saber electronica 302 notebooks

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ISSN: 0328-5073 Año 26 / 2012 / Nº 302

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EDITORIAL

QUARK

Año 26 - Nº 302

SEPTIEMBRE 2012

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ARTÍCULO DE TAPA TAPA PLC: PL C: Co Cont ntro rola lado dore ress Ló Lógi gico coss Pro Progr gram amab able les. s. Qu Qué é son son,, có cómo mo se us usan an?? Ar Arqu quit itec ectu tura ra

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CURSO DE ELECTRÓNICA Etapa 2, Lección 2: Transistores Bipolares

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MONTAJES Localizador de Cables de Red Medidor de Ganancia de Transistores 5 Instrumentos para el Taller Frecuencímetro hasta 100MHz con Medidor de Período Punta Lógica TTL de Tres Estados Probador Activo de Semiconductores Generador de Funciones de 0Hz a 100kHz Analizador Dinámico para Pruebas en Audio

30 31 58 58 59 59 61 61

MANUALES TÉCNICOS Servicio Técnico a Notebooks. 200 Fallas Comentadas y 100 Manuales de Servicio

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TÉCNICO REPARADOR Desarme, Mantenimiento y Reconocimiento de Par tes de HP Mini 1000

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AUTO ELÉCTRICO Pruebas del Sistema Electro/Electrónico. Parte 3

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MONTAJE DE TAPA PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas

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SABER ELECTRONICA

DEL DIRECTOR AL LECTOR

Director

Ing. Horacio D. Vallejo Producción

José María Nieves (Grupo Quark SRL) Columnistas:

Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute

EDITORIAL

QUARK

EDITORIAL QUARK S.R.L. EDITORIAL S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRONICA Argentina: (Grupo Quark SRL) San Ricardo Ricar do 2072, Capital Capital Federal, Tel (11) 4301-8804 México (SISA): Cda. Moctezuma 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, Edo. México, Tel: (55) 5839-5077

ARGENTINA Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark) Staff Liliana Teresa Vallejo, Mariela Vallejo, Diego Vallejo

Sistemas:: Paula Mariana Vidal Sistemas Red y Computadoras: Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Animaciones: Fernando Fernández Legales:: Fernando Flores Legales Contaduría:: Fernando Ducach Contaduría Técnica y Desarrollo de Prototipos: Prototipos : Alfredo Armando Flores México Administración y Negocios Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero Staff Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regalado, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José Luis Paredes Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Director del Club SE: [email protected] Grupo Quark SRL San Ricardo 2072 - Capital Federal www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.mx www.webelectronica.com.ve Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial.

QUIERO COMPARTIR CON UD. UNA GRAN ALEGRIA Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta para compartir las novedades del mundo de la electrónica. Cuando promediaba el estudio de la carrera de Ingeniería Electrónica, allá por la década del 80, tuve la oportunidad de viajar a Brasil para impartir cursos sobre instrumental electrónica y conocí empresarios en el área de las medicinas complementarias y cuidado de la salud. Recuerdo que me encomendaron el diseño de equipos “extraños” para mi en aquella época que me obligaron a incursionar en el área del cuerpo humano y otras disciplinas como bioenergía, kirliangrafía y tai chi chuan. Durante varios años estuve trabajando con profesionales de varias disciplinas y hasta tuve la suerte de realizar cursos de post grado en el país vecino, lo que me permitió continuar las relaciones con dichas personas. Desde aquella época comencé a tener una gran afición por el cuerpo humano a tal punto que desde entonces “sueño” con poder estudiar medicina para poder “interrelacionar” a mis dos grandes amores académicos: ac adémicos: la electrónica y la medicina. Hace unos años tuve la oportunidad de realizar un curso intensivo en diagnóstico por imágenes con el objeto de poder capacitarme para impartir conocimientos técnicos a médicos investigadores de la Universidad del Salvador donde pude comprobar, una vez más, mi inclinación por la medicina. Luego de varios años y múltiples intentos fallidos, tuve la oportunidad de comenzar a estudiar “medicina”, gracias a un intercambio en ocasión del curso de capacitación que recién les comenté, con la consciencia de que no es mi interés “recibirme de médico” sino estudiar simplemente para “saber”. No sé que me va a deparar el futuro y tampoco si voy a tener el tiempo suficiente para realizar las prácticas hospitalarias y asumir los compromisos que el estudio de tan alta carrera merece pero quiero comentarle con gran satisfacción que hace quince días pude aprobar dicha materia: “histología” y que ahora tengo un compromiso mayor… seguir estudiando… Quise compartir con Ud., lector de Saber Electrónica, esta sentida ale gría porque mes a mes me acompaña desde hace 25 años y porque así como lo digo desde el primer número de nuestra querida revista “nos encontramos una vez más en las páginas de nuestra revista predilecta, para compartir las novedades del mundo de la electrónica” electrónica”

Ing. Horacio D. Vallejo

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A R T Í C U L O

DE

T A P A

Los Controladores Lógicos Programa bles o PLC (Programmable Logic Control) son automatismos “normali zados” que poseen una unidad central de proceso, que es el corazón del PLC y que recibe datos de dispositivos conectados a las entradas de dicho PLC (sensores), procesa dichos datos en función del programa contenido en la CPU y arroja los resultados a las salidas del PLC, donde hay actuadores (relés, triacs, sistemas de arranque, etc.).

PLC:

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES

QUÉ SON, CÓMO SE USAN, ARQUITECTURA En base a la definición dada más arriba, podríamos decir que una central de alarma es un PLC ya que tiene zonas de entrada y de salida y un programa grabado en un microcontrolador de la central; sin embargo, dicha central NO ES UN PLC, ya que para que lo sea debe cumplir con determinados requisitos como ser: 1) Debe poseer bloques de entradas aisladas de la CPU. 2) Tiene que incluir bloques de salida con “buffers” (aislados de la CPU y que manejen potencia). 3) Se debe poder programar por medio de cursos de programación estándar (funciones, instrucciones y lenguaje de contactos o escalera establecidos en la norma IEC 61131-3). 4) Se debe poder reemplazar por un PLC de otra marca y similares características. En base a lo dicho, puedo utilizar un PLC como central de alarma, ya que es posible programar su CPU para que “lea” los datos de los sensores conectados a las entradas (detector de movimientos, detector exterior por microondas, sensores magnéticos conectados en las aberturas, etc.) y cuando detecta una intromisión, activa una o varias salidas en las que pueden estar conectados sistemas sonoros de aviso, discadores telefónicos, etc. Ese mismo PLC podrá ser utilizado en aplicaciones industriales, ya sea para controlar automáticamente una máquina herramienta o para controlar la seguridad de un entorno de trabajo. En este artículo explicaremos qué es un PLC, cómo funciona y cuál es su arquitectura básica.

Coordinación: Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

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Artículo de Tapa INTRODUCCIÓN

Figura 1

El funcionamiento del sistema de un PLC es simple y directo, el procesador centra o CPU completa tres procesos: 1) Escanea o lee datos de los dispositivos de entrada. 2) Ejecuta o "resuelve" la lógica del programa y las actualizaciones. 3) Escribe, a los dispositivos de salida.

En la figura 1 se puede apreciar el diagrama funcional de un PLC en que se puede apreciar que existe una unidad de proceso central o CPU que puede ser programada por medio de un dispositivo externo al PLC y que, en base al programa cargado, lee los datos recibidos desde sensores conectados a las entradas, procesa dicha información y entrega los resultados a los actuadores conectados a las salidas del PLC. Para que el PLC sea útil, primero debe tener un programa lógico “cargado” para que la CPU lo ejecute. Un ingeniero en sistemas o un programador de PLC primero creará la lógica del programa en un dispositivo de programación (en estos días por lo general es software que se ejecuta en una computadora portátil). Esta lógica se puede escribir en lógica escalera (ladder o lógica de contactos), lista de instrucciones (generalmente en lenguaje Basic), gráficas de funciones secuenciales (compuertas lógicas), o cualquiera de los lenguajes IEC. El programador descarga el programa al PLC, esto se hace generalmente conectando temporalmente el programador al PLC. Una vez que el programa está instalado o cargado en la CPU del PLC, normalmente no es necesario que el permanezca conectado. Una vez que el programa se encuentra en la CPU, el PLC se establece en "ejecutar" y ejecuta el programa de aplicación en varias ocasiones. Además de la ejecución del programa, la CPU lee regularmente el estado de los dispositivos de entrada, y envía los datos a los dispositivos de salida. El sistema detecta el estado de las entradas del mundo real (un interruptor, un sensor de nivel, etc.), los traduce a valores

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que pueden ser utilizados por la CPU y escribe estos valores en la tabla de entrada establecida en el programa grabado en la CPU. El programa de aplicación se ejecuta, y escribe los valores obtenidos en la tabla de salida. A continuación, el sistema de salida convierte el valor de esta tabla de salida a un cambio compatible con el mundo real (se enciende un motor, se abre una válvula, etc.). Este proceso de lectura de entradas, ejecución de la lógica de control y la escritura de salidas suele denominarse en el mundo técnico como “barrido” o “Scan PLC”, figura 2. La CPU lee continuamente las entradas, resuelve la lógica, y escribe en las salidas. Es importante entender la lógica del programa, ya que se puede Figura 2 escribir como una serie de estructuras lógicas consecutivas. El programa de control o programa de aplicación se almacena en la memoria. Al mismo tiempo que el PLC ejecuta la lógica, también puede leer y almacenar los valores en la memoria. Los valores también se pueden usar por el programa de aplicación.

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Artículo de Tapa BREVE HISTORIA DE LOS PLC

La llegada de los PLC al mundo de la electrónica se inició en los años 1960 y 1970 para reemplazar los tradicionales controles "cableados" y, desde entonces, se ha convertido en la opción predominante para controles industriales. Antes de los PLC, gran parte del control de las máquinas herramientas se basaba en contactos y relés que proporcionaban una “lógica cableada” de los controles de la máquina. Los cambios en la lógica significaban mano de obra intensiva y costosa. En 1968, la división GM “Hydramatic” especificó los criterios de diseño para lo que sería el primer controlador lógico programable. Pidieron un sistema de estado sólido que haría lo siguiente: 1) Ser compatible en el ambiente industrial. 2) Ser fácilmente programados por ingenieros de planta y técnicos. 3) Ser fácilmente reprogramado y reutilizado en otros ámbitos.

La propuesta ganadora vino de Bedford Asociado que introdujo el Controlador Modular Digital (MODICON). MODICON sigue siendo una marca popular marca de PLC hoy en día, pero es propiedad de Schneider Electric. En la figura 3 podemos observar la imagen de un PLC actual de dicha empresa, el MODICON 340 PLC, diseñado para aplicaciones medianas, que representa una síntesis de potencia e innovación y ofrece buenas respuestas a las distintas necesidades. El procesador cuenta con 4MB de RAM interna para gestionar aplicaciones de hasta 70K de instrucciones, incluye una tarjeta de memoria Flash SD para la copia de seguridad de aplicaciones lo que elimina la necesidad de una batería auxiliar. Tiene 512 a 1028 Entradas/Salidas Digitales, 128 a 256 Entradas/Salidas Analógicas y 20 a 36 Vías Específicas de Conteo. Continuando con esta breve historia, debemos decir que la industria del automóvil era un adoptante temprano importante de controladores lógicos programables (PLC). Ellos querían un método de programación que pudiera ser fácilmente comprendido por los ingenieros y técnicos que empleaban los controles existen-

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Figura 3

tes en dicha época. El resultado fue el empleo de un lenguaje de programación llamado lógica de escalera de relé o simplemente "lógica de escalera", conocido en el mundo de la electromecánica como “lógica de contactos”. El diseño de la lógica de escalera es, por lo tanto, muy similar a la lectura de los diagramas para los controles hechos con relés. KOP fue uno de los primeros lenguajes, figura 4 y hoy sigue siendo uno de los más populares para la programación de PLC, aunque se han desarrollado muchos otros a lo largo de los años.

COMPONENTES DE UN PLC

Para describir las partes que integran a un PLC es imperante definir que todo sistema de control automático posee tres etapas que le son inherentes e imprescindibles, éstas son:

1) Etapa de acondicionamiento de señales.- Está

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Artículo de Tapa integrada por toda la serie de sensores que convierten una variable física determinada a una señal eléctrica, interpretándose ésta como la información del sistema de control. 2) Etapa de control.- Es en donde se tiene la información para poder llevar a cabo una secuencia de pasos; dicho de otra manera, es el elemento de gobierno. 3) Etapa de potencia.- Sirve para efectuar un tra bajo que siempre se manifiesta por medio de la transformación de un tipo de energía a otro tipo.

La unión de los tres bloques nos da como resultado un sistema de control automático completo, pero se debe considerar que se requiere de interfases entre las conexiones de cada etapa para que el flujo de información circule de forma segura entre éstas. Los sistemas de control pueden concebirse bajo dos opciones de configuración: 1) Sistema de control de lazo abierto.- Es cuando el sistema de control tiene implementado los algoritmos correspondientes para que, en función de las señales de entrada, se genere una respuesta considerando los márgenes de error que pueden representarse hacia las señales de salida, figura 5. 2) Sistema de control de lazo cerrado.- Es cuando se tiene un sistema de control que responde a las señales de entrada, y a una proporción de la señal de salida, para de esta manera corregir el posible error que se pudiera inducir. En este sistema de control la retroalimentación es un parámetro muy importante, ya que la variable física que se está controlando se mantendrá siempre dentro de los rangos establecidos, figura 6.

Idealmente todos los sistemas de control deberían diseñarse bajo el concepto de lazo cerrado, porque la variable física que se está interviniendo en todo

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Figura 5

momento se encuentra controlada. Esta actividad se efectúa comparando el valor de salida contra el de entrada, pero en muchas ocasiones, de acuerdo a la naturaleza propia del proceso productivo, es imposible tener un sistema de control de lazo cerrado. Por ejemplo en una lavadora automática, la tarea de limpiar una prenda que en una de sus bolsas se encuentra el grabado del logotipo del diseñador de ropa, sería una mala decisión el implementar un lazo cerrado en el proceso de limpieza, porque la lavadora se encontraría comparando la tela ya lavada (señal de salida) contra la tela sucia (señal de entrada), y mientras el logotipo se encuentre presente la lavadora la consideraría como una mancha que no se quiere caer. Revisando las partes que constituyen a un sistema de control de lazo abierto o lazo cerrado, prácticamente se tiene una similitud con respecto a las partes que integran a un PLC, por lo que cualquiera de los dos métodos de control pueden ser implementados por medio de un PLC. Para comenzar a utilizar los términos que le son propios a un PLC, se observará que los elementos que conforman a los sistemas de control de lazo abierto y/o lazo cerrado se encuentran englobados en las partes que conforman a un Control Lógico Programable y que son las siguientes: Figura 6

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PLC: Qué son, Cómo se Usan, Arquitectura o Unidad central de proceso. o Módulos de entrada y salida de datos. o Dispositivo de programación o terminal.

