosUna situacin especial la tenemos en un desarrollo relativamente reciente, el cual permite la utilizacin de tecnologa ptica combinada con fenmenos magnticos: los medios de almacenamiento magneto-pticos para grabar y leer informacin digital. A principios de este siglo se descubri que ciertos materiales podan ser magnetizados si su temperatura se elevaba por encima de un cierto

El CD-IEl Disco Compacto Interactivo (CD-I) fue un desarrollo de Philips que trat de competir con el CD-ROM, ya que su utilidad era prcticamente la misFigura 8 Figura 9


13

Figura 10Para grabar un disco por medios magneto-pticos, un rayo lser de alta potencia eleva la temperatura de un punto en el disco (1), al tiempo que se le aplica un campo magntico intenso (2). Gracias al "efecto Curie", una vez que se ha apagado el lser el punto queda magnetizado, con lo que queda grabado un bit de informacin (3).

1 3 2

punto umbral, al cual se le llam temperatura Curie, en honor a los descubridores del efecto. Empleando un rayo lser que calienta la superficie de un material metlico al tiempo que se le aplica un campo magntico (figura 10), se puede almacenar informacin digital, con la ventaja de que la densidad de almacenaje es extraordinariamente elevada; por ejemplo, en un disco de 3.5 pulgadas, se pueden grabar desde 100 hasta varios cientos de megabytes. Muchas compaas estn compitiendo para conseguir que su formato de discos magnetopticos sea el reemplazo de los tradicionales disquetes de 1.44 MB; el ms usual, aunque ya en vas de la obsolescencia tcnica. Ejemplos de discos magneto-pticos son el MiniDisc de Sony (lanzado al mercado en 1993 como un formato alternativo de audio digital, figura 11), las unidades IOmega, etc.

audio normal, pero llevado un paso adelante: gracias a la utilizacin de nuevas tecnologas de fabricacin de diodos lser, y al empleo de frecuencias de operacin ms elevadas, es posible reducir an ms el tamao de los pits y del espacio entre pistas de informacin (figura 12); esto permite una mayor densidad de informacin y, por lo tanto, un incremento significativo en la cantidad de datos que se pueden grabar en un solo disco de 12 cm, de hecho, las dimensiones fsicas externas de ambos formatos son las mismas. Slo como referencia, un CD-ROM convencional puede almacenar hasta 640 megabytes de informacin, mientras que un DVD puede contener hasta 4.7 gigabytes, y gracias al desarrollo de novedosos mtodos de escritura por capas, esta capacidad puede aumentar hasta casi 18 gigabytes de informacin en un solo disco de 12 cm. Esa enorme capacidad de almacenamiento podra parecer exagerada para el usuario de computadoras; sin embargo, resulta ideal para

El DVDEl prximo paso en la evolucin de los medios de almacenamiento pticos es sin duda alguna el DVD, siglas de Disco Verstil Digital. Este disco se fabrica con la misma tecnologa de un CD de

CD

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

DVD

Figura 11

Figura 12

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la distribucin de pelculas digitalizadas, por lo que se calcula que en pocos aos el DVD se convertir en el medio de venta de pelculas ms popular, por encima de las cintas VHS, ofreciendo adems la ventaja de una calidad de imagen y sonido superiores a las de las cintas analgicas. El DVD seguramente va a imponerse como un formato estndar, gracias a que ha sido diseado y es apoyado por un grupo de compaas muy importantes, como Philips, Sony, Toshiba y Matsushita.

Se avizora que en un futuro inmediato se generalice en los hogares el uso de los sistemas pticos, cuando menos de alguna de sus variantes: reproductor de CDs musicales, computadora con lector de CD-ROM, un lector de DVDs o grabadora de MiniDisc. Por otra parte, hay una posibilidad ms que an se encuentra en la etapa de experimentacin: los hologramas. Incluso, los microcircuitos de memoria tambin podran en determinado momento plantearse como alternativas viables para el almacenamiento de grandes cantidades de informacin, lo que a su vez implicara una revolucin total en ese aspecto, pues las memorias de semiconductor carecen de partes mviles, lo que garantiza una vida til virtualmente ilimitada. Nos esperan aos muy interesantes en el campo del almacenamiento de datos, como en otros tantos que en alguna forma tienen que ver con la transmisin y proceso de informacin en sus distintas modalidades.

El futuro ser de los medios pticos?Sin duda, los medios pticos constituyen una alternativa importante en el futuro inmediato, para el registro de cantidades extraordinarias de informacin. No obstante, los medios magnticos tambin se encuentran en gran efervescencia; incluso, la vertiente donde se combinan las tecnologas ptica y magntica resulta cada vez ms atractiva para los usuarios de computadoras.

MAGNETO C O NTodo para fabricar o reparar:

Transformadores y BobinasRepblica de El Salvador No. 23-6 (por Aldaco) Mxico, D.F. Tel. 5-21-34-03ELECTRONICA radio-grfica 15

LEYES, Dispositivos y circuitos

PRINCIPIOS DE LA GENERACION DE LA ELECTRICIDADOscar Montoya Figueroa

Noticia histrica

El principio fsico segn el cual una de las partculas atmicas, el electrn, presenta una carga a la que por convencin se le considera negativa, constituye el fundamento de una de las fuentes de energa ms importantes de la vida moderna: la electricidad. En este artculo de nivel bsico, se explican las seis principales formas de generacin de electricidad: por friccin o induccin, por reaccin qumica, por presin, por calor, por luz y por magnetismo. Y tambin se aprovechan las explicaciones para sugerir algunos experimentos.

Si bien la electricidad fue conocida por los antiguos griegos aproximadamente en el ao 600 AC, cuando Tales de Mileto observ que el mbar adquiere la propiedad de atraer objetos ligeros al ser frotado, el primer estudio cientfico de los fenmenos elctricos fue publicado en 1600, por William Gilbert, un mdico britnico que utiliz el trmino elctrico (del griego elektron, que significa mbar) para referirse a la fuerza que ejerce esa sustancia al ser frotada, y quien tambin estableci la diferencia entre las acciones magntica y elctrica. En esa poca, an no estaban totalmente sentadas las bases de la revolucin cientfica de la que surgira la fsica clsica, y que tomara forma definitiva en el siglo XVIII, con Isaac Newton, quien estableci una serie de principios que daran base al mtodo cientfico. No obstante, a partir de entonces se produjeron avances importantes que culminaran en el siglo XIX, cuando diversos investigadores desarrollan toda la base tericoprctica para la generacin, aprovechamiento y distribucin de la electricidad, y que tendran como punto final el establecimiento de

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las primeras redes de distribucin de fluido elctrico hacia los hogares y la industria (figura 1). En la tabla 1 se muestran los principales acontecimientos en la historia de las investigaciones y desarrollos prcticos en materia de electricidad y magnetismo.

bargo, no es necesario analizar esta fundamentacin para entender el tema central del presente artculo. Las formas en que la electricidad puede ser generada son las siguientes: por friccin o induccin, por reaccin qumica, por presin, por calor, por luz y por magnetismo.