En la figura 7 se puede observar el diagrama funcional de un PLC en el que se detalla, incluso, el dispositivo de programación, externo al PLC.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

Esta parte del PLC es considerada como la más importante, ya que dentro de ella se encuentra un microcontrolador que lee y ejecuta el programa de usuario que a su vez se localiza en una memoria (normalmente del tipo EEPROM), además de realizar la gestión de ordenar y organizar la comunicación entre las distintas partes que conforman al PLC. El programa de usuario consiste en una serie de instrucciones que representan el proceso del control lógico que debe ejecutarse. Para poder hacer este trabajo, la unidad central de proceso debe almacenar en posiciones de memoria temporal las condiciones de las variables de entrada y variables de salida de datos más recientes.

Si bien no todos los PLCs son iguales, básicamente la estructura de su CPU responde a la forma de trabajo de cualquier microcontrolador. Es decir, la unidad central de proceso en esencia tiene la capacidad para realizar las mismas tareas que una computadora personal, porque, como ya se mencionó líneas atrás, en su interior se encuentra instalado un microcontrolador que es el encargado de gobernar todo el proceso de control. En la figura 8 se observa el diagrama en bloques que representa el funcionamiento de un microcontrolador, en el que se destacan las siguientes partes: o Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso). o Memoria Central: o Memoria de programa de tipo ROM / EPROM/EEPROM / Flash . o Memoria de datos de tipo RAM. o Buses de control, datos y direcciones. o Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. o Recursos auxiliares (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, Conversores Analógico/Digital, Conversores Digital/Analógico, etc.). o Generador de impulsos de reloj (sincroniza el funcionamiento de todo el sistema).

Figura 7


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Artículo de Tapa

Figura 8 Figura 9

Figura 10

En la figura 9 podemos observar diferentes modelos de PLCs. Cuando se energiza un PLC, el microcontrolador apunta hacia el bloque de memoria tipo ROM donde se encuentra la información que le indica la manera de cómo debe predisponerse para comenzar sus operaciones de control (BIOS del PLC). Es en la ejecución de este pequeño programa (desarrollado por el fabricante del PLC) que se efectúa un proceso de diagnóstico a través del cual se sabe con qué elementos periféricos se cuentan (módulos de entrada / salida, por ejemplo). Una vez concluida esta fase, el PLC “sabe” si tiene un programa de usuario alojado en el bloque de memoria correspondiente; si es así, por medio de un indicador avisa que está en espera de la orden para comenzar a ejecutarlo; de otra manera, también notifica que el bloque de memoria de usuario se encuentra vacío. El técnico o profesional es quien debe realizar

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este programa, para que el PLC “haga” lo que se pretende de él. En general, primero se realiza el programa en lenguaje estructural o diagrama de flujo (figura 10) para, posteriormente, “compilarlo” o traducirlo a un lenguaje que sea entendible por el PLC Una vez que el programa de usuario ha sido cargado en el bloque de memoria correspondiente del PLC, y se le ha indicado que comience a ejecutarlo, el microcontrolador se ubicará en la primera posición de memoria del programa de usuario y procederá a leer, interpretar y ejecutar la primera instrucción. Dependiendo de qué instrucción se trate será la acción que realice el microcontrolador, aunque de manera general las acciones que realiza son las siguientes: leer los datos de entrada que se generan en los sensores, guardar esta información en un bloque de memoria temporal, realizar alguna operación con los datos temporales, enviar la información resultante de las operaciones a otro bloque de memoria temporal, y por

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PLC: Qué son, Cómo se Usan, Arquitectura último la información procesada enviarla a las terminales de salida para manipular algún(os) actuador(es). En cuanto a los datos que entran y salen de la unidad central de proceso, se organizan en grupos de 8 valores, figura 11, que corresponden a cada sensor que esté presente si se trata de datos de entrada, o actuadores si de datos de salida se refiere. Se escogen agrupamientos de 8 valores porque ése es el número de bits que tienen los puertos de entrada y salida de datos del microcontrolador. A cada agrupamiento se le conoce con el nombre de byte ó palabra. En cada ciclo de lectura de datos que se generan en los sensores, ó escritura de datos hacia los actuadores, se gobiernan 8 diferentes sensores ó actuadores, por lo que cada elemento de entrada / salida tiene su

Figura 11

Figura 12

imagen en un bit del byte que se hace llegar al microcontrolador. En el proceso de lectura de datos provenientes de los sensores, se reservan posiciones de memoria temporal que corresponden con el bit y la palabra que a su vez es un conjunto de 8 bits (byte). Esto es para tener identificado en todo momento el estado en que se encuentra el sensor 5, por ejemplo. Con los espacios de memoria temporal reservados para los datos de entrada, se generan paquetes de información que corresponden al reflejo de lo que están midiendo los sensores. Estos paquetes de datos cuando el microcontrolador da la indicación, son almacenados en la posición de memoria que les corresponde, siendo esa información la que representa las últimas condiciones de las señales de entrada. Sí durante la ejecución del programa de control el microcontrolador requiere conocer las condiciones de entrada más recientes, de forma inmediata accede a la posición de memoria que corresponde al estado de determinado sensor. El producto de la ejecución del programa de usuario depende de las condiciones de las señales de entrada; dicho de otra manera, el resultado de la ejecución de una instrucción puede tener una determinada respuesta si una entrada en particular manifiesta un uno lógico, y otro resultado diferente si esa entrada está en cero lógico. La respuesta que trae consigo la ejecución de una instrucción se guarda en una sección de la memoria temporal para que estos datos posteriormente sean recuperados, ya sea para exhibirlos o sean utilizados para otra parte del proceso. La información que se genera en los sensores se hace llegar al microcontrolador del PLC a través de unos elementos que sirven para aislar la etapa del medio ambiente (donde se encuentran los sensores) de la etapa de control, que es comprendida por la unidad central de proceso del PLC y que en su interior se encuentra el microcontrolador. Los elementos de aislamiento reciben el nombre de módulos de entradas, los cuales se encuentran identificados y referenciados hacia los bloques de memoria temporal donde se alojan los datos de los sensores. En


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Artículo de Tapa cuanto a los datos que manipulan a los actuadores (también llamados datos de salida, figura 12), éstos se encuentran alojados en las posiciones de memoria temporal que de manera ex profesa se reservan para tal información. Cuando en el proceso de ejecución de un programa de usuario se genera una respuesta y ésta a su vez debe modificar la operación de un actuador, el dato se guarda en la posición de memoria temporal correspondiente, tomando en cuenta que este dato representa un bit de información y que cada posición de memoria tiene espacio para 8 bits. Una vez que los datos de salida han sido alojados en las posiciones de memoria correspondientes, en un ciclo posterior el microcontrolador puede comunicarlos hacia el exterior del PLC, ya que cada bit que conforma un byte de datos de salida tiene una correspondencia en cuanto a las conexiones físicas que tiene el PLC hacia los elementos de potencia o actuadores, o dicho de otra forma, al igual que en las terminales de los datos de entrada, cada una de las terminales que contienen la información de salida también tienen asociado un elemento de potencia conectado en su terminal correspondiente. A medida que el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC ejecuta las instrucciones del programa de usuario, el bloque de memoria temporal asignado a la salida de datos, se está actualizando continuamente ya que las condiciones de salida muchas veces afectan el resultado que pueda traer consigo la ejecución de las instrucciones posteriores del programa de usuario, figura 13. De acuerdo a la manera de cómo se manejan los datos de salida, se puede observar que esta información cumple con una doble actividad, siendo la primordial la de canalizar los resultados derivados de la ejecución de las instrucciones por parte del microcontrolador hacia los bloques de memoria correspondientes, y pasar también los datos de salida a las terminales donde se encuentran conectados los actuadores. Otra función que se persigue es la de retroalimentar la infor-

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Figura 13

mación de salida hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC cuando alguna instrucción del programa de usuario lo requiera. En cuanto a los datos de entrada, no tienen la doble función que poseen los datos de salida, ya que su misión estriba únicamente en adquirir información del medio ambiente a través de las terminales de entrada y hacerla llegar hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso. Los datos de salida, al igual que los de entrada, son guiados hacia los respectivos actuadores a través de elementos electrónicos que tienen la función de aislar y proteger al microcontrolador de la unidad central de proceso respecto de la etapa de potencia. Estos elementos reciben el nombre de módulos de salida. Tanto los módulos de entrada como de salida tienen conexión directa hacia las terminales de los puertos de entrada y salida del microcontrolador del PLC. Esta conexión se realiza a través de una base que en su interior cuenta con un bus de enlace, el cual tiene asociado una serie de conectores que son los medios físicos en donde se insertan los módulos (ya sean de entrada o salida). El número total de módulos de entrada o salida que pueden agregarse al PLC depende de la cantidad de direcciones que el microcontrolador de la unidad central de proceso es capaz de alcanzar. De acuerdo con lo escrito en el párrafo anterior, cada dato (ya sea de entrada o salida), representado por un bit y a su vez agrupado en bloques de 8 bits (palabra o byte), debe estar registrado e identificado para que el microcontrolador “sepa” si está siendo ocu-

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PLC: Qué son, Cómo se Usan, Arquitectura pado por un sensor o un actuador, ya que determinado bit de específico byte y por ende de determinada ubicación de memoria temporal tiene su correspondencia hacia las terminales físicas de los módulos. Esto último quiere decir que en los conectores de la base se pueden conectar de manera indistinta tanto los módulos de entrada como los módulos de salida, por lo que el flujo de información puede ser hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso o, en dirección contraria.

L A MEMORIA DEL PLC

Con respecto a la memoria donde se aloja el programa de usuario, es del tipo EEPROM, en la cual no se borra la información a menos que el usuario lo haga. La forma en cómo se guarda la información del programa de usuario en esta memoria es absolutamente igual que como se almacena en cualquier otro sistema digital, sólo son “ceros y unos” lógicos. A medida que el usuario va ingresando las instrucciones del programa de control, automáticamente éstas se van almacenando en posiciones de memoria secuenciales; este proceso de almacenamiento secuencial de las instrucciones del programa es autocontrolado por el propio PLC, sin intervención y mucho menos arbitrio del usuario. La cantidad total de instrucciones en el programa de usuario puede variar de tamaño, todo depende del proceso a controlar. Por ejemplo, para controlar una máquina sencilla basta con una pequeña cantidad de instrucciones, pero para el control de un proceso o máquina complicada, se requieren hasta varios miles de instrucciones. Una vez terminada la tarea de la programación del

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PLC, esto es terminar de insertar el programa de control a la memoria de usuario, el operario del PLC manualmente se debe dar a la tarea de conmutar el PLC del modo de “programación” al modo de “ejecución”, lo que hace que la unidad central de proceso ejecute el programa de principio a fin repetidamente. El lenguaje de programación del PLC cambia de acuerdo al fabricante del producto, y aunque se utilizan los mismos símbolos en distintos lenguajes de programación, la forma en cómo se crean y almacenan cambia de fabricante a fabricante. Por lo tanto, la manera de cómo se interpretan las instrucciones de un PLC a otro es diferente, todo depende de la marca. En otro orden de ideas, a la unidad central de proceso de un PLC una vez que le fue cargado un programa de usuario, su operación de controlar un proceso de producción no debe detenerse a menos que un usuario autorizado así lo haga. Para que el PLC funcione de forma ininterrumpida se debe contemplar el uso de energía de respaldo ya que ésta, bajo ninguna circunstancia, tiene que faltarle a la unidad central de proceso. Cabe aclarar que los PLC modernos cuentan con 2 CPUs de 32bits que interactúan para efectuar el control, figura 14. o La CPU de lógica ejecuta el código de la aplicación y realiza el procesamiento de los mensajes. o La CPU de “backplane” se comunica con las E/S y envía y recibe datos desde el “backplane”. Como este CPU es independiente del otro, toda la información de E/S se maneja asincrónicamente a la ejecución del programa (no altera el “scan”).

La energía que alimenta al PLC se obtiene de un módulo de alimentación cuya misión es suministrar el voltaje que requiere tanto la unidad central de proceso como todos los módulos que posea el PLC. Normalmente el módulo de alimenta-


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Artículo de Tapa ción se conecta a los suministros de voltajes de corriente alterna (VCA). El módulo de alimentación prácticamente es una fuente de alimentación regulada de voltaje de corriente directa, que tiene protecciones contra interferencias electromagnéticas, variaciones en el voltaje de corriente alterna, pero el aspecto más importante es que cuenta con baterías de respaldo para el caso de que falle el suministro de energía principal y entren en acción las baterías, provocando de esta manera el trabajo continuo del PLC, a la vez que puede activarse una alarma para dar aviso en el momento justo que el suministro de energía principal ha dejado de operar.

MÓDULOS DE ENTRADA Y S ALIDA DE D ATOS

Se encargan del trabajo de intercomunicación entre los dispositivos industriales exteriores al PLC y todos los circuitos electrónicos de baja potencia que comprenden a la unidad central de proceso del PLC, que es donde se almacena y ejecuta el programa de control. Los módulos de entrada y salida tienen la misión de proteger y aislar la etapa de control, que está conformada principalmente por el microcontrolador del PLC, de todos los elementos que se encuentran fuera de la unidad central de proceso, ya sean sensores o actuadores. Los módulos de entrada y salida hacen las veces de dispositivos de interfase, que entre sus tareas principales están las de adecuar los niveles eléctricos tanto de los sensores como de los actuadores o elementos de potencia, a los valores de voltaje que emplea el microcontrolador, que normalmente se basa en niveles de la lógica TTL, 0 (VCD) equivale a un “0 lógico”, mientras que 5 (VCD) equivale a un “1 lógico”. Físicamente los módulos de entrada y salida de datos, están construidos en tarjetas de circuitos impresos que contienen los dispositivos electrónicos capaces de aislar al PLC con el entorno exterior, además de contar con indicadores luminosos que informan de manera visual el estado que guardan las entradas y salidas. Para que los módulos de entrada o salida lleven a cabo la tarea de aislar eléctricamente al microcontrolador, se requiere que éste no tenga contacto físico con

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los bornes de conexión de los sensores o actuadores y con las líneas de conexión que se hacen llegar a los puertos de entrada o salida del microcontrolador. Existen distintos módulos de entrada y salida de datos: la diferencia principal depende de los distintos tipos de señales que éstos manejan; esto quiere decir que se cuenta con módulos que manejan señales discretas o digitales, y módulos que manejan señales analógicas. A los módulos de entrada de datos se hacen llegar las señales que generan los sensores. Tomando en cuenta la variedad de sensores que pueden emplearse, existen dos tipos de módulos de entrada, algunos de los cuales se describen a continuación. Módulos de entrada de datos discretos.- Estos responden tan sólo a dos valores diferentes de una señal que puede generar el sensor. Las señales pueden ser las siguientes:

a) El sensor manifiesta cierta cantidad de energía diferente de cero si detecta algo. b) Energía nula si no presenta detección de algo. Un ejemplo de sensor que se emplea en este tipo de módulo es el que se utiliza para detectar el final de carrera del vástago de un pistón. Para este tipo de módulos de entradas discretas, en uno de sus bornes se tiene que conectar de manera común uno de los terminales de los sensores. Para ello tenemos que ubicar cuál es la terminal común de los módulos de entrada.

La forma en cómo se conoce popularmente a los módulos de entrada y salida es por medio de la siguiente denominación “Módulos de E/S”. Para seleccionar el módulo de E/S adecuado a las necesidades del proceso industrial, se tiene que dimensionar y cuantificar perfectamente el lugar donde se instalará un PLC. El resultado del análisis reportará el número de sensores y actuadores que son imprescindibles para que el PLC opere de acuerdo a lo planeado; por lo tanto, ya se sabrá la cantidad de entradas y salidas que se requieren, y si por ejemplo se cuenta con 12 sensores y 10 actuadores, entonces se tiene que seleccionar un PLC que soporte por lo menos 22 E/S. ☺

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ISSN: 1514-5697 - Año Año 12 Nº 152 90 2013 - Argentina: Argentina: $7, Recargo Interior: $0,50

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CD: Microcontroladores PICs y PICAXE P ROGRAMACIÓN Y D ESARROLLO Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de CV, el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como este producto se vende en puestos de revistas, es probable que el CD pueda dañarse y si no desea aguardar a que se lo cambien, lo puede descargar desde nuestra página web, grabar la imagen en un disco virgen y realizar el curso que se propone. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar , haga clic en el ícono password e ingrese la clave “CD-1397”. Deberá ingresar su dirección de correo electrónico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las instrucciones que se indiquen. Si no está registrado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (registrarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios). Módulo 1: Libros Proyectos con Microcontroladores PICs y PICAXE Todo Sobre PICAXE Curso de PICs para Estudiantes y Aficionados Microcontroladores PICs Programación y Desarrollo Aprenda Microcontroladores PICAXE Proyectos con Microcontroladores PICs. Fundamentos, Diseño y Programación Proyectos con PIC 16F874/77

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Módulo 3: Más Teoría Recomendada

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PICAXE 18 Placa Programadora para PICAXE 28 Placa Programadora para PICAXE 40 Central de Alarma de 2 Entradas y 3 Salidas PLC de 2 Entradas y 3 Salidas Módulo MiniRobot Siguelineas PLC de 5 Entradas y 8 Salidas Todo Sobre Microcontroladores PICAXE Información Proyectos con PICAXE Presentación Didáctica Nueva forma de programar microcontroladores Módulo 4: Programas Varios Demo Bright Spark Demo Livewire Demo PCB Wizard 3 IC-Prog MP-LAB Hemos colocado dentro del CD las versiones 4.0,5.4,5.61 y6.40 Demo NIPLE NOPPP Programming Editor Version anterior Programming Editor Version actual Demo LOGICATOR ConysaProg

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CURSO DE TÉCNICO SUPERIOR

EN

ELECTRÓNICA

Teoría

ETAPA 2 - LECCIÓN Nº 2

TRANSISTORES BIPOLARES Comenzamos con el estudio del principio general de funcionamiento del llamado transistor bipolar o simplemente transistor. Además del transistor bipolar, que es el básico, existen otros tipos como el transistor de efecto de campo, el transistor unijuntura (cuyo funcionamiento es diferente), etc. De manera simplificada, podemos representar un transistor por 3 bloques de materiales semiconductores de tipos diferentes, dispuestos alter- nadamente. Esto nos conduce a dos configuraciones posibles, que a su vez nos llevan a dos tipos de transistores, según muestra la figura 1, los transistores PNP y NPN. Cada uno de los bloques tendrá una terminal de conexión conectada a un electrodo y recibe una denominación.

Figura 1

INTRODUCCIÓN Hemos visto que en un transistor bipolar existen tres elementos o terminales a saber:

Figura 2

Emisor - abreviado E Colector - abreviado C Base - abreviado B

Para representar los transistores usamos dos tipos de símbolos, según el tipo, que aparecen en la figura 2. El elemento que posee la flecha es siempre el emisor. Cuando la flecha está vuelta hacia afuera del componente, tenemos un transistor NPN y cuando la flecha está apuntando hacia dentro del componente tenemos un transistor PNP. Esta flecha corresponde al sentido convencional de la corriente que circula por este componente, cuando está en funcionamiento. La base corresponde al elemento que entra perpendicularmente a la barra en el interior del símbolo y la otra "pata" es el colector.

Figura 3

Los transistores bipolares pueden ser tanto de silicio como de germanio y actualmente existen tipos para altísimas frecuencias de arseniuro de galio, pero las diferencias existentes de uno a otro se refieren solamente a las características y no a los principios de funcionamiento. Los transistores PNP y los NPN tienen el mismo principio de funcionamiento. Por lo tanto, para analizar su funcionamiento podemos tomar un ú nico tipo como base: el NPN sin que importe el material. Para que el transistor funcione (de la manera en que normalmente lo usamos) es preciso que sus terminales sean sometidas a determinadas tensiones. La aplicación de estas tensiones. Para llevar al transistor a su funcionamiento ideal, recibe el nombre de polarización. Polarizar un transistor es aplicar en sus tres terminales (emisor, colector y base) tensiones que lo lleven al funcionamiento normal. Para analizar el funcionamiento de un transistor de manera simplificada, vamos a suponer que los potenciales de polarización son aplicados a sus elementos por dos ba-


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Etapa 2 - Lección 2

Figura 4

terías, B1 y B2, controladas por dos interruptores, S1 y S2, como muestra la figura 3. La polaridad de las baterías (positivo de B2 al colector y positivo de B1 a la base) corresponde a lo que se exige para el funcionamiento de un transistor NPN. Para un transistor PNP basta invertir la polaridad de las dos baterías, para entender su funcionamiento. Inicialmente, con las dos llaves abiertas, ninguna corriente circula por el transistor. Vamos a suponer ahora que, en una primera fase, cerramos la llave S2 y dejamos, por lo tanto, abierta la llave S1. En estas condiciones, la corriente, pasando por la base, tenderá a circular entre el colector y el emisor. Sin embargo, existen dos junturas que deben ser atravesadas. La primera entre el colector y la base, que corresponde a un diodo, estará polarizada en sentido inverso y presentará alta resistencia; mientras tanto, la juntura entre la base y el emisor quedará polarizada en el sentido directo y presentará una baja resistencia. El resultado es que la corriente no puede circular. Podemos percibir esto mejor, si comparamos el transistor con dos diodos en oposición, como muestra la figura 4.

Figura 5

¡Esta disposición es una comparación, pues dos diodos en oposición no funcionan como un transistor! ¿Ahora, qué ocurriría si en una segunda fase, manteniendo S2 cerrado, también cerráramos el interruptor S1?

El resultado será la aplicación de una tensión en la juntura entre la base y el emisor que la polarizaría en sentido directo. Podemos entonces hacer circular una corriente entre esos dos elementos de transistor, cuya intensidad dependería de la tensión de B1 y, eventualmente, de la existencia de algún elemento capaz de limitarla. Para efectos de estudio vamos a suponer que la batería B1 sea de tensión relativamente baja, lo que significa que la corriente entre la base y el emisor sería débil. Mientras tanto, el resultado del cierre de S1 no sería solamente la circulación de esta corriente. Con el establecimiento de una corriente pequeñ a entre la base y el emisor, hay también el pasaje de una fuerte corriente entre el colector y el emisor. En suma,la corriente de base pequeña "provoca" la aparición de una corriente mucho mayor entre el colector y el emisor (figura 5). Existe una proporción entre la corriente base/emisor (llamada simplemente corriente de base) y la corriente colector/emisor (corriente de colector).

Figura 6

Así, cuando aumentamos la corriente de base, también aumenta la corriente de colector. Cuando la corriente de colector también lo será. El número de veces que la corriente de colector es mayor que la corriente de base, es nulo; es evidente que la corriente de base que la provoca es denominada ganancia de corriente. Si tuviéramos un circuito simplificado, como muestra a figura 6, y aplicamos en la entrada una señal que corresponde a una cierta forma de onda, que varía entre dos valores de tensión determinados, estas variaciones influirán directamente en la corriente de base del transistor. El resultado será una influencia mayor sobre la corriente de colector, pero que corresponde "en forma" a la señal original. Tenemos, entonces, una amplificación de la señal que aparece en el colector del transistor. Para usar el transistor de forma que tengamos un a amplificación fiel a la producción de señales, es preciso conocer más de sus comportamiento. Esto nos lleva a su curva característica.

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Teoría TRABAJANDO SOBRE LA CURVA CARACTERÍSTICA DEL TRANSISTOR Para que un transistor opere convenientemente, existen otras formas, además de la que vimos, de hacer su conexión. Observe que en el ejemplo que dimos, las tensiones o señales son aplicadas en la base y colector, el emisor queda conectado al mismo tiempo a las dos baterías, o sea, se trata de un elemento común al circuito de entrada (base) y salida (colector). Decimos que el transistor polarizado de esta forma está en la configuración de emisor común. Esta configuración es la más usada y es a partir de ella que estudiaremos las curvas características de un transistor. Una curva característica no es más que la obtención de un gráfico en el que se representan las diversas magnitudes que varían en un componente cuando está en funcionamiento. En el caso de un transistor, partimos de un circuito básico que aparece en la figura 7.

Se coloca en un gráfico las diversas tensiones y corrientes de base y sus correspondientes de colector. Como no podemos tener un gráfico con 4 variables, lo que se hace es establecer una familia de cur vas en que una de las magnitudes es mantenida fija. Así, en primer lugar, fijamos la tensión de emisor que llamaremos VCE (tensión entre colector y emisor) en un valor determinado, por ejemplo 5V. Verificamos entonces qué ocurre con la corriente de base cuando variamos la tensión de base, o sea, colocamos en el gráfico lo que ocurre con IB cuando variamos VBE. El resultado es una curva como muestra la figura 8. Esta curva es importante porque permite establecer la resistencia de entrada del circuito. Tomando un pequeño trecho en que tenemos dos tensiones de emisor, por ejemplo, 500 y 600mV, formamos un triángulo donde tenemos las corrientes de base correspondientes, 10 y 20µA por ejemplo.

Figura 7

Figura 8

Calculando la tangente del ángulo mostrado en la figura 9, que es nada más que el cociente de la variación de tensión por la variación de la corriente, obtenemos la resistencia de entrada o hie. En nuestro ejemplo tenemos entonces: Otra curva importante es la que da la característica de salida de un transistor. Esta curva relaciona los valores de la corriente de colector (Ic) con la tensión entre el colector y emisor VCE para una corriente de base fija (IB), figura 10. Para una corriente de base nula (IB = 0), deberíamos tener una corriente de colector nula en una buena banda de tensiones. Sin embargo, esta corriente no es nula, pero sí muy pequeña. Esta corriente es la corriente de fuga (I CEO), que normalmente se debe a

Figura 9

la agitación térmica de los átomos de material semiconductor, los cuales liberan portadores de carga. Si tomamos una de las curvas como referencia y procedemos del mismo modo que en el caso anterior, calculando la tangente del ángulo indicado en la figura 11, obtenemos información muy importante del transistor. Se trata de la variación de la corriente de base que corresponde a una variación de la corriente de colector o la ga-


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nancia del transistor. La ganancia, llamada beta (b) o hFE, puede calcularse dividiendo la va riación de la corriente de colector IC,por la variación correspondiente de la corriente de base IB.

Figura 10

POLARIZACIÓN En la figura 12 se tiene un transistor NPN, en donde se representan los sentidos reales de las tensiones y corrientes cuando se lo polariza con dos baterías. La idea es que se emplee una sola batería para establecer las tensiones necesarias en las junturas. En términos generales, y considerando que no tenemos inyección de señal, los valores de IC y VCE representan un sólo punto sobre las curvas que, a su vez, determinará el punto de reposo o punto de trabajo estático del transistor. Para determinar el punto de trabajo hagamos las siguientes consideraciones:

Figura 11 1) La malla de entrada o malla I (red conectada entre la base y el emisor). 2) La característica tensión-corriente de la juntura base-emisor, la cual está impuesta por el transistor. 3) La condición que fija la malla de salida o malla II (red conectada entre el colector y el emisor). 4) Las características de tensión-corriente de la juntura colector-emisor.

Los valores que surgen de la tercera condición nos permitirán levantar la Recta Estática de Carga del Transistor por donde se moverá el punto de trabajo. De la malla II: Vcc = IC . RC + VCE Luego: VCC - VCE IC = ___________ RC

Figura 12

(5)

Esta ecuación, gráficamente representa una recta llamada recta de carga estática, tal como se observa en la figura 13. Los puntos A y B, extremos de dicha recta pueden hallarse haciendo: A) VCE = 0V y hallando el valor correspondiente de IC. VCC IC = —————— RC B) IC = 0 y hallando el correspondiente valor de VCE. VCE = VCC De la malla de entrada se deduce: VBB = IB . RB + VBE Luego:

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Teoría VBB - VBE IB = ———————— RB

Figura 13

(6)

Donde: VBE = tensión de umbral corr espondiente a la juntura base- emisor, aproximadamente igual a 0,2 V para el germanio y 0,7 V para el silicio.

Obtenido el valor de la corriente de base IB, interceptamos la recta de carga estática como se muestra en la figura 14. La solución gráfica determina finalmente un punto denominado Q, o bien punto de reposo o punto de trabajo, para las condiciones dadas.

Analicemos ahora el circuito de la figura 15, el cual emplea sólo una fuente de alimentación. Recorriendo la malla II surge que: VCE = V - IC . (RC + RE)

(7)

Figura 14

Recorremos la malla I, tenemos: V - VBE = IE . RE + IB . RB

(8)

Como: IE

≡

IC,

e

IC IB = ———— hFE

Reemplazando: IC V - VBE = IC . RE + ———— . RE = hFE RB V - VBE = IC . ( RE + ————— ) hFE Operando matemáticamente: V - VBE IC = —————————

Figura 15

Figura 16

(9)

RB RE + ———— hFE Analizando las tensiones del circuito planteado en la figura 16 se tiene que: VBT = VBE + IE . RE VBT

≈

≈

VBE + IC . RE

La tensión VBT debería permanecer “constante”; cosa que, ya sea por dispersión de los parámetros del transistor o por los elementos del circuito, no siempre se cumple.