Formas de generar electricidad Electricidad por friccin o induccinBsicamente, existen seis formas diferentes de generar electricidad, aunque slo algunas pueden considerarse fuentes eficaces de energa. Lo caracterstico en todas es que hay que liberar los electrones de valencia a partir de otra fuente de energa para producir el flujo elctrico; sin emYa mencionamos que la friccin entre materiales como forma de producir electricidad, fue descubierta desde la antigua Grecia. Por mera casualidad, Tales de Mileto observ que al frotar en la piel de los animales una pieza de mbar, sta

A principios del siglo XIX, los investigadores se hallaban obsesionados con la electricidad. Luigi Galvani (1737-1798), un fisilogo italiano, haba descubierto accidentalmente que la pata de una rana se contraa al tocarla con un escalpelo cargado elctricamente. Despus de que se invent la pila de Volta, muchos cientficos llevaron a la prctica experimentos relacionados con la electricidad animal; por ejemplo, el sobrino de Galvani, Giovanni Aldini, hizo pruebas espectaculares con cadveres, conectndoles electrodos en diversas partes para inducir movimientos sbitos de los miembros. A tal grado lleg la euforia de los galvanistas, que en 1804 las autoridades de Prusia prohibieron que se utilizaran, para esos fines, cadveres decapitados. Esta ilustracin, tomada de un libro de Aldini, fue reproducida en el nmero 109 de la revista Mundo Cientfico (foto de Hubert Josse).

Figura 1


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Tabla 1Aproximadamente 600 A.C Tales de Mileto descubre accidentalmente la electricidad estica t

1600 D.C.

William Gilbert llama a los fen menos el ctricos con dicho nombre; public "sobre los imanes, los cuerpos magn ticos y el gran im terrestre" n Otto Von Guericke dise a el primer generador el ctrico Se desarrolla la botella de Leyden, primer acumulador el ctrico Benjamin Franklin demuestra que los rayos son manifestaciones el ctricas

1672 1745 Cerca de 1750 Finales del siglo XVIII Principios del siglo XIX Mediados del siglo XIX Finales del siglo XIX

Coulomb mide la fuerza de las cargas el ctricas

Galvani mueve unas piernas de rana usando cargas el ctricas, Faraday investiga la inducci n electromagn tica y Andr Marie Ampere realiza las primeras mediciones el ctricas

Volta desarrolla la primera pila el ctrica y Ohm plantea la ley que recibe su nombre

Edison, Tesla y Steinmetz, cada uno por su lado, desarrollan todos los elementos necesarios para la implementaci n de una red el ctrica domestica

adquira la propiedad de atraer pequeos trozos de virutas de madera. Actualmente, sabemos que cuando dos cuerpos se frotan entre s, uno de ellos cede electrones al otro. Es decir, mientras de uno de esos cuerpos se desprenden tales partculas subatmicas, el otro las recibe; como resultado, el primero queda con dficit de electrones y el segundo con exceso.

Cuando un tomo tiene dficit de electrones, la carga total del material es positiva; cuando tiene exceso de electrones, el material adquiere una carga total negativa (figura 2). Para comprobar este fenmeno, frote varias veces en su cabeza un globo inflado; notar que ste puede atraer pequeos trozos de papel o mantenerse adherido a la pared por tiempo indeterminado (figura 3). Otro experimento consiste en peinarse el cabello seco, estando frente a un espejo y dentro de un cuarto oscuro; luego de pasar varias veces el peine, podremos observar que se producen chispas

Cuando se frotan dos materiales como el vidrio y la tela, se produce un desprendimiento de cargas de uno al otro.

- - -- - - - - - - -- Vidrio + + + + + + +

+ + + + + +

Tela

Al frotar el globo en el cabello se produce un desprendimiento de electrones del globo, confirindole una carga positiva y haciendo que pueda atraer pequeos trozos de materiales como el papel.

+ + + + + +Figura 2

+ +++ ++ + +

Figura 3

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Mquina de Wimshurst

Figura 4

Figura 5En la pila el electrolito reacciona con los electrodos, produciendo una diferencia de carga elctrica entre ellos.

Electrodo positivo

Electrodo negativo

Energa qumica

Energa elctrica

Electrolito

luminosas; esto se debe al efecto de desplazamiento de cargas. Conforme a lo que acabamos de explicar, la electricidad se produce por el paso de los electrones de un material a otro; es decir, por efecto de la friccin. Por lo tanto, se le conoce como electricidad esttica. Uno de los medios ms conocidos para generar grandes cantidades de electricidad esttica, es la Mquina de Wimshurst (figura 4). Este aparato consiste en dos discos plsticos colocados frente a frente, que giran en sentidos opuestos; sobre uno de ellos se encuentran varias laminillas conductoras. La mutua influencia ejercida, origina un desplazamiento de cargas. La carga elctrica de los discos es recuperada mediante un par de electrodos, los cuales se colocan de modo que estn en contacto con la superficie del disco que tiene las laminillas; cuando la cantidad de carga acumulada en la superficie de los discos es grande, se llegan a producir arcos elctricos entre las terminales externas del dispositivo.

radios, automviles, etc.; se puede decir que una pila es un medio que transforma la energa qumica en elctrica, ya que est formada por un electrolito (que puede ser lquido, slido o de pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito, una sustancia qumica, reacciona con los electrodos, de tal forma que a uno de ellos llegan los electrones liberados por la reaccin -hacindose negativo-, mientras que el otro, habindolos perdido, adquiere carga positiva (figura 5). Esta diferencia de cargas entre los dos electrodos se conoce como diferencia de potencial. Si se conecta un cable conductor externo

-

(Electrones)

-

(+)

(-)

Si se conecta un conductor en las terminales de una pila, la diferencia de potencial entre ellas obliga a los electrones a desplazarse de una terminal a otra creando lo que se conoce como corriente elctrica.

Electricidad por reaccin qumicaUna de las formas ms eficientes y ampliamente utilizadas para generar electricidad, es la de las reacciones qumicas. Como ejemplo, tenemos las pilas y bateras utilizadas en equipos porttiles,

PILA

Figura 6


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que los comunique, la diferencia de potencial origina un camino por el que los electrones del electrodo negativo pasan al electrodo positivo. Precisamente, al desplazamiento de los electrones a travs de un conductor se le conoce con el nombre de corriente elctrica (figura 6). Bsicamente, podemos hablar de dos tipos de pilas: primarias y secundarias. En el caso de las primarias, la sustancia qumica utilizada se transforma lentamente en sustancias diferentes; y es que, a causa de la reaccin qumica que libera los electrones, el electrolito no puede transformarse en la sustancia original que era antes de suceder aqulla (es cuando se dice que las pilas se han descargado). Las pilas de este tipo tambin reciben el nombre voltaicas. Por su parte, las pilas secundarias, bateras o acumuladores, tienen la caracterstica de que en ellas el electrolito s puede ser reconvertido despus de utilizarse en las sustancias originales; para lograrlo, basta con pasar a travs de l una corriente elctrica, pero en sentido contrario al de su operacin normal (esto es a lo que se llama recarga de la pila).