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Figura 17

Por tal motivo, este circuito no es muy recomendado cuando se desea armar un amplificador de señal. Veamos entonces el circuito de la figura 17. Este circuito se denomina de polarización por divisor resistivo. De la malla II o malla de salida; surge que: V - VCE = IC . RC + IE . RE Como: IE

≈

IC

Entonces: V - VCE = IC . RC + IC . RE Despejando, tenemos: VCE = V - IC . (RC + RE)

(10)

Para analizar la malla de entrada aplicamos el teorema de Thevenin (que estudiaremos en futuras lecciones, razón por la cual, sólo daremos el resultado de la aplicación del mismo) entre base y tierra. Como la corriente I2 será por lo menos diez veces mayor que la corriente IB, será I2 = I1; entonces, en una buena apr oximación, la corriente IB = 0 (para este cálculo). Luego:

Figura 18

R1 VBT = V . __________ R1 + R2

y

RBT =R1 . R2 / (R1 +R2) El comportamiento eléctrico de este circuito es igual que el del sistema original, donde tanto VBT como RBT no son elementos reales. Luego: VBT - VBE IC = __________________ RE

Figura 19

Si logramos que VBT sea constante, el punto de reposo Q, dado por las expresiones anteriores, se mantendrá inalterable, con lo cual tendremos una configuración en la cual el punto de reposo no variará frente al cambio de otros parámetros, incluso cambiará muy poco a la hora de reemplazar el transistor (figura 18).

CONFIGURACIONES DEL TRANSISTOR Los transistores son típicos amplificadores de corriente porque las variaciones de la corriente de base acarrean variaciones mayores de la corriente de colector. Es claro que las variaciones de corriente en una carga pueden ser traducidas por una variación de tensión correspondiente, como ilustra la figura 19, pero en la práctica debemos siempre considerar que tenemos corrientes de entrada y de salida en los transistores. Ahora bien, como una corriente en un elemento de carga significa la presencia de una resistencia, podemos hablar de resistencia de entrada y de salida para un transistor que funcione como amplificador. Así, representando un transistor como amplificador, de la forma indicada en la figura 20, vemos que

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Teoría la señal de entrada "ve" una cierta resistencia y, del mismo modo, el circuito que es conectado en la salida "siente" una resistencia.

Figura 20

Como el transistor opera con señales de corrientes alternas, de bajas o altas frecuencias, es más interesante tener en cuenta esta r esistencia de otra forma: hablamos entonces de una impedancia de entrada y de una impedancia de salida para un transistor. Esta característica de un transistor como amplificador es muy importante en los proyectos, pues la transferencia de energía de una etapa hacia otra, sólo es máxima cuando las impedancias de entrada y salida están adaptadas, o sea, tienen el mismo valor (figura 21). Es lo que ocurre con su amplificador de audio: si la impedancia de salida de la etapa con transistores fuera diferente de la impedancia del parlante, no ocurre la total transferencia de energía y el rendimiento del sistema es bajo.

Figura 21

En algunos casos la energía hasta debe ser disipada de otra forma, calor por ejemplo, y produce la quema de los componentes. El tipo de características de impedancia que presentan los transistores depende de la manera en que son conectados y es lo que veremos ahora.

CONFIGURACIÓN EN EMISOR COMÚN Podemos conectar los transistores de tres formas diferentes en una etapa amplificadora. Estas etapas van a diferir por el modo en que son aplicadas las señales y después retiradas, así como por la impedancia de entrada y salida que van a presentar. Debemos entonces indicar que el transistor puede presentar tres tipos de ganancia para cada configuración, que son definidos de la siguiente forma: a) Ganancia de tensión: decimos que hay ganancia de tensión cuando las variaciones de la tensión de entrada producen variaciones todavía mayores de la tensión de salida. Si una tensión de entrada (variación) de 100mV produce en la salida una variación de 1V sobre la carga, entonces la ganancia de tensión es 10. b) Ganancia de corriente: decimos que hay ganancia de corriente cuando las variaciones de la corriente de entrada producen una variación mayor de la corriente de salida. Una variación de 1µA en la entrada, por ejemplo, que produce una variación de 20µA en la carga, significa una ganancia de corriente de 20 veces. c) Ganancia de potencia: hay ganancia de potencia cuando tenemos un producto "tensión de salida x cor riente de entrada", siempre teniendo en cuenta las variaciones. Si una corriente de 1µA producida por una variación de tensión de 100µV, produce en la car ga (salida) una variación de corriente de 10µA con una variación de tensión correspondiente a 1mV entonces, tenemos una ganancia de potencia de 100 veces. En la configuración emisor común, figura 22, el emisor es un elemento común al circuito de entrada y de salida.

Figura 22

Figura 23

La señal es aplicada entre base y emisor y retirada entre colector y emisor. En la práctica se usan resistores y capacitores tanto para la aplicación y retiro de la señal como también para la polarización. Esto nos lleva a una configuración más completa, como la que muestra la figura 23. Esta es la configuración más usada en la práctica, por presentar tanto ganancia de corriente como de tensión, lo que significa la mayor ganancia posible de potencia. Esta configuración se caracteriza por l as siguientes propiedades:


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Figura 24

• Ganancia de corriente grande. • Ganancia de tensión grande. • Ganancia de potencia elevada. • Impedancia de entrada mediana (1.000 a 5.000 Ohm). • Impedancia de salida alta (100.000 a 500.000 Ohm). • Inversión de fase de la señal amplificada.

La inversión de fase puede ser explicada de la siguiente forma: suponiendo que una señal senoidal sea aplicada a la entrada (base) cuando su tensión sube en el hemiciclo positivo, esto implica un aumento de la corriente de base, que es polarizada en el sentido de la conducción. Ahora, con el aumento de la corriente de base, aumenta proporcionalmente la corriente de colector. Esto significa que la resistencia entre el colector y el emisor cae, o sea, la tensión absoluta en el colector del transistor disminuye, de modo que su diferencia de valor, en relación a la tensión de alimentación, aumenta. En un gráfico como el que muestra la figura 24, esto significa que la tensión de colector cae. A partir del momento en que se alcanza el máximo (pico positivo) cuando la tensión cae en la base, ocurre una disminución proporcional de la corriente de colector, lo que acarrea un aumento de la tensión en este elemento.

Figura 25

En otras palabras, cuando la tensión de base sube, la tensión del colector cae, lo que caracteriza una inversión de la fase de la señal. Observamos también que esta configuración no es indicada para la operación de frecuencias muy altas. El circuito de entrada de señal del transistor presenta una cierta capacidad, que provoca un retardo en la respuesta a las señales de frecuencias elevadas. En la configuración de emisor común, esta capacidad aparece de modo evidente con su operación limitada a unos pocos Megahertz (MHz).

CONFIGURACIÓN EN COLECTOR COMÚN

Figura 26

En esta configuración, mostrada en forma simplificada en la figura 25, la señal es aplicada entre la base y el colector y retirada entre el emisor y el colector. En la práctica, con los elementos de polarización (resistores) y de acoplamiento (capacitores) tenemos el circuito mostrado en la figura 26. En esta configuración tenemos la ganancia de corriente elevada y la ganancia de tensión inferior a la unidad. Sin embargo, la ganancia de potencia existe (es mayor que la unidad), lo que significa que el circuito puede ser considerado un amplificador de potencia moderada. Existe una relación bien definida entre la impedancia de entrada y la impedancia de salida en este circuito, en función de la ganancia del transistor. Así, si la resistencia de salid a (carga) fuera de 100 Ohm, como en el circuito de la figura 27 y la ganancia del transistor fuera de 100 veces (Beta) la impedancia de entrada será de: 100 Ohm x 100 = 10.000 Ohm

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Teoría Por poseer las características de alta resistencia de entrada y baja de salida, este tipo de configuración es normalmente usado como "adaptador de impedancias", o sea, para adaptar una etapa de alta impedancia a una etapa o carga de baja impedancia. Las principales características de este circuito son:

Figura 27

• Ganancia de corriente elevada • Ganancia de tensión inferior a 1 (atenuación) • Ganancia de potencia mayor que 1 • Impedancia de salida muy baja (entre 10 Ohm y 1k) • No hay inversión de fase de la señal amplificada

Para la no inversión de fase podemos dar la siguiente explicación: En la subida del hemiciclo de una señal senoidal aplicada a la entrada, hay un aumento de la corriente de base y, en consecuencia, un aumento de la corriente de emisor, que es la corriente de carga. El aumento de la corriente en la resistencia de carga es acompañado de un aumento de la tensión sobre la misma (figura 28).

Figura 28

Esta configuración no es indicada para aplicaciones de altas frecuencias, dado el efecto de la capacidad de las junturas, que queda multiplicado prácticamente por la ganancia del transistor. Aplicaciones típicas no superan 1 Megahertz (MHz).

CONFIGURACIÓN EN BASE COMÚN En un transistor conectado en la configuración de base común, la señal es aplicada entre el emisor y la base y retirada entre el colector y la base, conforme muestra el circuito simplificado de la figura 29. Con los elementos adicionales de polarización y acoplamiento, el circuito queda como muestra la figura 30. En esta configuración existe ganancia de tensión, pero la ganancia de corriente es inferior a la unidad. Se trata, pues, de una configuración amplificadora de tensión. La ganancia de potencia es mayor que la unidad y puede variar entre 20 y 500 para transistores comunes. En esta configuración tampoco tenemos inversión de fase, o sea, la fase de la señal de entrada es la misma de la señal de salida, como muestra la figura 31. La principal característica de este tipo de conexión, sin embargo, es la baja impedancia de entrada, del orden de 30 a 500 Ohm y la alta impedancia de salida, del orden de 500 kOhm o más.Vea entonces que tenemos un comportamiento opuesto al de la configuración de colector común. Esta baja impedancia de entrada es responsable también por la reducción de los efectos de las capacidades entre las junturas, lo que Figura 30 lleva al transistor a su mayor capacidad de operación con altas frecuencias. Este tipo de circuito es usado en frecuencias que pueden superar los 100MHz, lo que depende, claro, de cada transistor. Tenemos las siguientes características, en resumen:

Figura 29

Figura 31

• Ganancia de Corriente inferior a 1. • Ganancia de Tensión mayor que 1. • Impedancia de entrada muy baja (30 Ohm a 500 Ohm). • Impedancia de salida muy alta (superior a 500 kOhm). • No hay inversión de fase para la se- ñal amplificada.


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Etapa 2 - Lección 2 DISTINTOS TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES Existen diversos tipos de transistores: desde los muy pequeños, comparables a una lenteja, hasta los mayores que llegan a tener algunos centímetros de diámetro o incluso más (figura 32).

Figura 32

¿Por qué tantas diferencias? Estructuralmente todos los transistores están formados por trozos de materiales semiconductores (P y N) dispuestos de forma alternada, como ya vimos. Sin embargo, los procesos constructivos que llevan a la obtención de esta estructura no parten de trozos aislados de materiales semiconductores, uniéndolos después para obtener el componente final.

Existen técnicas que parten de trozos únicos de materiales semiconductores y forman directamente en ellos las regiones que deben ser del tipo P o del tipo N. Se obtiene así el transistor en su configuración final (figura 33).

Figura 33

El modo como se forman las regiones del emisor, colector y base de un transistor, van a determinar la "geometría" del componente, la cual es responsable directamente por sus características eléctricas. Para simplificar, si quisiéramos un transistor que sea capaz de trabajar con corrientes intensas, debemos proveerlo de una región de colector mayor para que haya una superficie de pasaje para los portadores de carga capaz de soportar la corriente final. Por otro lado, si queremos un componente rápido, capaz de trabajar con frecuencias elevadas, debe haber un tiempo mínimo de movilización de cargas entre el colector y el emisor, pasando por la base (este tiempo se denomina "tiempo de tránsito"). Estos transistores deben tener regiones de base bien reducidas, pues así permiten un recorrido mínimo para la corriente. Pero no es sólo el tamaño lo que importa para la construcción de un transistor: si tenemos una región semiconductora de un tipo en contacto con otra de tipo diferente (P y N), la juntura también representa una capacitancia (figura 34). Así, aplicando una señal en un transistor que tenga una región de juntura grande entre la base y el emisor, por ejemplo, antes que esa señal alcance el valor que provoca la conducción, debemos tener la carga del capacitor. Esto significa un retardo en la velocidad de respuesta de este componente.

Figura 34

La reducción de la capacidad entre las regiones es un factor de gran importancia en el proyecto para transistores que deben trabajar con frecuencias altas o conmutar señales en alta velocidad. Vea entonces que existe una cierta contradicción de las posibles mejoras de características de los transistores para las diversas aplicaciones. Si queremos un transistor de mayor potencia, capaz de trabajar con corrientes más intensas, debemos aumentar la superficie de las junturas, pero eso también provoca un aumento de la capacidad entre los terminales, reduciendo en consecuencia su velocidad. Si reducimos mucho el tamaño de un transistor para que el mismo pueda operar a una velocidad mayor, también reducimos su capacidad de aislación, lo que quiere decir que el mismo pasa a soportar tensiones menores. Observe entonces que existen dificultades serias para proyectar transistores que sean ideales, o sea, que puedan trabajar con corrientes intensas, tengan gran veloci-

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dad (por no presentar gran capacidad entre los electrodos) y finalmente que puedan operar con tensiones altas. Las geometrías estudiadas permiten la construcción de algunos tipos de transistores que pueden ser considerados "excelentes" dentro de la finalidad propuesta, pero eso también significa mayor costo. Así, no precisando una determinada característica, podemos elegir tipos determinados que se comporten dentro de lo que queremos, y con eso bajar el costo del componente. Para las aplicaciones prácticas, podemos dividir los transistores por tipos en los siguientes grupos:

TRANSISTORES DE USO GENERAL DE BAJA POTENCIA Estos son transistores (NPN o PNP) de dimensiones pequeñas, capaces de operar en el máximo con corrientes de colector de 500mA, disipando potencias de hasta 1 watt. Pueden ser de germanio o de silicio, si bien en la actualidad se usan mucho más los de silicio. Estos transistores se destinan a la amplificación o producción de señales de bajas frecuencias (audio) principalmente, pero poseen la capacidad de operar en frecuencias de hasta algunas decenas de megahertz (MHz), si bien no han sido proyectados específicamente para esta finalidad. Las ganancias de estos transistores están en la banda de 10 a 900 típicamente. Entre las aplicaciones posibles para los transistores de esta familia, citamos las siguientes: preamplificación de audio, oscilador de audio, excitador (driver) de amplificadores de audio, salida de audio de amplificadores hasta 1 ó 2 watt, conmutación de señales de bajas frecuencias, etc. Gracias a la escasa generación de calor en la operación de estos transistores, se los fabrica en cubier tas de dimensiones reducidas, tanto metálicas como plásticas. Las cubiertas metálicas (más antiguas) son más caras, siendo por esto sustituidas en la mayoría por los tipos plásticos, en la actualidad. Para los transistores europeos, la identificación de un transistor de uso general se hace con la sigla "BC" donde "B" significa silicio y "C" uso general. La sigla "AC" indica transistores de uso general de germanio. Los transistores de procedencia americana usan otro tipo de codificación. Normalmente se especifican como "2N" seguido de un número. Por la sigla no podemos saber qué tipo de transistor es, y con este fin debe consultarse un manual. Para los transistores japoneses de uso general tenemos la sigla "2SB"y "2SA".