Figura 7Pila seca de 1.5 VElectrolito Cloruro de aluminio + cloruro de zinc

Envase de zinc (electrodo negativo)

Carbono + bixido de manganeso (electrodo positivo)

Por lo que se refiere a la pila secundaria o acumulador (que como ya se dijo puede ser recargada al invertir la reaccin qumica), cabe mencionar que fue inventada en 1859 por el fsico francs Gaston Plant. Est formada por un electrolito de cido sulfrico y agua, con electrodos de plomo y xido de plomo; internamente, est constituida por un conjunto de pilas individuales conectadas en serie (figura 9). Las pilas secundarias las encontramos en automviles, aviones y en sistemas de almacenamiento de energa elctrica de fuentes de energa alternativa; ejemplo de estas ltimas, son los paneles solares o los generadores movidos por viento.

Componentes y aplicaciones de las pilasUna de las pilas primarias ms comunes es la Leclanch o pila seca, inventada en los aos 60s por el qumico francs Georges Leclanch. El electrolito consiste en una pasta de cloruro de amonio y cloruro de zinc. Una lmina que se emplea como el electrodo negativo, sirve tambin como envase, y est construida con base en zinc; el electrodo positivo es la combinacin de una barra de carbono con dixido de manganeso, y al momento de combinar los tres elementos, se obtienen aproximadamente 1.5 voltios entre la terminal central y el envase (figura 7). Otro ejemplo de pila primaria, es aquella que se utiliza en equipos pequeos (tales como los relojes de pulso digitales). En esta pila -con forma de disco cilndrico-, el electrolito es una solucin de hidrxido de potasio, el electrodo positivo se hace con xido de mercurio y el electrodo negativo con zinc. La pila de este tipo, conocida como batera de mercurio, genera aproximadamente 1.34 volts (figura 8).

Fabricacin de una pila primariaPara fabricar una pila primaria, se requiere solamente de un limn grande, una laminilla de cobre y una zinc, ambas de 5 x 1 cm. Lo nico que hay que hacer es insertar las laminillas, una en cada cara del limn, procurando que entren lo ms profundamente posible pero sin llegar a tocarse. Con ayuda de un voltmetro, se puede comprobar fcilmente la diferencia de potencial que existe entre las laminillas. La terminal negativa

Pila de mercurio

Electrodo negativo zinc Electrolito hidrxido de potasio Electrodo positivo xido de mercurio

Figura 8

20L


Tapa del respiradero Terminal positiva Cubierta de la salpicadera

(+)

(-) Terminal negativa

Figura 9

Electrolito Electrodo positivo Retenedor de vidrio fibroso Separador con forma de costilla Electrodo negativo Recipiente Soporte en forma de costilla

se forma en el electrodo de zinc, mientras que la terminal positiva en el de cobre; el electrolito de nuestra pila es precisamente el cido ctrico que contiene el zumo de limn. Vea la figura 10.

Electricidad por presinLos materiales piezoelctricos son aquellos que liberan electrones cuando se les aplica una fuerza. Su nombre se deriva del trmino griego Piezo, que significa presin. Cuando se aplica la fuerza sobre el material, los electrones son obligados a salir de sus rbitas y se desplazan hacia el punto opuesto a aquel en que se est ejerciendo la presin; cuando sta cesa, los electrones regresan a los tomos de

donde proceden. Sustancias como las sales de Rochelle y las cermicas de titanato de bario, son especialmente efectivas para generar ste efecto. El punto momentneamente abandonado por los electrones a causa de la aplicacin de la fuerza, se torna entonces positivo; por contra, el extremo ms alejado de l se hace negativo: surge as entre ambos una diferencia de carga (figura 11). Los materiales piezoelctricos se cortan en formas especiales, de modo que sea posible controlar los puntos en donde existe la diferencia de potencial. Este efecto se aprovecha para generar seales electrnicas de audio en los micrfonos de cristal, los cuales estn formados por un cristal piezoelctrico sobre el que se coloca una tapa que lo deforma conforme a las variacio-

Limn Voltmetro

BiopilaLmina de zinc Lmina de cobre

Terminal negativa

Acido ctrico (electrolito)

Terminal positiva

Figura 10


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Efecto piezo elctricoFuerza aplicada

Figura 11Material piezoelctrico

miento contrario, y que se les aplica calor. Mientras que uno ser cada vez ms positivo conforme se vayan liberando sus electrones, el otro -que los absorbe- se har muy negativo al almacenar cargas negativas. Tras retirar la fuente de calor, los metales se irn enfriando y entonces los electrones extras que fueron de momento alojados por uno de los metales, regresarn al de su procedencia. Cuanto ms calor se aplique a la unin de esos metales, mayor ser la cantidad de carga elctrica que pueda producirse. A ste fenmeno se le conoce como termoelectricidad. A aquellos dispositivos formados por la unin de dos metales y que presentan el efecto de termoelectricidad, se les denomina termopar (figura 13). El fenmeno de la termoelectricidad puede ser fcilmente comprobado mediante un sencillo experimento. Haciendo uso de un alambre de cobre y uno de zinc, hay que formar una trenza de aproximadamente 30 cm de largo; se deben dejar libres unos 5 cm de cada alambre. Enseguida, con una vela, se calienta el principio de la trenza; finalmente, con un voltmetro se mide la diferencia de potencial en los extremos que se dejaron libres. En aplicaciones reales se unen varios dispositivos termopar, en circuitos serie-paralelo, para aumentar la cantidad total de corriente y de voltaje. Este dispositivo, en su conjunto, es conocido como termopila. En general, podemos decir que las termopilas transforman la energa calorfica en energa elctrica.

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

- - - -

Acumulacin de cargas negativas en el punto opuesto en donde se aplic la fuerza

nes de los sonidos que logran desplazarla. Aos atrs, los cristales piezoelctricos se utilizaban para recuperar la msica grabada en forma de surcos en los discos de acetato negro (figura 12). Adems, los materiales piezoelctricos tienden a deformarse cuando se les aplica un voltaje. Este fenmeno es explotado para generar seales electrnicas de una frecuencia fija y altamente estable.

Electricidad por calorCuando se aplica energa calorfica a determinados metales, stos aumentan el movimiento cintico de sus tomos; as, se origina el desprendimiento de los electrones de las rbitas de valencia. Otros metales, se comportan de manera inversa. Supongamos que un metal del primer tipo es unido superficialmente a un metal de comporta-

En un micrfono piezoelctrico la presin ejercida sobre el cristal por las ondas sonoras genera una seal elctrica equivalente.

En una aguja de fongrafo las variaciones de los surcos sobre el disco ejerce una fuerza en el cristal, el cual genera una seal elctrica equivalente al audio grabado originalmente.

Oscilograma Energa mecnica Energa elctrica

Surco de disco de acetato Ondas sonoras

Figura 12

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Electricidad por luzEl efecto fotoelctrico consiste en la liberacin de electrones de un material, cuando la luz incide sobre ste. El potasio, el sodio, el cesio, el selenio, el sulfuro de plomo, el germanio, el silicio y el cadmio, son algunos de los materiales que presentan tal caracterstica.

Efecto de termoelectricidad

Figura 13

En un termopar la energa calorfica amplificada, obliga a los electrones del cobre a desplazarse al zinc, generando una diferencia de carga entre ambos.

(+) Cobre + + + + + + + ++ + - - - - Calor Termopar

Aplicaciones del efecto fotoelctricoAl efecto fotoelctrico se le pueden dar tres distintas aplicaciones en electrnica:

(-) Zinc

Energa calorfica

Energa elctrica

a) Fotoionizacin. La luz aumenta la conduccin que se realiza del ctodo a la placa de una vlvula de gas (bulbo), debido a la ionizacin (liberacin de los electrones de valencia del gas contenido). b) Efecto fotovoltaico. Al producirse cargas en los extremos de los materiales semiconductores, se origina una diferencia de potencial (como en el caso de las pilas). c) Efecto de fotoconduccin. Puesto que son liberados los electrones de materiales cristalinos (que normalmente presentan alta resistencia

elctrica), aumenta su conductividad y disminuye su resistencia elctrica al paso de la luz (figura 14). Fue en 1905, cuando el fsico alemn Albert Einstein propuso por primera vez una teora que explicaba de manera satisfactoria el efecto fotoelctrico. Su teora seala que la luz est formada

Efecto fotoionicoCuando la luz incide sobre gases no conductores con ciertas caractersticas, stos liberan electrones de valencia produciendo iones. Luz GAS -

Efecto fotovoltaicoCuando la luz incide sobre materiales semiconductores en diversos dopados, se genera una liberacin de cargas que se acumula en los extremos del material, creando una diferencia de potencial como en el caso de la pila. Luz incidente Semiconductor Carga positiva

+ + +++ + + + + ++ + + + + - - -- -- - - - - - - + + + -- - -- - - - - - -- - ----- -- - - - - - - - - - - Carga negativa

Efecto fotoconductivoAlgunos materiales resistivos presentan la caracterstica de que en presencia de la luz disminuyen su resistividad, debido a la liberacin de electrones de valencia de los tomos del material. Luz

Material resistivo

Figura 14


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Figura 15Con varias celdas fotovoltaicas se consiguen voltajes y corrientes considerables, y se forman los llamados "paneles solares", varios paneles solares son capaces de cubrir las necesidades de energa elctrica de un pueblo pequeo.

Energa luminosa

Energa elctrica

por fotones (es decir pequeos paquetes de energa), los cuales chocan contra la superficie de las sustancias; si tienen suficiente energa, sern capaces de liberar a los electrones de valencia del material y, por consecuencia, provocarn excesos y dficits de cargas. El efecto fotovoltaico se explota para generar electricidad, mediante el uso de celdas solares fotovoltaicas. Para ello, se necesita montar una gran cantidad de paneles solares, donde las celdas vienen de fbrica en grupos dispuestos en serie-paralelo para generar grandes cantidades de voltaje y corriente. Actualmente ya existen subestaciones piloto, en las que se genera electricidad a partir de la energa solar que llega a la Tierra durante el da. Para su consumo durante la noche, parte de esta energa es almacenada en acumuladores. Si se toma en cuenta que es muy fcil conseguir celdas solares, no habr problema alguno para, con una de al menos 10 x 10 cm, generar potenciales de hasta 1.5 volts -verificables mediante voltmetro- que bien pueden alimentar a motores pequeos (figura 15).

el cual tiene la misma funcin de una br-jula; dicho depsito tiene conexiones nerviosas al cerebro, de tal manera que la interaccin de su campo con el campo magntico de la Tierra, produce una cierta respuesta o estmulo que el cerebro procesa, permitiendo la orientacin del individuo. Esa capacidad est casi perdida en los humanos, pero no en otros organismos como el atn, el delfn y otros ms, que la utilizan como medio de orientacin durante sus migraciones masivas. El magnetismo es una forma de energa capaz de atraer metales, gracias al campo de fuerza que genera. A su vez, el campo magntico de un imn est formado por fotones, pero de una frecuencia distinta a la de la luz. Cuando un alambre conductor cruza perpendicularmente las lneas de fuerza magntica de un imn, los fotones del campo obligan a los electrones de dicho conductor a desplazarse; de esta forma, dado que en

Electricidad por magnetismoHa notado la capacidad que tienen algunas personas de orientarse aun en lugares donde no hay puntos de referencia claros? Esta capacidad es algo que se puede explicarse: existe en la nariz un depsito de un compuesto basado en el hierro,

El desplazamiento de un conductor dentro de un campo magntico, obliga a los electrones del mismo a desplazarse (generando un acumulamiento de carga elctrica y por tanto un potencial elctrico til.) +

+ ++

N

S ---

N

S

Figura 16

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Para comprobar la generacin de electricidad, coloque un voltmetro en las terminales de alimentacin del motor y gire el eje. Observe el resultado

Figura 17Voltmetro

Motor elctrico de imn permanente

uno de sus extremos se produce un acumulamiento de electrones y en el otro un dficit, se obtiene un conductor con un extremo positivo y otro negativo. Esto es a lo que se llama magnetoelectricidad (figura 16). Con este principio, se construyen generadores elctricos con cientos de espiras de alambre rodeando a un ncleo ferromagntico. Todo se monta sobre un eje giratorio, dentro de un campo magntico intenso. Al girar, las espiras de alambre cortan cientos de veces las lneas de fuerza magntica; con esto se obliga a los electrones de cada una de las espiras a establecer una acumulacin de cargas, la cual se globaliza para finalmente obtener magnitudes considerables de voltaje y de corriente aprovechables. Los generadores elctricos los encontramos, por ejemplo, en las bicicletas, con el nombre de dinamos. Cuando la rueda de la bicicleta gira, la dinamo tambin lo hace y entonces genera suficiente electricidad para alimentar a una pequea lmpara. En los autos, el generador elctrico se llama alternador, debido a que produce electricidad alterna en vez de directa; su estructura es prcticamente igual a la de cualquier generador convencional, ya que gira gracias al impulso que le suministra el propio motor del auto. La energa producida por el alternador se utiliza para recargar al acumulador (pila secundaria) del propio vehculo.

Los generadores de este tipo son ampliamente utilizados en el campo de la electricidad comercial. Para ello se recurre a diferentes fuerzas que hacen girar a los generadores, entre las que se cuenta al vapor de agua, las presas, las centrales nucleoelctricas, etc. Para comprobar esta forma de generar electricidad, habr que conseguir un motor pequeo (como los utilizados en los juguetes); una vez obtenido, se coloca en sus terminales de alimentacin un voltmetro en el rango ms bajo; al hacer girar manualmente el eje del motor, se observar que el valor ledo por el voltmetro aumenta -lo cual indica la presencia de una diferencia de potencial- (figura 17).

ConclusinQueda claro, por las explicaciones anteriores, que la electricidad es un fenmeno fsico asociado a cargas elctricas estticas o en movimiento; por lo tanto, es una manifestacin de la estructura atmica de la materia. El hombre conoci la electricidad por diversos acontecimientos naturales como los rayos y las propiedades del mbar, pero no fue sino hasta el siglo XIX -cuando ya estaban bien sentadas las bases de la fsica clsica- que surgi la ciencia de la electricidad y del magnetismo, que a la postre permitira la generacin, aprovechamiento y distribucin de esta fuente de energa para beneficio de la humanidad.