TRANSISTORES DE POTENCIA DE AUDIO Los transistores de Potencia de Audio, o simplemente de Potencia, son componentes destinados a la operación con corrientes altas en frecuencias no muy elevadas, que no superen algunos megahertz. La capacidad de entrada, debido al tamaño de los elementos internos, es el principal factor que impide su operación con señales de frecuencias elevadas. Así, tales transistores tienen típicamente corrientes de colector en la banda de 1 a 15A, y pueden disipar potencias de 1 a 150 watt, operando con señales de algunas decenas de magahertz como máximo. Sin embargo, a medida que nos aproximamos a su frecuencia límite (fT) la ganancia cae enormemente y tiende a ser unitaria. Los transistores de esta familia son dotados de cubiertas que permiten su fijación en disipadores de calor.

Cómo se Estudia este Curso de

Técnico Superior en Electrónica En Saber Electrónica Nº 295 le propusimos el estudio de una Carrera de Electrónica COMPLETA y para ello desarrollamos un sistema que se basa en guías de estudio y CDs multimedia Interactivos. La primera etapa de la Carrera le permite formarse como Idóneo en Electrónica y está compuesta por 6 módulos o remesas (6 guías de estudio y 6 CDs del Curso Multimedia de Electrónica en CD). Los estudios se realizan con “apoyo” a través de Internet y están orientados a todos aquellos que tengan estudios primarios completos y que deseen estudiar una carrera que culmina con el título de "TÉCNICO

SUPERIOR EN ELECTRÓNICA". Cada lección o guía de estudio se compone de 3 secciones: teoría, práctica y taller . Con la teoría aprende los fundamentos de cada tema que luego fija con la práctica. En la sección “taller” se brindan sugerencias y ejercicios técnicos. Para que nadie tenga problemas en el estudio, los CDs multimedia del Curso en CD están confeccionados de forma tal que Ud. pueda realizar un curso en forma interactiva, respetando el orden, es decir estudiar primero el módulo teórico y luego realizar las prácticas propuestas. Por razones de espacio, NO PODEMOS PUBLICAR LAS SECCIONES DE PRACTICA Y TALLER de esta lección, razón por la cual puede descargarlas de nuestra web, sin cargo, ingresando a www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingreando la clave: GUIAE2L2. La guía está en formato pdf, por lo cual al descargarla podrá imprimirla sin ningún inconveniente para que tenga la lección completa. Recuerde que el CD de la lección 1 lo puede descargar GRATIS y así podrá comprobar la calidad de esta CARRERA de Técnico Superior en Electrónica. A partir de la lección 2, el CD de cada lección tiene un costo de $25, Ud. lo abona por diferentes medios de pago y le enviamos las instrucciones para que Ud. lo descargue desde la web con su número de serie. Con las instrucciones dadas en el CD podrá hacer preguntas a su "profesor virtual" - Robot Quark- (es un sistema de animación contenido en los CDs que lo ayuda a estudiar en forma amena) o aprender con las dudas de su compañero virtual - Saberito- donde los profesores lo guían paso a paso a través de archivos de voz, videos, animaciones electrónicas y un sin fin de recursos prácticos que le permitirán estudiar y realizar autoevaluaciones (Test de Evaluaciones) periódicas para que sepa cuánto ha aprendido. Puede solicitar las instrucciones de descarga gratuita del CD Nº1 y adquirir el CD de esta lección ( CD Nº 2 de la Segunda Etapa ) y/o los CDs de las leccio-


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Figura 35

En la figura 35 tenemos algunos tipos de disipadores usados con estos transistores. Normalmente en estos transistores la parte semiconductora que forma el colector, está en contacto directo con la cubierta metálica, facilitando así la transferencia del calor generado. Por este motivo, es común la utilización, entre el transistor y el disipador, de un aislante especial. Este aislante, que puede ser de mica o de plástico, deja pasar el calor pero no la corriente eléctrica; se trata de un aislante eléctrico más un conductor tér mico (figura 36). Para facilitar todavía más la transferencia de calor, este aislante puede ser untado con pasta térmica, hecha a base de silicio (grasa siliconada). Son diversas las aplicaciones de estos transistores como: salida de audio hasta más de 100 watt, regulación de fuentes, excitación de etapas de audio, inversores, excitación de relés y solenoides, etc.

Figura 36

En la línea europea, los transistores de estas categorías son especificados por las letras "BD" donde "B" indica que el componente es de silicio y "D", de potencia. Para los tipos de germanio la indicación es "AD". Para los tipos americanos tenemos también la designación "2N".

TRANSISTORES DE BAJA POTENCIA PARA RF Estos son transistores que se destinan a la operación con señales de frecuencias elevadas, pero de pequeña intensidad. Las corrientes máximas de operación de estos transistores no sobrepasan los 100mA pero su frecuencia máxima puede fácilmente llegar a los 1.000MHz o 1GHz (1 Gigahertz). Como no deben disipar potencias elevadas, sus cubiertas son de dimensiones reducidas y no tienen previsto la colocación de disipadores de calor. En algunos tipos de metal existe un cuar to terminal, además de emisor, colector y base, que es conectado a la propia cubierta, que sirve así de blindaje. La geometría interna es proyectada justamente de modo de realzar ciertas propiedades, como por ejemplo la reducción de la capacidad entre los elementos, la disminución del tiempo de tránsito, etc. Los tipos de procedencia europea son designados con la sigla "BF" donde "B" significa silicio, y "F" alta frecuencia o "RF". Para los tipos de germanio la designación es "AF". Los tipos de procedencia americana también aparecen con la designación "2N" y es necesario consultar manuales de especificaciones para saber a qué familia pertenecen. Entre las aplicaciones para estos transistores citamos las siguientes: producción de señales de alta frecuencia, amplificación de RF en receptores de radio y TV, pequeños transmisores, amplificación de FI, conversores de frecuencia de receptores, etc.

TRANSISTORES RÁPIDOS Los transistores de esta familia se caracterizan por una elevada capacidad para pasar rápidamente del estado de no conducción (corte) a la plena conducción (saturación) sirviendo pues como conmutadores. Para esto es preciso que tengan características especiales que van desd e la ganancia elevada hasta la baja capacidad entre sus elementos. Estos transistores operan con corrientes máximas entre 100mA y 1A, poseen capacidad de disipación de potencia hasta 1W típicamente. Una característica importante de las especificaciones de es-

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tos transistores es el tiempo en que pasan de la no conducción a la conducción, que se da en nanosegundos. Muchos de los transistores de esta familia, además de las aplicaciones específicas en conmutación, también se pueden usar en RF (como por ejemplo el 2N2218 y el 2N2222), ya que la alta velocidad les posibilita producir o amplificar señales de frecuencias bastante altas. Entre las aplicaciones para estos transistores citamos las siguientes: conmutación en circuitos lógicos, modificación de formas de onda en conformadores, etc.

OTROS TRANSISTORES Además de los transistores citados existen otros con características bien específicas que pueden encontrarse en los manuales de muchos fabricantes. Entre ellos destacamos en primer lugar los denominados "de banda ancha" que son transistores que se destinan a la operación con señales de frecuencias muy altas, en la banda de UHF y microondas. Tales transistores tienen frecuencias de transición (frecuencia máxima de operación) bastante elevadas, llegando teóricamente a los 5GHz. En la nomenclatura europea tales transistores aparecen con la sigla "BFQ, BFT, BFW y BFX". Para los de origen americano, tenemos siempre la denominación "2N"; la averiguación de su verdadera finalidad queda por cuenta de una consulta en los manuales específicos.

¿Cómo elegir un transistor para una aplicación específica? En la elección de un transistor para una determinada aplicación debemos tener en cuenta sus características y su capacidad de operar convenientemente en dicha aplicación. Incluso dentro de una familia existen tipos específicos. Sólo a título de ejemplo, dentro de la propia familia de tansistores de uso general tenemos tipos con características tan diferentes que uno es el equivalente del otro. Podemos citar el BC549 y el BC548 que, aunque sean semejantes en las características generales, presentan una diferencia considerable: el BC549 opera con un nivel de ruido interno muy bajo; por esto, es indicado para amplificar señales de audio muy débiles, lo que no ocurre con el BC548, aunque ambos son de la misma familia. Así, en el proyecto de un preamplificador de audio, preferimos colocar en su entrada un BC549 en lugar de un BC548, si bien existen muchas aplicaciones en las que son perfectamente intercambiables. Otro caso que debe ser tenido en cuenta es que un transistor que se destina a amplificar señales de audio, aunque tenga una frecuencia máxima elevada, no siempre funcionará bien en la amplificación o producción de señales de RF. No será buena idea usar un BD135, aunque el mismo sea especificado hasta 250MHz en un amplificador de FM, porque las capacidad entre sus elementos, no previstas para operación en RF, ciertamente impedirán una buena ganancia en esta banda.

¿Además de los transistores indicados, existen otros? Sí, además de los tipos NPN y PNP, que son denominados "bipolares", tenemos transistores que obedecen a otras tecnologías de funcionamiento como, por ejemplo, los unijuntura, los transistores de efecto de campo y los que se usan como sensores, aprovechando su sensibilidad a cierto tipo de radiación (como por ejemplo los fototransistores), etc. ☺

CÓMO C ONVERTIRSE EN TÉCNICO S UPERIOR EN E LECTRÓNICA “Estudie desde su Casa”

Esta es la SEGUNDA lección de la segunda etapa del Curso de Electrónica Multimedia, Interactivo, de enseñanza a distancia y por medio de Internet que presentamos en Saber Electrónica Nº 295. El Curso se compone de 6 ETAPAS y cada una de ellas posee 6 lecciones con teoría, prácti- cas, taller y Test de Evaluación. La estructura del curso es simple de modo que cualquier per- sona con estudios primarios completos pueda estudiar una lección por mes si le dedica 8 horas semanales para su total comprensión. Al cabo de 3 años de estudios constantes podrá tener los conocimientos que lo acrediten como Técnico Superior en Electrónica.

Cada lección se compone de una guía de estudio y un CD multimedia interactivo. El alumno tiene la posibilidad de adquirir un CD Multimedia por cada lección, lo que lo ha- bilita a realizar consultas por Internet sobre las dudas que se le vayan presentando. Tanto en Argentina como en México y en varios países de América Latina al momento de estar circulando esta edición se pondrán en venta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el volumen 1 de la primera etapa corresponde al estudio de la lección Nº 1 de este curso (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impre- sa de la lección 1), el volumen 6 de dicho Curso en CD corresponde al estudio de la lec- ción Nº 6. Ud. está leyendo parte de la teórica de la SEGUNDA lección de la segunda etapa y el CD correspondiente es el de la Etapa 2, Lección 2.

Para adquirir el CD correspondiente a cada lección debe enviar un mail a: [email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 es GRA- TIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instrucciones al mail dado anteriormente. A partir de la lección Nº 2 de la primera etapa, cuya guía de estudio fue publicada en Saber Electrónica Nº 296, el CD (de cada lec- ción) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solicitarlo enviando un mail a

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MONTAJES LOCALIZADOR DE CABLES DE RED Como ya conoce el funcionamiento de los transistores, le proponemos que arme un circuito que permite inyectar señal de RF a los cableados de la red eléctrica de modo que usando una simple radio como receptor podrá saber dónde están los cables que pasan por dentro de las paredes. ¿A quién no le tiembla el pulso cuando empuña una perforadora sobre un muro o pared? Todos somos concientes del riesgo que un caño desconocido puede causar a nuestra casa. Ya sea un caño con cables eléctricos o bien con agua o gas un potencial peligro nos amenaza a la hora de hacer algo tan simple como pretender colgar un cuadro. Este equipo nos resuelve, EN PARTE, este problema ya que permite inyectar una señal audible en los tendidos eléctricos de la casa. Bastará con enchufarlo en cualquier tomacorrientes para que, armados con una simple radio de AM, podamos escuchar la oscilación al pasar la antena de la misma por encima de un muro. El circuito está formado por un oscilador LM567 el cual modula un conjunto de transistores los cuales inyectan la señal en el tendido eléctrico. Una fuente capacitiva (o fuente fría) provee de los 9V necesarios para que el sistema funcione. Nótese que este equipo sólo hará posible la detección de cableados de tensión principal (220 o 110) pero no funciona con gas, agua o telefonía. Para estos caños deberemos usar un detector por eco. El circuito es muy sencillo y puede armarlo utilizando la técnica de “placa universal” de circuito impreso que explicáramos en la etapa 1 de este curso de electrónica. Tenga cuidado al usar este aparato, ya que la tensión de r ed puede estar sobre la placa, es por ello que debe guardarlo sobre un gabinete plástico y solo dejar en el exterior el enchufe al que se conectan los dos cables marcados en el circuito como AC. ☺

Figura 1

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Taller

MEDIDOR DE GANANCIA DE TRANSISTORES Los transistores no son todos iguales y, a la hora de tener que elegir el adecuado para nuestro circuito, es pr eciso conocer su factor de amplificación. Este aparato, que opera con pilas comunes, prueba tanto transistores NPN como PNP y verifica incluso la existencia de fuga (ICEO). La ganancia de un transistor (como veremos en próximas lecciones) es fija e indica cuánto es capaz de amplificar un transistor. Transistores de señales como los tipos BC, BF, 2N, son normalmente indicados para operar con corrientes pequeñas, de modo que su ganancia se especifica en el manual, en general, para una corriente de 1mA. Para otros tipos (de potencia mediana y grande), la ganancia se refiere a corrientes mayores, pero la medida en 1mA no presentará una diferencia de valor comprometedora y sir ve incluso para comparar dos componentes para elegir el de mayor amplificación. Para construir nuestro circuito, usamos un vúmetro como instrumento indicador, cuyo fondo de escala es de 200µA. Como queremos hacer la prueba con una cor riente de 1mA, en la figura 1 tenemos un divisor de corriente formado por R3, R4, P1 y el instrumento. Ajustando convenientemente este divisor, podemos tener en la prueba en fondo de escala 0,8mA por R3 y 0,2mA por el instrumento que justamente le causa la deflexión máxima. Como el flujo de corriente en la prueba es diferente para transistores NPN y PNP, debemos tener a continuación una llave inversora (S3) que invier te la la polaridad de los elementos del transistor en prueba, según sea su tipo. El transistor probado es polarizado con dos resistores diferentes en el momento en que se presiona S2. Así, sin presionar S2, la corriente leída en el instrumento para un transistor a prueba corresponde justamente a aquélla que circula entre el colector y emisor con base abierta, o sea, la corriente de fuga. Presionando S2, dependiente de la posición de S1, hacemos circular una pequeña corriente de base por el transistor, dada por R1 o R2. R1 es calculado de tal for ma que tendremos la deflexión máxima del instrumento o corriente de colector de 1mA cuando la ganancia del transistor fuera 100. Así, en esta posición, el instrumento tendrá una banda de ganancia indicada de 0 a 100. R2 es calculado de tal forma que tenemos deflexión máxima del instrumento cuando el transistor a prueba tuviera ganancia de 1.000.