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QUE ES Y Cmo funciona

CAMARAS DE VIDEO DIGITAL PARA CONSUMIDORLeopoldo Parra Reynada

El video anlogo es una tecnologa que probablemente va de salida, siendo reemplazada por el video digital o DV, un formato en el que convergen video, sonido e informacin en seales numricas. Con el sistema DV se logran imgenes de muy alta resolucin, acompaadas de un sonido estreo de la misma calidad de un CD; adems, es posible la edicin no-lineal y las copias sucesivas sin deterioro de generacin; las imgenes tambin se pueden capturar y trasladarse de la cmara de video a la computadora. Y todo en un diminuto aparato de bolsillo.

El surgimiento del formato DVEn los primeros aos de esta dcada, las ventas en el mbito mundial de videograbadoras perdieron el dinamismo que haban mostrado en aos anteriores, debido a que se estaba cerca de la saturacin del mercado; es decir, ya haba suficientes mquinas en los hogares como para que se mantuviera el crecimiento de la demanda. Como resultado de este comportamiento, las principales compaas productoras de equipo de video buscaron nuevas opciones. Incluso, de los formatos de video alternativos, Sper-VHS, ED-Beta y Hi-8, an el ms exitoso de los tres (el de 8mm) no haba alcanzado la aceptacin esperada por las grandes corporaciones; fue entonces cuando se decidieron a introducir un nuevo sistema. En julio de 1993, Matsushita, Philips, Sony y Thomson hicieron una propuesta a otros fabricantes para que de manera conjunta disearan un nuevo formato de grabacin de video casero, basndose en la tecnologa digital. La intencin era ofrecer una calidad significativamente superior a la de los forma-


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tos Beta, VHS y 8mm, y al mismo tiempo evitar una lucha por el mercado como la que se desat entre Beta y VHS a finales de los aos 70s. A esta propuesta respondieron favorablemente compaas tan importantes como Hitachi, JVC, Mitsubishi, Sanyo, Sharp y Toshiba, adems de otras decenas de fabricantes que se han adherido al formato DV. Por ello, cabe suponer que en prximos aos este nuevo sistema se convierta en un estndar mundial con amplio soporte comercial, tcnico y en ttulos de pelculas. DV significa Digital Video y, como su nombre indica, la principal innovacin de dicho sistema es el manejo de seales de video por medios totalmente digitales, en contraste con el proceso anlogo que caracteriza a los formatos Beta, VHS y 8mm. Otra de sus caractersticas es que permite la grabacin de imgenes con calidad broadcast, superando incluso al formato Betacam-S, que hasta la fecha se sigue considerando el estndar en grabacin profesional en estudios de televisin. Mas el usuario no slo tendr en su hogar una mquina capaz de grabar y reproducir imgenes con calidad de transmisin al aire (que es el significado de broadcast), con el consiguiente mejoramiento en su capacidad de edicin sin el degradamiento que sufre la imagen en los formatos tradicionales, sino tambin un audio con calidad semejante a la del CD, entre otras ventajas importantes.FORMATO LINEAS HORIZONTALES ANCHO DE BANDA (MHz) ANCHO DE CINTA 1/2 pulgada 8 mm 3/4 pulgada n/a 1/2 pulgada 8 mm 1/4 pulgada (6.4 mm)

Tabla 1VELOCIDAD DEL TAMBOR

VHS 8 mm U-Matic SP Se al NTSC (calidad Broadcast) S-VHS Hi-8mm

240 240 330

3 3 4.1

1800 RPM 1800 RPM 1800 RPM

330

4.1

n/a

400 400

5 5

1800 RPM 1800 RPM

DV

500

6.3

9000 RPM

a que un cassette Beta), capaz de grabar hasta 4 horas y media de video en alta calidad (figura 2). El nuevo estndar DV se diferencia de los formatos tradicionales en muchos aspectos: en primer lugar, recordar que para grabar la seal de video compuesto en los formatos, Beta, VHS y 8mm se utiliza un tambor giratorio con dos cabezas de video, rotando a una velocidad de 1,800 RPM (30 cuadros por segundo multiplicado por

Caractersticas del formato DVEn la tabla 1 se indican las principales caractersticas del estndar DV. Lo primero que llama la atencin de este formato de video digital, es que la cinta es de muy reducidas dimensiones, incluso inferiores a las de una cinta de 8mm; como resultado, el cassette tiene un tamao ligeramente superior al de una cajetilla de fsforos, pero con capacidad de almacenar hasta 60 minutos de video. Por supuesto, tales dimensiones hacen ideal al formato para cmaras de video de consumidor (figura 1). Mas como esa duracin es adecuada para grabaciones caseras pero no para aplicaciones profesionales, tambin se dise una versin de tamao ligeramente mayor (un poco ms peque-

Cmara de video digital HandycamVision DCR-PC7 de Sony. Observe que su tamao es como el de un pasaporte; cuenta con una pantalla giratoria de cristal lquido y altavoz integrado.

45 min

Cassette DV con capacidad de hasta 90 minutos en LP.

Figura 1

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Figura 2Cmara DV profesional, al lado de cassettes pequeos (al frente) y de alta capacidad (atrs).

Para grabar las imgenes en formato numrico, las grabadoras de DV toman la seal de video compuesto y la convierten de su forma analgica original en una seal digital por medio de un muestreo de 12 bits, por lo que hay ms de 4,000 niveles posibles de voltaje que puede tomar la seal de video. Slo como referencia, las videograbadoras con efectos digitales que circulan en el mercado electrnico por lo general usan una digitalizacin de entre 6 y 8 bits, lo que da un mximo de entre 64 y 256 niveles de voltaje. Adems, para garantizar que toda la banda de 4.25 MHz que abarca una seal de video compuesto normal sea capturada sin problemas, la frecuencia de muestreo se ubic en 13.5 MHz para la luminancia y en 3.375 MHz para la crominancia (recuerde que el ancho de banda mximo de la seal de croma es de tan slo 1.5 MHz), lo que da un amplio espacio de maniobra para que incluso las seales de ms alta frecuencia queden convenientemente muestreadas con mnimas prdidas de informacin. Por tal motivo, la calidad de las imgenes obtenidas es prcticamente indistinguible de la generada por la seal analgica original (por increble que parezca, el ojo humano es mucho ms fcil de complacer que el odo; as mientras que en el formato de CD se requiere una digitalizacin a 16 bits para conseguir una calidad excepcional de audio, en el DV basta con 12 bits para que el espectador no note ninguna diferencia entre la seal digitalizada y la analgica original).

60 segundos, figura 3), por lo que en cada revolucin se graban dos campos completos, uno por cada paso de una cabeza; sin embargo, este mtodo es muy vulnerable ante los errores que pudieran aparecer en la superficie de la cinta (los conocidos drop-outs), mismos que se traducen en lneas blancas de ruido en la pantalla. El nuevo formato de video digital utiliza tambin un tambor giratorio, pero en este caso su velocidad de rotacin es muy superior (9,000 RPM), por lo que la informacin de un solo campo de video se reparte en cinco tracks; y no slo eso, para impedir que los pequeos daos inevitables por el uso de la cinta se reflejen negativamente en la imagen, la informacin pasa por una serie de procesos que permiten repartir los errores en una zona ms amplia, posibilitando as una ms sencilla deteccin y erradicacin de errores (todo este proceso de lleva a cabo por medios digitales, como podr suponer).

Secciones de una cmara DVEn la figura 4 se muestra un diagrama a bloques muy sencillo con las etapas que podemos encontrar en una cmara de formato DV: como primer bloque, tenemos una seccin de cmara que para fines prcticos es idntica a la de cualquier otra cmara de video de buena calidad. Esta seccin de cmara posee uno o tres elementos captadores de luz del tipo CCD, los cuales convierten la intensidad luminosa que reciben en niveles de voltaje, mismos que son manejados de tal forma que a partir de dicha seal se obtienen los niveles de luminancia y croma correspondientes a la

Grabacin convencional (VHS, Beta, 8mm,U-Matic)1 Track = 1 campo Tambor giratorio (1800 RPM)

Figura 3

imagen que se capta.


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Figura 4Lente Seccin de cmara Y Manejo seal (CCD) A/D (12 bits 13.5 Mhz) Separador R-Y / B-Y R-Y A/D (12 bits 3.37 Mhz) A/D (12 bits 1.37 Mhz) Circuito compresor I-MPEG AMP RF Proceso digital Seccin de videograbadora

C

Elemento captor (CCD)

B-Y

Estas dos seales se envan hacia la seccin de manejo digital de seal, en la cual reciben un tratamiento especial: la luminancia pasa directamente por un convertidor A/D para traducir sus niveles de voltaje en palabras de 12 bits, en tanto que la crominancia se separa en sus componentes principales (R-Y y B-Y) y ambas seales tambin se aplican a su convertidor A/D respectivo. Ya que se tienen los tres juegos de seales, se envan a un circuito que lleva a cabo una compresin en el formato I-MPEG, con el objetivo de reducir considerablemente la cantidad de datos que se grabarn en la cinta; la salida de este compresor pasa a un circuito corrector de errores, para finalmente ser grabada la seal. Esta seal se enva hacia una etapa de videograbacin que es muy parecida a las que ya conocemos de los formatos Beta y VHS; esto es, un tambor de cabezas giratorias que transfieren la informacin hacia la cinta magntica y que tambin son las encargadas de su lectura. Y aunque el mecanismo del sistema DV es de menores dimensiones y su velocidad de giro es cinco veces ms rpida, el principio bsico de funcionamiento es el mismo; as que no nos detendremos en el particular. Por supuesto que a la seal de video le debe acompaar su audio correspondiente, y para ello la seal proveniente de los micrfonos es convertida de analgico a digital, con una calidad de audio semejante a la de un disco compacto. Esta seal tambin se enva hacia el mecanismo de videograbacin, ocupando su lugar en la cinta magntica junto al video, pero sin interferirse mutuamente, con lo que es posible realizar ediciones en cualquier porcin de la cinta sin afectar al otro parmetro.

Como podr suponer, el proceso de lectura resulta casi idntico al anterior, slo que en sentido contrario; esto es, la seal se lee de la superficie de la cinta y pasa por el bloque corrector de datos. A continuacin la seal se descomprime y pasa por tres circuitos convertidores D/A independientes, de los cuales se recupera la seal Y, R-Y y B-Y. Finalmente, estas seales se combinan en forma de video compuesto para enviarse por un cable RCA hacia el televisor, o como seales YC por medio de un cable de S-Video hacia el receptor que posea dicha entrada.

Compresin de datosUna digitalizacin con estos parmetros consumira un gran espacio de almacenamiento, al grado de que resultara una cantidad de bytes por segundo prcticamente inmanejable; por tal razn, y para reducir considerablemente la cantidad de informacin que efectivamente se graba en la cinta, se recurre a mtodos de compresin de datos. La compresin de datos es un mtodo que se puede utilizar en seales digitales por medio del cual se elimina toda la informacin redundante, envindola slo una vez y despus indicando aquellos puntos en que se repite, con lo que se obtiene una seal prcticamente idntica a la original, pero con un tamao extremadamente reducido (figura 5). Especficamente, en el DV se utiliza el formato de compresin conocido como I-MPEG, el cual posee algunas caractersticas que lo hacen mucho ms apropiado para el DV que el formato MPEG-2 comn, utilizado en CD-ROMs de computadora o en los nuevos DVD.

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Figura 5En un formato no comprimido, cada pixel se enva o almacena individualmente, mientras que en un formato comprimido, cuando se tiene un campo de color uniforme, la informacin se enva una sola vez con instrucciones de repetirla "N" veces.

fotogramas que forman una escena se comprime siguiendo un sistema similar a la codificacin JPEG, misma que se utiliza para la compresin de imgenes digitales fijas), de manera que es posible en un momento dado cortar una escena en un punto determinado, sin que ello afecte la integridad de un paquete de cuadros.

Edicin no-linealEl formato DV con su calidad broadcast est diseado para reemplazar incluso a los formatos denominados profesionales empleados en el mundo de la produccin de TV, como el U-Matic y el BetaCam. Por supuesto que para lograr dicho objetivo se necesita mucho ms que una buena imagen y un sonido de alta calidad; precisamente, la edicin no-lineal es una de esas prestaciones que hacen sumamente atractivo al formato DV. La edicin no-lineal se refiere a la posibilidad de insertar segmentos de video muy especficos, con una precisin de minutos, segundos y cuadros (un cuadro es igual a la imagen que se expide en 1/30 de segundo), con lo cual se pueden hacer secuencias muy interesantes para la edicin de documentales, de noticieros televisivos o en general de cualquier tipo de programas de TV. Para lograr la edicin no-lineal, cada uno de los tracks grabados en la superficie de la cinta se divide en diversas porciones que cumplen una funcin muy especfica. Vea en figura 6 la disposicin de estas zonas. Puede notar que el trayecto de las cabezas va desde la parte inferior de la cinta hasta la parte superior, y que inicialmente se graba una zona denominada ITI, siglas de Indexing and Tracking Information que, como su nombre lo indica, sirve para fijar la correcta posicin de la cabeza de grabacin con respecto a la cinta magntica. A continuacin se graba una porcin de audio PCM digital (este sistema puede grabar dos canales con una resolucin de 16 bits y a una frecuencia de muestreo de 48 KHz, ligeramente superior a la de un CD de audio), y posteriormente aparece la porcin donde se graba el video digitalizado. Finalmente, encontramos una zona donde se graban unos cdigos de datos y tiempo, los

Por ejemplo, en el formato MPEG convencional la informacin se maneja en paquetes, en los cuales se toman varios cuadros consecutivos, se separa la imagen de las zonas en que no existe movimiento y su correspondiente informacin se transmite una nica vez, ahorrando datos y procesos; en tanto, en aquellas porciones en que s hay movimiento se realizan complicados procesos de prediccin de posicin, con el objetivo tambin de ahorrar datos, aunque finalmente el consumo de informacin es mayor que en las porciones estticas de la secuencia de video. Este mtodo resulta muy conveniente para pelculas o programas de computadora donde hay mucha informacin fija (los fondos o escenarios de los videojuegos constituyen un buen ejemplo), y donde seguramente se requiere de nula o muy poca manipulacin por parte del usuario; sin embargo, no es el idneo para un sistema que en un momento dado puede ser utilizado para la edicin no-lineal de pelculas, como es uno de los alcances del formato DV. Por esa razn, se ha diseado una variante llamada I-MPEG, en la que cada uno de los cuadros que forman una escena se comprime de forma independiente a los cuadros anterior y posterior (se puede decir que cada uno de los