Figura 1

Eso nos lleva a una banda de 0 a 1.000. En la figura 1 tenemos el diagrama completo del aparato. Su realización práctica es mostrada en la figura 2, donde tenemos una vista de la disposición de los componentes.


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Para probar el aparato, coloque las pilas en el soporte y conecte momentáneamente los puntos C y E, para lo que apoyará las pinzas correspondientes una sobre otra. La aguja del multímetro debe saltar para indicar corriente. En seguida, sin separar las pinzas puede hacer el único ajuste del aparato: gire P1 hasta que la aguja del instrumento marque la corriente máxima, o sea 200µA. A partir de este momento, puede ya usar el instrumento. Si quiere, haga una escala de 0 a 100 y de 0 a 1.000 para colocar en el panel del instrumento. Para testear cualquier transistor, colóquelo en conexión con las pinzas ya con la llave S3 en la posición que corresponda a su tipo. Si hubiera indicación de corriente en el momento de la conexión, el transistor presenta fuga. La fuga normal no debe superar 1/10 de la escala. Enseguida, presione S2 y observe la posición de S1. Si hubiera lectura posible, sólo basta considerar el valor. Si la aguja indicadora tiende a sobrepasar el fondo de escala, pase S1 hacia la posición que coloca R2 en el circuito y considere la escala x 1.000. Si no hubiera indicación alguna, es porque el transistor se encuentra abierto. Recuerde: ya está en condiciones de comenzar a montar sus propios circuitos, arme este medidor para adquirir experiencia. ☺

Figura 2

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M A N UA L T É C N I C O

SERVICIO TÉCNICO A

NOTEBOOKS 200 FALLAS COMENTADAS Y 100 MANUALES DE SERVICIO PCs portátiles, también conocidos como portátiles (o portátil), notebooks, laptop y sus pre- decesoras mini y nanobook son equipos que están diseñados principalmente para la compu- tación móvil. Con la portabilidad como el primer objetivo, las PC portátiles de hoy tienen el poder de manejar casi lo mismo (a veces, incluso más) que las computadoras de escritorio de gama alta. Las últimas notebooks ofrecen funciones convenientes, tales como conectividad Wi-Fi y Bluetooth. Son portátiles de gama alta, en particular, para brindarle mejores experiencias audio-visuales para el usuario, tales como una pantalla de alta definición y audio superior. Están optimizados para aplicaciones, tales como el modelado 3D de alta definición de la edición de vídeo y juegos. En general ofrecen a los diseñadores e integradores los últi- mos sistemas con componentes de alta calidad, tales como la memoria principal y gráfica, unidades de disco duro (HDD), basados (muchas veces basados en memoria flash) y soluciones de almacenamiento, controladores para pantallas LCD y LED. En este manual explicamos qué es una PC portátil, cuál es su diagrama en bloques básico, cuáles son los componentes principales de estos equipos y brindamos algunos casos puntuales de fallas y soluciones comunes en equipos comerciales.

ING. HORACIO D ANIEL V ALLEJO HVQUARK @ WEBELECTRONICA .COM. AR


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Figura 1

INTRODUCCIÓN

o Los dispositivos de audio. o Una subsección de visualización, que conLas computadoras portátiles hoy en día son siste en el circuito integrado del controlador de tanto o más usadas que las computadoras de pantalla que controla la pantalla LCD o LED. o Dispositivos de entrada del usuario, tales escritorio, además, en los últimos 5 años, la oferta de computadoras con pantallas pequeñas, de 7”, como teclados y ratones. ha originado un nuevo mercado al que el técnico debe estar preparado. Figura 2 En la actualidad existe una gran cantidad de marcas y modelos a tal punto que en América Latina se calcula que existen cerca de 130 millones de computadoras portátiles razón por la cual consituye un importante mercado para los técnicos reparadores. En la figura 1 podemos apreciar el diagrama en bloques de una computadora portátil, sugerida por Samsung y empleada por varios fabricantes. Como se muestra en el Diagrama de bloques, un PC portátil típica se compone de los siguientes componentes: o El procesador (o CPU). o El controlador de entrada / salida “Controller Hub” (ICH). o La memoria: memoria principal y la memoria gráfica. o Los medios de almacena miento, como discos SSD basados en memoria flash y tarjetas flash.

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Servicio Técnico a Notebooks INTEL, MICROPROCESADORES PODEROSOS Las tecnologías que ofrece Samsung está basada en “Intel Hub Architecture”, arquitectura de Intel para la familia de chipsets 8xx, empezando por el 820. Se utiliza un concentrador controlador de memoria (MCH) que está conectado a un concentrador de controlador I / O (ICH) a través de un bus de 266 MB. El chip MCH soporta memoria y AGP, mientras que el chip ICH proporciona conectividad para PCI, USB, sonido, discos duros IDE y LAN. Por el canal de alta velocidad entre las secciones, la “Arquitectura Intel Hub” (IHA, figura 2) es mucho más rápida que la anterior “Northbridge /

Southbridge”, que concentró a todos los puertos de baja velocidad para el bus PCI. La IHA también optimiza la transferencia de datos en función del tipo de datos. De cada 10 portátiles que analice, verá que al menos 6 poseen memorias Samsung. Samsung es el proveedor líder de memoria para la mayoría de los fabricantes de equipos portátiles de PC. La memoria DRAM de Samsung, en particular, es el tipo más utilizado en las computadoras portátiles de hoy en día. Las DRAM de cómputo de Samsung tienen varias ventajas importantes, algunas de las l as cuales se enumeran a continuación:

Figura 3


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Figura 4 o Bajo Ba joss ni nive vele less de co cons nsum umo o de en ener ergí gía: a: Samsung DDR2 y DDR3 funcionan con voltajes muy bajos, reduciendo significativamente el consumo de energía para la portátil, y extiende la duración de la batería y la duración útil para el sistema. o Altas Alt as ve velo locid cidad ades es y anc ancho hoss de de ban banda da:: Las DDR más reciente de Samsung ofrecen tasas de datos de hasta 1.866 Mbps, permitiendo a las computadoras portátiles un alto nivel de desem peño y mejores mejores experiencias para las aplicaciones de usuario, como ver contenidos de alta definición de vídeo. o Fact Fa ctor ores es de fo form rma a y tam tamañ años os fí físi sico coss pequeños:: Las últimas tecnologías de fabricación pequeños (por ejemplo, el proceso de fabricación 20-nm) utilizados para chips de memoria DDR3 reduce el espacio en la placa ocupado por los chips dentro, lo que resulta en un tamaño más pequeño, una ventaja importante para la informática portátil.

Fairchild también en un fabricante reconocido y muchas empresas emplean sus chips para la construcción de laptops, sobre todo en soluciones de energía (alimentación). En la figura 3 podemos ver un diagrama diagrama funcional de de una PC portátil sugerido por la empresa. Los bloques oscuros representan los componentes que puede proveer Fairchild y que, seguramente, Ud. encontrará en más de una placa madre. En la figura 4 podemos observar el diagrama

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en bloques funcional de la fuente de alimentación típica de una notebook. Otra plataforma a considerar es la de Sony. La Sony VAIO VGN-AR11SR representa la plataforma de procesador “Intel Viiv”. Está orientada a los sistemas caseros de multimedia que no se supone que sea portátil. Sin embargo, la portátil de Sony es de hecho una “computadora portátil”. Se basa en un procesador Core Duo T2500 (2.00GHz velocidad de reloj, de 65 nm de nucleo Yonah, 2 MB de caché L2 compartido), figura 5. Además de la tecnología probada por el tiempo Enhanced Intel SpeedStep (que permite reducir la tasa de reloj de la CPU a bajas cargas mediante la reducción de su multiplicador), el procesador es compatible con Dynamic Power Coordination Coordination (el consumo de energía de los núcleos puede variar por separado en función de la corriente de carga) y ajuste dinámico del tamaño de caché (el tramo no utilizado de la caché se apaga para ahorrar energía). La portátil está equipada con un chipset Intel 945PM Calistoga y un adaptador inalámbrico 3945ABG de Intel PRO / Wireless. El chipset soporta memoria DDR2 SO-DIMM, lo que ofrece más ancho de banda de memoria con menor consumo de energía, y una interfaz PCI Express x16 para una tarjeta gráfica externa. El chip ICH7-M se utiliza como South Bridge (puente del sur) y está conectado con el North Bridge (puente del norte) a


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Servicio Técnico a Notebooks Figura 5

través de una interfaz interf az de uso especial Media Direct. El puente del sur posee un puerto paralelo ATA, dos puertos Serial ATA, ocho puertos USB 2.0 y audio Intel ® High Definition.También cuenta con seis puertos PCI Express x1 para conectar dispositivos externos, figura 6.

AMD APU La arquitectura de Unidades de Procesamiento Acelerado (APU) AMD Fusion, presentada en el 2011 y ampliamente usada en las PC portátiles actuales, se basa en un concepto radicalmente distinto a lo que estábamos acostumbrados a ver en el panorama informático de los últimos años. Con la tecnología APU se fusionan el procesador, procesador, la tarjeta gráfica y el northbridge (el chip encargado de poner en comunicación la CPU con la tarjeta gráfica, entre otras tareas). Hasta ahora, estos tres elementos se encontraban independientes como parte de un ordenador. El resultado es que la transferencia de datos entre estos dos elementos principales se lleva a cabo de forma mucho más rápida que pasando

Figura 6


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Manuales Técnicos por la circuitería de la placa base, Figura 7 por lo que el rendimiento se multiplica por cuatro si lo comparáramos con una solución tradicional con el mismo precio. Además, esta integración en el mismo encapsulado también supone un considerable ahorro en el consumo energético. Donde antes se necesitaban 46 watt de potencia (northbridge + procesador + gráficos), ahora tan sólo se consume una media de 18 watt, figura 7. Por un lado los APU E-350 (dos núcleos y frecuencia de 1,6GHz cada uno) y E-240 (un núcleo y 1,5GHz) se han diseñado para computadoras de escritorio y portátiles, ofreciendo unas prestaciones capaces de llevar a cabo cualquier tarea multimedia. Por otro lado, los APU C-50 (dos núcleos y frecuencia de 1GHz) y C30 (un núcleo y 1,2GHz) fueron diseñados específicamente para su uso en netbooks u otros dispositivos con factor de forma muy reducido, como es el caso de las incipientes Tablet PC. Para Par a conseguir esta integración, AMD se ha basado en los núcleos x86 'Bobcat' de bajo consumo y ha utilizado para el apartado gráfico el bloque de aceleración de vídeo UVD3 disponible en las tarjetas gráficas AMD Radeon HD Serie 6800. Al consumir tan pocos recursos recursos energéticos, energéticos, AMD asegura que la autonomía de las baterías baterías de los portátiles que hagan uso de estas unidades podrá superar las 10 horas de trabajo ininterrumpido. La arquitectura esta dividida en 2 núcleos (cores) + 80 núcleos para gráficos, figura 8. Cuando los 80 núcleos gráficos no son utilizados y se esta llevando a cabo algún proceso pesado los 80 núcleos gráficos se ponen a dis-

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Figura 8


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posición de los cálculos, o sea, dan soporte a los núcleos de cálculos. Con la serie APU, AMD ha equilibrado el desem-

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peño de la CPU y los gráficos. Podemos ver la ubicación de los elementos clave en el APU en la figura 9. Para los interesados en ver como luce internamente el APU, en dicha figura tenemos un diagrama de cómo funciona realmente el procesador indicando la ubicación de sus cuatro núcleos con sus cache L2 correspondientes para cada uno, el NB, el controlador de memoria Dual-Channel DDR3 y el GPU junto a sus interfaces digitales, sus líneas PCIe y su decodificador UVD. Cuando miramos detenidamente el segmento de memorias del tipo DDR3, la arquitectura soporta hasta cuatro ranuras (DIMMs) para el socket FM1 hasta una velocidad de 1866 MHz y una capacidad máxima de ni más ni menos que 64 GB. Además, según en los laboratorios de prueba de AMD, el rendimiento de la tecnología Dual Graphics funciona mejor con la configuración de las memorias en Dual-Channel y con mayor frecuencia ya que la diferencia


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Manuales Técnicos se nota en los resultados finales con incrementos que rondan el 10%-12% si pasamos de 1333MHz a 1600MHz por ejemplo. La figura 10 muestra el funcionamiento interno del GPU con nuevas implementaciones en proceso de fabricación, diseño e interfaz (de la memoria al NB) con una arquitectura de procesamiento unificada TeraScale2, soporte DX11 (que incluye teselación, Direct Compute 11, Shader Model 5.0), antialiasing y filtrado de texturas y por supuesto OpenCL 1.1. Indudablemente AMD apuesta fuerte con este lanzamiento innovador otorgando al usuario gran rendimiento a nivel gráfico a un costo tentador.

COMPONENTES DE UNA COMPUTADORA Una computadora se compone de hardware que no debe confundirse con el software, que se instala en el hardware. Las partes básicas de la computadora son la placa base (motherboard), procesador, memoria RAM, disco duro, adaptador de vídeo y de alimentación. La unidad de sistema es el núcleo de su sistema informático que, en una laptop o notebook, se instalan en la placa madre. Dentro de esta placa son muchos los componentes electrónicos que procesan la información. El más importante de estos componentes es la unidad de procesamiento central (CPU) o microprocesador, que actúa como el "cerebro" de la computadora. Otro componente es la memoria de acceso aleatorio (RAM), que almacena temporalmente la información que la CPU utiliza mientras la PC portátil está encendida. La información almacenada en la RAM se borra cuando se apaga la computadora. Casi todas las demás partes de su equipo se conectan a la unidad del sistema mediante cables o conectores. Los cables se conectan a puertos específicos que se integran en la placa madre. El hardware que no es parte de la unidad del sistema es a veces llamado como dispositivo periférico.

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La placa base es la parte más importante de la computadora. Cada parte del equipo se conecta a la placa base o está dentro de ella. Si la placa no funciona, ninguna de las otras partes tampoco. La CPU o procesador es el cerebro de la notebook. Es el encargado de decirle a su computadora lo que debe procesar y cuándo hacerlo. Se monta sobre la placa base junto con la memoria RAM. La memoria de acceso aleatorio, también conocida como la memoria RAM de la PC, lee y escribe datos. La memoria RAM no almacena información permanente pero puede recordar la información mientras la computadora está encendida. Una vez que se apague el equipo, cualquier información almacenada en la RAM se borra. Cuanta más memoria RAM tenga el equipo, más veloz será. Sin embargo, debe tener en cuenta que hay un límite para la memoria RAM; por ejemplo, en sistemas operativos de Microsoft (Windows) de 32 bits, se pueden paginar (reconocer) hasta 4GB de memoria RAM. Un disco duro almacena programas, imágenes, y todos los otros archivos. A diferencia de la RAM, un disco duro almacena y recuerda la información. El adaptador de vídeo le permite a su dispositivo mostrar en pantalla una imagen determinada por el equipo. Para conectar una pantalla es preciso colocar adaptadores de vídeo, también conocidos como tarjeta gráfica, tarjeta de video, controlador de vídeo, etc. La fuente de alimentación suministra energía a todos los componentes de la computadora. Sin ésta, no sería capaz de encender el equipo. El equipo se completa con los periféricos, que están fuera de la placa madre pero en el mismo gabinete. Uno de ellos es la pantalla de LCD que muestra todos los datos, por otro lado, no se puede dar la instrucción a la computadora sin tener un teclado conectado. Un ratón hará que esta tarea sea aún más fácil. En síntesis, el corazón de la notebook es la placa madre y en la figura 11 podemos ver un dispositivo algo viejito pero que sirve para que se


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Servicio Técnico a Notebooks familiarice con sus componentes. En la figura 12 se puede observar una placa madre correspondiente a un equipo más moderno en el que se puede observar que los componentes son similares a los de la figura anterior.

No es objeto de esta guía explicar el funcionamiento de cada componente, tema que se desarrolla en el CD sugerido en esta obra y que contiene un curso de funcionamiento de computadoras de escritorio, portátiles y tipo tabletas. Figura 11


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Manuales Técnicos Figura 12

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Servicio Técnico a Notebooks

FALLAS COMUNES

NOTEBOOKS INTRODUCCIÓN

La portátil parece estar completamente muerta, no hace sonidos, no hay señales de vida.

En base a la información de técnicos amigos (vea la bibliografía al final de esta guía) voy a resuPosibles Causas: mir los problemas más comunes de hardware que - 1.1 El adaptador de CA está fallado y la batesuelen presentarse en computadoras portátiles ría descargada por completo. (laptops o notebooks). En primer lugar, debe probar el adaptador de No vamos a mostrar problemas operativos rela- CA, figura 13. Si está muerto, intente repararlo y cionados con el sistema, sólo los problemas de vuelva a colocar el adaptador. hardware. - 1.2 El conector (jack) DC de la computadora Realizaremos descripciones fallos en las portáti- está desconectado de la placa madre (o el les más comunes brindando algunas sugerencias conector de la entrada CC está roto) y la portátil no para solucionar problemas o repararlos. recibe nada de energía del adaptador de CA. En este caso, la toma de CC tiene que ser reemplazada. Para ello deberá contar con el manual de servicio de la máquina con el objeto de ALLA saber cómo desarmarla para poder llegar a la L A PORTÁTIL NO SE ENCIENDE EN ABSOLUTO placa madre y reemplazar el componente defectuoso. Tenga en cuenta que esta guía es parte de Descripción del Problema: un paquete educativo sobre “Servicio Técnico a Cuando se conecta el adaptador de CA a la Computadoras Portátiles” y que en el CD enconcomputadora portátil, no se enciende ninguna luz trará más de 100 manuales de servicio de diferenen la computadora. Cuando se presiona el botón tes marcas y modelos. de encendido, no pasa nada. - 1.3 La placa base de la portátil está dañada. Si ese es el caso, lo más probable es que se hayan dañado varias pistas de circuito impreso de la placa madre y que no valga la pena su reparación. La solución consiste en cambiar la placa madre.

F

1

F ALLA 2 L A BATERÍA A VECES CARGA Y OTRAS

VECES NO

Descripción del Problema: Figura 13

La batería deja de cargarse cuando se mueve el cable de alimentación en el


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Manuales Técnicos Figura 15

Figura 14

adaptador DC. Cuando se mueve el cable de izquierda a derecha, figura 14, el LED de carga de batería de la parte frontal se enciende y apaga y el LED de carga de la batería se enciende y apaga también.

Figura 16

Pasos a Seguir: En el caso que describimos, se quitó la batería y se probó la portátil de nuevo. Arranca bien desde el adaptador de CC cuando se extrae la batería, pero tan pronto como se comenzó a mover el cable de alimentación la portátil se apaga. Parece que el portátil pierde el poder inmediatamente. En primer lugar, se probó el adaptador de corriente con un multímetro, tal como describimos en la falla anterior, fíjese en la etiqueta del adaptador la tensión que debe entregar (normalmente entre 13V y 16V). Al probar el adaptador, se verificó que siempre entrega tensión, sin importar cuánto o como mueva el cable, es decir, se deduce que el adaptador de corriente funciona bien y lo más probable es que hay un problema con la toma de corriente en el interior de la computadora portátil. Pruebe la toma de corriente en el interior de la computadora portátil. Para poder acceder a la toma de corriente deberá desmontar la PC portátil y retirar el conjunto de la cubierta superior de la pantalla. Recuerde que necesitará el manual de servicio del equipo

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Figura 17

para saber cómo desarmarlo En la laptop que estaba arreglando (Toshiba Tecra M2) el conector de alimentación va unido a un arnés DC-IN y este arnés puede ser desconectado de la placa base, tal como se muestra en la figura 15.


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Servicio Técnico a Notebooks

Figura 18

Figura 19

Debe quitar el conector el DC-IN del arnés de la del gabinete encienden, el ventilador funciona, placa base, luego conecte el adaptador de pero no aparece nada en la pantalla. La pantalla corriente y pruebe la tensión con el multímetro, tal está completamente en negro. No hay imagen en como se muestra en la imagen de la figura 16. La la pantalla, ni siquiera una imagen muy tenue. salida de tensión es de 15.45VDC, por lo cual hasta Colocando un monitor externo en la salida VGA, aquí está todo bien. Tan pronto como empiezo a tampoco hay imagen por lo cual se deduce que menear el enchufe dentro de la toma, la energía no es problema de la pantalla LCD. se corta y la tensión va a 0V, figura 17. Es decir, el problema estaba en el conector. La falla se soluPosibles Causas: cionó después de sustituir el conector defectuoso - 3.1 Este problema podría estar relacionado DC-IN por uno nuevo, figura 18. con la falta de memoria. Es posible que uno de los En algunos portátiles de la toma de corriente módulos de memoria esté fallando y la computa(DC jack) está soldada a la placa base, figura 19. dora no arranca por ese motivo. En este caso, Si la batería deja de cargarse cuando usted puede intentar quitar y volver a colocar los módumueve el enchufe dentro de la toma, es porque: o los de memoria para asegurarse de que están bien tiene un adaptador de alimentación estropeado haciendo un buen contacto con la ranura. Puede (debe probarlo con un voltímetro) o el conector de intentar extraer los módulos de memoria uno a uno alimentación está roto o suelto. y poner a prueba la computadora portátil con un Sencillamente, no se puede desconectar el solo módulo de memoria instalado. También enchufe y sustituirlo por otro. Va a tener que desol- puede tratar de sustituir los módulos de memoria dar el viejo conector y soldar uno nuevo en la por uno nuevo. placa base. Si el enchufe de alimentación no está - 3.2 En caso de volver a colocar / cambiar los roto, pero suelto (no hace buen contacto con la módulos de memoria y la computadora sigue sin placa base) puede resoldarlo sin sustituirlo por uno funcionar, pruebe desconectando el disco duro, la nuevo. unidad DVD, el módem, la tarjeta de red, el teclado, etc. En otras palabras, desmonte el ordenador portátil y pruebe su encendido quitando uno a uno los ALLA L A NOTEBOOK ENCIENDE P ERO L A PANTALLA ESTÁ EN BL ANCO. elementos descritos. Puede emplear un monitor externo conectándolo a la salida VGA de la placa Descripción del Problema: madre (figura 20). La notebook enciende, las luces LED en el frente Si la computadora portátil todavía no se

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Manuales Técnicos enciende, lo más probable es que haya problemas en la placa madre.

F ALLA 4 L A LAPTOP

SE ENCIENDE Y

APAGA VARIA S VECES.

Descripción del Problema: La laptop enciende sin mostrar ninguna imagen en la pantalla. Después de unos segundos, la portátil se apaga sola. Figura 20 Luego se enciende y se apaga de nuevo. Se siguen encendiendo y apagando varias veces hasta que se apaga por completo.

Figura 21

Posibles Causas: Lo más probable es que esto suceda, porque las memorias no están funcionando correctamente. Usted puede tratar de volver a colocar / sustituir la memoria como se ha descrito anteriormente, figura 21. Si reemplazando la memoria el fallo continúa, lo más probable es que esté dañada la placa madre. En la mayoría de los casos no vale la pena cambiar la placa base, mejor comprar un nuevo ordenador portátil.

F ALLA 5 L A

NOTEBOOK HACE RUIDO MIENTRAS SE EJECUTA

EL SISTEMA OPERATIVO.

Descripción del Problema: El ordenador portátil se enciende y todo funciona bien, excepto que hace unos ruidos extraños constantes, como de molienda o vibración. Algunas computadoras portátiles hacen

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Figura 22


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Figura 23

ruidos todo el tiempo, otras lo hacen de forma intermitente.

nales del disco duro tan pronto como sea posible, ya que ese componente puede fallar en cualquier momento. Quítelo, haga una inspección para Posibles Causas: determinar posibles fallos, aspírelo y vuelva a coloEn la mayoría de los casos este ruido viene del carlo. ventilador de refrigeración o un disco duro portátil a punto de dañarse definitivamente. Puede encender la computadora, espere hasta que empiece a ALLA hacer ruido y después de eso escuche con atenL A COMPUTADORA SE APAGA O SE ción en la parte inferior del equipo. Si la computaBLOQUEA MIENTRAS ESTÁ EN USO. dora portátil empieza a hacer ruido cuando el ventilador comienza a funcionar, deberá sustituir el Descripción del problema: ventilador de refrigeración. En la figura 22 tenemos La computadora portátil se enciende y funciona una vista de la placa madre de una notebook HP y correctamente pero después de un tiempo el sisen la figura 23 el ventilador que debe ser reempla- tema se congela o se apaga sin previo aviso. zado. Si la computadora portátil hace ruido y el Cuando esto ocurre, la computadora portátil se ventilador funciona correctamente, probable- siente caliente en la parte inferior, además, el venmente está viniendo desde el disco duro, figura 24. tilador de refrigeración trabaja más duro que de Realice copias de seguridad todos los datos perso- costumbre.

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Figura 25

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Posibles Causas: Lo más probable es que existan problemas de sobrecalentamiento y actúa la protección del microprocesador. Esto puede ocurrir porque el módulo de refrigeración puede estar obstruido por el polvo y la computadora no puede "respirar" adecuadamente. La portátil se apaga o se congela porque el procesador (CPU) se recalienta. La limpieza del ventilador y/o del disipador debería solucionar el problema, figura 25.


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F ALLA 7 L A LUZ DE LA

Figura 26 PANTALLA NO ENCIENDE,

AUNQUE LA NOTEBOOK AR RANCA NORMALMENTE .

Descripción del Problema: La computadora portátil se inicia correctamente añ encenderla, pero después de un tiempo la luz de la pantalla se apaga. La imagen sigue apareciendo en la pantalla, pero muy oscura. En algunos casos, la luz de la pantalla ni siquiera prende cuando se inicia, pero todavía se puede ver una imagen muy tenue en la pantalla. Si se conecta un monitor externo en la salida VGA, la imagen aparece perfectamente.

Figura 27

Posibles Causas: Lo más probable es que el circuito inverter que alimenta la lámpara CCFL para que funcione la pantalla esté fallado. Para verificar este problema, deberá desarmar la computadora, localizar el inverter y la lámpara CCFL y realizar las pruebas de ambos componentes, figura 26. Para la lámpara se emplea un probador electrónico, pudiendo emplear cualquiera de los circuitos que sugerimos en Saber Electrónica y que puede ver en el CD que acompaña a esta obra. Para probar el inverter, deberá verificar que está oscilando con un osciloscopio o, simplemente, medir la tensión de salida con un multímetro.

F ALLA 8 L A COMPUTADORA PORTÁTIL

Posibles Causas: - 8.1 Falla la tarjeta gráfica o placa de video. En primer lugar, ponga a prueba su ordenador portátil conectando un monitor externo en la salida VGA. Si usted ve el mismo problema en la pantalla externa, lo más probable es que la tarjeta gráfica esté fallada y deba reemplazarla. - 8.2 Si el problema sólo aparece en la pantalla de la portátil, podría estar relacionado con uno de los siguientes casos: mala conexión entre el cable de video y la placa base o la pantalla LCD.

TIENE LA IMAGEN EXTRAÑA

O DISTORSIONADA EN LOS COLORES DE LA PANTALLA .

Lo dado hasta aquí es un pequeño resumen sobre fallas comunes en computadoras portátiles, puede descargar guías completas con más de Descripción del Problema: La laptop se enciende correctamente pero 200 fallas desde nuestra web: www.webelectromuestra una mala imagen, colores extraños o ile- nica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave reparonano . ☺ gibles en la pantalla.

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Tec Repa - Repara HP mini

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T É C N I C O R E P A R A D OR Al taller del técnico llegan diferentes equipos y, entre ellos, seguramente las moder- nas computadoras portátiles, que suelen ser un “dolor de cabeza” debido a la falta de información que hay sobre dichos equipos. Pensando en ese inconveniente, reu- nimos más de 100 manuales de servicio de computadoras portátiles de diferentes marcas y modelos que indican, entre otras cosas, cómo desarmar el equipo sin dañar sus componentes. En este artículo explicamos cómo desarmar una HP Mini 1000 .

ALLEJO ING. HORACIO D ANIEL V HVQUARK @ WEBELECTRONICA .COM. AR

DESARME, MANTENIMIENTO Y RECONOCIMIENTO DE PARTES DE

HP MINI 1000 INTRODUCCIÓN El HP mininote 1000, es una computadora portátil de HP ampliamente vendida en varias regiones de América Latina. Las novedades que trae la HP Mini 1000 respecto a su antecesora, la Mininote 2133, son bastantes. La primera que vemos es la relativa al diseño, que cambia en color y material. Se pasa del aluminio al plástico, pero con un excelente acabado y diseño, como podemos ver en las fotos de abajo. Tiene un grosor cercano a los 2 cm y un peso de 900 gramos para el modelo de 8.9 pulgadas y la resolución de la pantallas es de 1024_600 píxeles con tecnología LED. Figura 1

DESARME No es objeto de este informe detallar las características de este equipo pero si mencionar que es posible “ampliar” la capacidad del disco rígido y, para hacerlo, es preciso desmontar la máquina razón por la cual “aprovecharemos” para explicar paso a paso la forma de llegar hasta la placa madre mostrando las diferentes partes que forman a esta nanobook.

P ASO 1 - Q UITE LA B ATERÍA Coloque la Mini 1000 hacia abajo sobre una superficie plana. Localice las trabas (figura 1) y presione Figura 2


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Técnico Reparador ambas trabas al mismo tiempo para liberar la batería, figura 2. Extraiga la batería de la Mini 1000 luego de sentir que ceden los pestillos de liberación, figura 3.