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Movimiento de la cinta DVCPRO Cue track Cdigo de datos y tiempo Espacio para edicin

Figura 6

Formato de grabacin en cassette DV

Datos de video y auxiliares

DVCPRO Control track

cuales resultan indispensables para la edicin no lineal. Gracias a toda esta informacin, es posible localizar puntos especficos de una escena con una precisin de un cuadro, lo cual a su vez permite ediciones de alta precisin. Si a lo anterior aadimos que entre cada una de las porciones existe una banda de proteccin que permite editar exclusivamente dicha porcin de la cinta sin afectar a las dems, podemos notar fcilmente que el nuevo formato de video fue diseado desde un principio teniendo en mente las necesidades del editor de cintas. Por lo anterior, y gracias a nuevos subformatos como el DVC-Pro de Panasonic, especialmente dedicado al mercado de video profesional, se calcula que en poco tiempo los mtodos tradicionales de captura y distribucin de video como el BetaCam dejarn de utilizarse; si a ello aadimos que las cmaras y equipos de este formato que actualmente ya se comercializan tienen un costo inferior al de sus equivalentes en BetaCam, no le extrae que en muy pocos aos los profesionales del video cambien su infraestructura por el nuevo formato DV.

o nt ie im za ov e M cab la

Espacio para edicin Espacio para edicin

de

Datos de audio y auxiliares ITI

dualmente; es justamente la caracterstica de poder grabar los componentes individuales de la seal de video, lo que permite la alta calidad de las ediciones realizadas con este nuevo formato (figura 7). Quienes hayan hecho ediciones de videos grabados en Beta y VHS, seguramente habrn notado la rpida degradacin de la imagen obtenida a partir de la segunda o tercera generacin, cosa que resulta indeseable en un formato profesional, el cual puede llegar a requerir cuatro, cinco o ms ediciones entre el momento de su captura y el momento de transmitirlo al aire. Recordemos que en los procesos de grabacin de video tradicionales, las seales de croma y luminancia tambin se graban por separado aunque mezcladas, por lo que dicha informacin

Por metodos analgicos, las seales se separan imperfectamente al modularse en frecuencia.

Separacin de sealesUna de las caractersticas que definen la gran calidad de imagen obtenida por medio del formato DV, es que los componentes de la seal de video se graban por separado, existiendo una seal dedicada a la luminancia, otra para la seal R-Y y otra ms para B-Y, sin interferencia entre ellos y con la capacidad de procesarlos indiviPor metodos digitales, se pueden grabar "paquetes" de informacin separada, lo que implica nula interferencia entre ellos.Inf. Y Inf. R-Y Inf. B-Y Inf. Y Inf. R-Y Inf. B-Y

Figura 7

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sufre de forma natural una ligera degradacin en la calidad de imagen, la cual no se nota en copias de la primera generacin, pero s resulta muy apreciable cuando se trata de una tercera o cuarta copia. En formatos profesionales, para evitar este fenmeno, las seales se graban completamente separadas, de modo que no sufran ninguna degradacin aunque se trate de una cuarta o quinta generacin, lo que los hace ideales para los procesos de edicin necesarios en estas aplicaciones.

Tarjeta capturadora de video digital de Sony, DV BK-1000, para ser instalada en un bus PCI de la computadora (plataforma PC)

Figura 8

Memorias en el cassetteHay varias compaas que ya han puesto a la venta modelos de videocmaras basadas en el estndar DV, entre las que podemos citar a JVC, Panasonic, Sharp y Sony; esta ltima ha introducido en sus cassettes una innovacin muy prometedora: dentro de la estructura del cassette ha incluido una pequea memoria tipo flash, la cual puede grabarse como si fuera una RAM, pero es capaz de guardar su informacin incluso si se le ha retirado cualquier fuente de voltaje externo. El objetivo de esta memoria es que sea utilizada como una especie de cuaderno de anotaciones, permitiendo a los editores marcar cules porciones de imagen desean utilizar o crear una especie de ndice que describa el contenido de la cinta. Sin embargo, para garantizar la compatibilidad con el ms amplio espectro de cintas en el mercado, las cmaras de Sony pueden funcionar perfectamente incluso con cassettes que no posean este chip de memoria, perdiendo nicamente la capacidad de realizar este ndice temtico.

mente de la computadora, para utilizarse en presentaciones, en la red Internet, en aplicaciones multimedia, en publicaciones impresas, etc.

Comentarios finalesComo ha podido advertir en esta breve descripcin, el nuevo formato de almacenamiento de seal de video es muy prometedor, inicialmente para el consumidor profesional (estudios de grabacin, reporteros, estaciones de TV, etc.); pero conforme disminuyan los costos de los aparatos y las cintas, eventualmente llegar al consumidor (para quien de hecho ha sido diseado). Desafortunadamente, las compaas no han anunciado planes para producir en el corto plazo videograbadoras con el nuevo formato, debido a que las productoras de cine (y en general de material de video) estn bloqueando su fabricacin ante el temor de que, al contar el pblico con un mtodo que le permita copiar las cintas una y otra vez sin que se note la menor degradacin en la calidad de imagen, sus pelculas sean reproducidas de manera ilegal. Al parecer, este inconveniente ser solucionado de forma similar a como se resolvi el problema con la produccin de los DATs; esto es, introducir en las cintas originales algunos cdigos inviolables que bloqueen cualquier intento de copia posterior.

De la cmara a la computadoraLas cmaras DV tambin pueden ser utilizadas para la captura directa de imgenes y su envo hacia la computadora sin pasos intermedios. Para ello, se requiere instalar en la PC una tarjeta especial de interface como la que se muestra en la figura 8, la cual captura las imgenes de la cmara de digital sin necesidad de la conversin de anlogo a formato numrico. De esta manera, es posible obtener video o cuadros fijos directa-


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ELECTRONICA y servicio

SERVICIO Tcnico

AJUSTES ELECTRONICOS EN TELEVISORES RCA Y GENERAL ELECTRICFrancisco Javier Orozco Mancilla

Una de las principales innovaciones a las que se enfrenta el tcnico de servicio electrnico, tiene que ver con una serie de ajustes en televisores que ya no se efectan mediante los tradicionales inductores, transformadores o presets, sino mediante una resistencia variable electrnica que ajusta a un conjunto de parmetros que se graban en circuitos de memoria EEPROM. Explicar cmo operan estos circuitos y cmo llevar a cabo dichos ajustes en los televisores CTC-175 y CTC-185 de RCA y General Electric, son los objetivos del presente artculo. Se incluyen los pasos para entrar al modo de servicio y las tablas con los parmetros que deben consultarse.

GeneralidadesHemos explicado en otras ediciones de esta editorial, que con la inclusin de los circuitos microcontroladores, los receptores de TV color dejaron de ser un sistema esclusivamente analgico para convertirse en un hbrido anlogo-digital con novedosas prestaciones. Como resultado de estos cambios, las tcnicas de servicio han tenido que adecuarse para responder a tales novedades, entre las que destacan la sintona electrnica, el despliegue de datos en pantalla, la operacin al tacto y por control remoto de cambio de canal, volumen, tono, brillantez, etc. Una de las principales innovaciones a las que se enfrenta el tcnico de servicio electrnico, tiene que ver con una serie de ajustes (frecuencia y linealidad horizontal, tamao vertical, pincushion, etc.), los cuales ya no se efectan mediante los tradicionales inductores, transformadores o presets (figura 1), sino mediante una re-


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Figura 1

sistencia variable electrnica (EVR) que ajusta a un conjunto de parmetros que se graban en circuitos de memoria EEPROM. En otras palabras, los ajustes de servicio ya no se llevan a cabo mediante el giro mecnico de un preset o del ncleo de algn inductor, sino por medios digitales, lo que garantiza el grado de exactitud, la duracin de los ajustes y la facilidad con que se realizan. El proceso general que se sigue para llevar a cabo los ajustes electrnicos son los siguientes: 1) Se entra al modo de servicio. 2) Se solicita el parmetro o parmetros que se desean modificar. 3) Se presionan la o las teclas necesarias para alcanzar el valor deseado. 4) Se indica al sistema que grabe la nueva informacin en su memoria. 5) Finalmente, se abandona el modo de servicio. Todos estos pasos -muy sencillos de llevar a cabo-, pueden realizarse ya sea por medio del control remoto o del teclado frontal del aparato; sin embargo, la dificultad estriba en conocer la combinacin exacta de teclas que hay que presionar para entrar al modo de servicio y para efectuar todos los pasos indicados anteriormente, pues es informacin que no siempre se

encuentra disponible en los manuales de servicio de los televisores, y que adems difiere entre marcas e incluso entre modelos de un mismo fabricante. En este artculo, vamos a referirnos a los procesos que deben seguirse para llevar a cabo los ajustes electrnicos en los chasises CTC-175 y CTC-185 de los televisores RCA y General Electric, dos marcas cuyos circuitos son idnticos (ambas son fabricadas por Thomson-USA). Pero antes haremos un repaso del funcionamiento de

Estructura bsica de un EVRSeal a modificar Amplificador controlado por voltaje Entrada Control Voltaje que cambia con respecto a los datos digitales de entrada Salida Seal modificada

Convertidor digital / analgico

Voltaje de control

Datos digitales de entrada

Data Clock Latch o Strobe

Figura 2

44


Estructura de la operacin del amplificador controlado por voltajeSeal a modificar Amplificador controlado por voltaje Salida Entrada Seal de salida Seal a modificar Amplificador controlado por voltaje

Figura 3Seal de salida Salida

Entrada

Voltaje de control pequeo

Voltaje de control elevado

-

+

-

+

los circuitos que intervienen en los ajustes electrnicos.

La operacin de la EVRLa EVR es la unin de un amplificador controlado por voltaje, con un convertidor digital a anlogo

(D/A). En la figura 2 podemos ver su estructura bsica. El amplificador controlado por voltaje se encarga de cambiar el nivel de la seal a manipular, mientras que el convertidor D/A recibe los datos digitales de la magnitud con la que se desea hacer tal modificacin.

Voltaje de referencia Amplificador sumador Resistencia de retroalimentacin

Diagrama a bloques del convertidor D/ARS +Vcc Arreglo resistivo + RD RC RB RA -Vcc + Voltaje de salida analgica

Interruptores electronicos Sw1 Sw2 Sw3 Sw4

Out A A1 Latch Entrada digital In1

Out B B1 In2

Out C C1 In3

Out D D1 In4 Registro de almacenamiento

Data Clock

A

Out 1

B

Out 2

C

Out 3

D

Out 4 Flip-flops

Figura 4


45

La ganancia del amplificador controlado por voltaje, puede modificarse con slo inyectar un voltaje aplicado en la terminal de control. Por ejemplo, si el nivel de voltaje aplicado en la terminal de control es bajo, la seal de entrada prcticamente se anula a la salida; pero si dicho nivel es alto, la seal de entrada se incrementa (figura 3). Obviamente, el voltaje aplicado en la terminal de control no es suministrado por una resistencia variable (como en el caso mostrado en la figura 3), sino por el convertidor D/A. Este, por cierto, se estructura bsicamente con un arreglo resistivo, un amplificador sumador, algunos interruptores electrnicos y un registro de almacenamiento (figura 4). Pero veamos estas partes por separado.RA + RB Voltaje de referencia (+) + Rs -

Figura 5El voltaje aplicado en la entrada depende de las caidas de voltaje de Rs, RA y RC

RC + RD +

Sw1

-

Sw2

Sw3

Sw4

Componentes de un convertidor D/Aa) El arreglo resistivo est estrictamente calculado para que cuando haya conduccin en una o ms de sus resistencias, se modifique la tensin en la entrada negativa del amplificador operacional. De esta manera, tambin su voltaje de salida cambia de valor. b) El amplificador sumador, es un amplificador operacional configurado con una resistencia de retroalimentacin entre la entrada negativa y la salida. Tambin a la entrada negativa se conecta el arreglo resistivo (RA, RB , RC y RD) y la resistencia R S que se lleva a un voltaje de referencia. c) Siempre y cuando los interruptores electrnicos (Sw1, Sw2, Sw3 y Sw4) lo permitan, las

H

L

H

L

Unicamente conducen los interruptores Sw1 y Sw3 porque en su base reciben un nivel lgico alto (H)

resistencias RA, RB, RC y RD conducirn. Para el efecto, como se observa en la figura 5, es necesario aplicar en la base de cada uno de ellos un nivel alto (H). Con el fin de sintetizar este circuito, hemos incluido un ejemplo de l en la figura 6 -que incluye valores para los resistores- y, en la tabla 1, una lista de los diferentes voltajes de salida que sern expedidos por el convertidor

El voltaje de salida es igual a: VS = VE x AV en donde: VE = Voltaje de entrada AV = Ganancia de amplificacin La ganancia de amplificacin es igual a: AV = RM en donde: RE VE=+3V

Sw1

Sw2

Sw3

Sw4

18.7 K

37.5 K

75K

150 K

RM 20K +12V

RA

RB

RC

RD

+ -12V

Voltaje de salida

RM = Resistor de retroalimentacin RE = Resistor de entrada

Figura 6

46


D/A para ser aplicados al amplificador controlado por voltaje. d) Finalmente, el registro de almacenamiento tiene la tarea de cambiar la estructura de los datos que provienen del circuito de control (microcontrolador) de serie a paralelo, para despus aplicar esta informacin a los interruptores electrnicos (Sw1, Sw2, Sw3 y Sw4). Los datos de la funcin a modificar, son enviados por el microcontrolador en un bus digital llamado I2C. Este consiste en una seal de datos (data) que contiene la funcin y magnitud del cambio, una seal de reloj (clock o CK) que sincroniza la comunicacin entre el microcontrolador y la EVR, y una seal de enganche ( T chip enable) que indica la finalizacin del

ajustes electronicos en tvs rca general eyser-02

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