Figura 3

P ASO 2- RETIRE EL TECLADO Retire los dos mostrados en la figura 4, uno es tipo estrella de 4 mm y el otro es tipo estrella de 6 mm. Mientras empuja a través de la apertura con una mano, sujete el borde superior izquierdo con la otra mano y tire ligeramente el teclado hacia usted, figura 5. Para facilitar la eliminación del teclado, se recomienda empujar hacia el exterior el teclado con una mano a través de la abertura (resaltado en la figura 6) situado en la parte trasera del Mini 1000. Una vez que se ha producido una abertura, sujete el teclado y lentamente se levante hacia arriba a lo largo del perímetro del borde superior. Levante el teclado de la parte superior del gabinete, recordando que aún está conectado a la placa madre de la nanobook, figura 7. Use la uña de plástico para dar vuelta a la pestaña de retención del cable conector del teclado (conector ZIF). Asegúrese de que está haciendo palanca para arriba en la pestaña de retención, no en la propia toma de corriente, figura 8. Saque el cable de su enchufe y quite el teclado.

Figura 4

Figura 5

P ASO 3 - R ETIRE LA UNIDAD DE DISCO DURO Use la uña plástica para dar vuelta a la pestaña de retención del zócalo ZIF del cable de la tarjeta SIM, figura 9. Asegúrese de que está haciendo palanca para arriba en la pestaña de retención, no sobre la propia o conec- jeta SIM desde su zócalo y despéguelo con cuidado del tor colocado en la placa base. Tire del cable de la tar- disco duro, tal como se muestra en la figura 10. Figura 6

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Figura 7


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Desarme, Mantenimiento y Reconocimiento de Partes de HP Mini 1000

Figura 8

Figura 10

Use la uña de plástico para dar vuelta Figura 12 a la pestaña de retención del zócalo ZIP que contiene el cable de conexión del disco rígido, figura 11. Asegúrese de que está haciendo palanca para arriba en la pestaña de retención, no sobre la propia o conector colocado en la placa base.

Figura 13

Figura 9

Figura 11

Retire los dos tornillos tipo Phillips de 4.5 mm que se muestran en la figura 12 y que sujetan el disco duro a la parte inferior del gabinete de la nanobook. Levante la unidad de disco duro y retírela de la parte inferior del gabiente de la computadora (figuras 13 y 14), teniendo cuidado de no dañar el cable en el proceso.

P ASO 4 - R ETIRE LA P ARTE INFERIOR DEL G ABINETE Y LA PROTECCIÓN DE LA PLACA M ADRE Usando la uña de plástico, levante y retire los tapones de plástico que cubren los tornillos que sujetan la parte inferior del gabinete, figura 15. Tenga en cuenta que

Figura 14


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Técnico Reparador

Figura 15

estos tapones no son “parejos”, de modo que sólo se pueden volver a colocar en la posición correcta; además los tapones son diferentes, hay tres variaciones para estos tapones:

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Figura 17

Los dos tapones inferiores tienen poca altura y una muesca para evitar la inserción incorrecta. El tapón de la parte superior derecha es más alto y tiene una muesca. El tapón de la parte superior izquierda también es más alto pero no es dentado.

Luego de quitar los tapones y haberlos identificado correctamente, retire los cuatro tornillos de 7 mm tipo Phillips que fijan la carcasa superior de la carcasa inferior, figura 16. De la vuelta el equipo y abra la pantalla. Retire los dos tornillos tipo Phillips de 4.5 mm que fijan la carcasa superior de la carcasa inferior y que se muestran en la figura 17. Encaje el extremo plano de un destornillador de plástico entre la carcaza superior y la inferior, cerca de la esquina inferior derecha de la pantalla, tal como se observa en la figura 18. Tire cuidadosamente hacia arriba con la herramienta plástica para crear un pequeño espacio entre ambas partes del gabinete, figura 19. Continúe el movimiento de la uña plástica a lo largo del borde derecho de la carcasa superior para liberar los ganchos de fijación del gabinete. Repita el mismo procedimiento para liberar los clips a lo largo del lado izquierdo de la carcasa superior, tal como se sugiere en la figura 20. Sujete la carcasa superior y con cuidado levante ligeramente hacia arriba,

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Figura 18

liberándola de los clips restantes, figura 21. Tenga en cuenta que la caja superior aún está unida a través del

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Desarme, Mantenimiento y Reconocimiento de Partes de HP Mini 1000 Figura 21

Figura 22

P ASO 5 - R ETIRE LA T ARJETA SD cable tipo cinta del TouchPad que está conectado a la Empuje la tarjeta SD hacia el interior del ordenador placa madre, coloque la computadora hacia arriba, de modo de tener acceso al TouchPad, con la parte supe- para desbloquearlo del gabinete, figura 23. Extraiga la rior del gabinete ligeramente corrido de modo que se tarjeta SD, figura 24. vea el conector. Use la uña o destornillador de plástico P ASO 6 - R ETIRE EL MÓDULO W I-FI para dar vuelta a la pestaña de retención del conector Localice el módulo Wi-Fi que está en la parte inferior ZIF del cable del TouchPad, figura 22. Asegúrese de que está haciendo palanca para izquierda, debajo del disipador de calor y del ventilador arriba en la pestaña de retención, no sobre la propia o y asegúrese que no tenga una etiqueta que tapa los conector colocado en la placa base. Ahora puede qui- conectores de las antenas (figura 25), en caso de que esté la etiqueta retírelas para levantar los tar la parte superior del gabinete. conectores de la antena Wi-Fi. Haga Figura 23 Figura 24 palanca en los dos conectores de la antena Wi-Fi para desenchufarlos (vea la secuencia de las figuras 26 a 28). IMPORTANTE: Cuando haga el montaje, recuerde que debe conectar correctamente los cables de antena a sus respectivos terminales. La antena con etiqueta verde está conectado a la termiFigura 25

Figura 26

Figura 27


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Técnico Reparador Figura 29

Figura 28

Figura 30

nal "MAIN y la antena con la etiFigura 31 queta blanca está conectado a la terminal "AUX". Retire el único tornillo de 3 mm Phillips que fija el módulo a la placa madre, figura 29. Al quitar el tornillo, el bloque WiFi se desprenderá de la placa madre de modo que ahora podrá tirar hacia fuera para quitarlo del zócalo que lo une a la placa madre, tal como se muestra en la figura 30. Al quitar el tornillo Phillips que fija la placa Wi-Fi a la placa base, la junta de Wi-Fi debe saltar por encima de su parte superior más cercano a los conectores de antena.

P ASO 7 - R ETIRE EL DISIPADOR DE C ALOR Retire los dos tornillos Phillips de 2,5 mm que sujetan el disipador de calor a la placa base, figura 31. Levante con cuidado el disipador de calor tal como se muestra en la figura 32. Una vez que se despegue, siga levantando el disipador como se muestra en la

Figura 33

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Figura 32

figura 33. Antes de volver a instalar el disipador de calor, asegúrese de aplicar una nueva capa de pasta térmica en el microprocesador.

P ASO 8 - R ETIRE LA PLACA DE RED, WWAN Si está presente, quite con cuidado el pedazo de cinta adhesiva que cubre la placa WWAN, localizada en la parte inferior izquierda, figura 34. Haga palanca en los dos conectores de la antena WWAN (2 en total) para quitarlos, tal como sugiere las figuras 35 y 36. Cuando haga el montaje, recuerde que debe conectar correctamente los cables de antena a sus respectivos terminales. La antena marcada con rojo debe conectarse a la ter-

Figura 34

Figura 35


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Figura 36

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minal "PRINCIPAL" mientras que el conector marcado con azul debe conectarse a la terminal “AUX". Retire el tornillo de 3 mm Phillips que sujeta a la placa de red con la placa madre, figura 37. Durante el montaje, antes de fijar la placa WWAN, asegúrese de que el soporte de metal esté colocado correctamente (como se destaca en la figura 38). Tenga cuidado con el desplazamiento del soporte de metal que se muestra en la figura 39. Al quitar el tornillo Phillips que asegura la placa WWAN a la placa base, debe soltarse desde su lado Figura 39

Figura 40

Figura 42

izquierdo, desde el extremos opuesto a su conector, de modo que podrá retirar dicha placa de la forma sugerida en la figura 40.

P ASO 9 - R ETIRE EL MÓDULO DE BLUETOOTH Al lado de la placa de red está el módulo de Bluetooth, con la punta plana de un destornillador de plástico levante el conector que fija el cable de dicho módulo al conector ZIF ubicado en la placa madre y que se muestra en la figura 41. Saque cuidadosamente la tarjeta Bluetooth de la placa base.

P ASO 10 - RETIRE LA B ATERÍA DE B ACK -UP (PRAM)

Figura 41

Ahora describiremos cómo quitar la batería de back-up. Si está presente, con cuidado retire el trozo de película negra sujeta al disipador de calor, que cubre la batería PRAM y su cable, figura 42. Utilice un par de pinzas para quitar el conector de la batería PRAM de su zócalo en la placa base, como muestra la figura 43. Con la punta plana de un destornillador despegue la batería de la placa base, figura 44.

Figura 43

Figura 44


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Técnico Reparador P ASO 11 - RETIRE LA PLACA M ADRE

Figura 45

Figura 46

Si está presente, quite el pedazo grande de película adhesiva negra que cubre el área alrededor del ventilador, figura 45. Retire los trozos de cinta negra que sujetan los cables de la antena a la placa base, figuras 46 y 47. Con una uña plástica desconecte los siguientes cables, figura 48: Cable del altavoz, parlante o bocina. Cable del micrófono. Cable del ventilador. Cable de alimentación. Cable de datos.

Figura 48

Figura 47

Para quitar los cables, presione con la punta del destornillador de plástico de la forma sugerida en la figura 49. Tenga mucho cuidado al desconectar el cable de datos de visualización, ya que su conector es frágil. Quite el tornillo Phillips de 2,5 Figura 49 mm que fija el interruptor de alimentación a la caja inferior, figura 50. Use un par de pinzas o los dedos para levantar el ensamble del interruptor de corriente de la Mini 1000, figura 51.

Figura 51

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Figura 50

Quite el tornillo Phillips de 2,5 mm que fija el ensamble del interruptor de encendido de la red inalámbrica, figura 52. Use un par de pinzas o los dedos para levan-

Figura 52

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Figura 54

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tar el ensamble del interruptor de la red inhalambrica de la Mini 1000, figura 53. Retire los dos tornillos Phillips de 3 mm que fijan el soporte de USB a la carcasa inferior,

Figura 60

Figura 58

Figura 59

figura 54. Levante el soporte de USB y quítelo de la placa base, figura 55. Retire el tornillo de 4,5 mm Phillips que está cerca del ventilador y que se muestra en la figura 56. Levante con cuidado la placa base de su borde derecho y sáquela de la carcasa inferior, con cuidado ya que los cables de la placa se pueden enganchar (figuras 57 y 58). Use sus dedos para tirar de ambos lados a la vez de la memoria RAM como se muestra en la figura 59 y quítela de la placa base, figura 60. Ahora la placa base ya está libre y puede sustituirla de ser necesario. ☺


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Mont - 5 Instrumentos

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M O N T A J E Los instrumentos clásicos, que se encuentran en todo banco de trabajo de un técnico en servicio electrónico son, sin dudas, el multímetro y el osciloscopio; sin embargo, a menudo son necesarios otros equipos muy útiles para el rastreo de defectos en etapas de audio, o de RF o, incluso, digitales. Proponemos el armado de 5 dispositivos de bajo costo y excelente desempeño que no pueden faltar en un taller. Por razones de espacio no podemos brindar mayores detalles sobre el funcionamiento y armado ni los diseños de las placas de circuito impreso, sin embargo, puede obtener cada uno de ellos desde nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: pro yeculb90.

5 INSTRUMENTOS PARA EL TALLER FRECUENCÍMETRO H ASTA 100MHZ CON MEDIDOR DE PERÍODO

El siguiente circuito representa dos útiles e indispensables instrumentos en un mismo equipo y con muy pocos componentes. Si le agregamos que es muy fácil de calibrar y bastante sencillo de usar llegamos a la conclusión que nadie puede dejar pasar la oportunidad de armarse este instrumento. Tal como se muestra en la figura 1, el corazón de este proyecto es un integrado dedicado a la instrumentación, el ICM 7216B. Adicionalmente colocamos un preescaler que permite dividir la señal de entrada por 10, a fin de adecuarla a las especificaciones del proyecto. El interruptor de entrada conmuta entre entrada de señales de continua o alterna. El otro selector colocado en la posición F hace el circuito mida frecuencias, mientras que situándolo en la posición P lo hace medir períodos. La alimentación es única de 5v y la corriente consumida no llega a los 200mA. Para obtener la frecuencia real bastará con multiplicar la lectura por 10kHz. El sistema toma una medida cada segundo. La resolución es de 1Hz para frecuencias y 10µS

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para períodos. La sensibilidad de entrada es de 350mVpp en onda seno y de 500mVpp en onda cuadrada. Se considera ALTO a cualquier tensión por sobre los 3Vdc. Se considera BAJO cualquier tensión bajo los 1.8Vdc Impedancia de entrada 51 ohm. Para ajustar este equipo basta con colocar OTRO frecuencímetro en los terminales del cristal y girar el cursor del trimmer hasta que se lea 10MHz. Mas simple, no se puede. El capacitor de 33pF debe ser del tipo NPO (con coeficiente térmico cero) para evitar que los cambios térmicos alteren la medición en curso. Los displays son estándar del color y formato que mas le plazca. Configuración Cátodo común. Esto quiere decir que los ánodos van hacia los resistores. Para alimentar el circuito le recomendamos no usar el clásico 7805, el cual requiere de 2 volt de diferencia por sobre la tensión de salida. En su lugar puede colocar un 2940 de National el cual con medio voltio por arriba ya trabaja. Pero este chip requiere filtrado en entrada y salida. Dada la poca cantidad de "ingredientes" es posible armar este sistema en un gabinete de mano como el que se usa para fabricar multímetros.


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5 Instrumentos para el Taller

Figura 1

PUNTA LÓGICA TTL DE TRES ESTADOS

Esta herramienta es sumamente útil para aquellos que trabajan en el desarrollo o reparación de circuitos de lógica TTL. La punta lógica mostrada en la figura 2 se alimenta de la misma fuente de tensión del circuito bajo examen, conectándose el terminal cocodrilo (-) a la masa y el terminal cocodrilo (+) al positivo de 5 volt. El funcionamiento es muy rudimentario y gira entorno a un transistor NPN que actúa como conmutador y tres compuertas inversoras. Hay solo tres posibles estados que puedan hacerse presentes en la punta (marcada como Pta.), a saber: Estado Bajo: En ese caso sobre la base del transistor no

habrá tensión por lo que no conducirá y hará que en la entrada de la compuerta inferior (terminal 5) haya un estado lógico bajo, presentando esta compuerta el valor opuesto en su salida (estado alto). Esto impedirá que el LED brille de color rojo. Volviendo a la punta (cuyo estado estaba en bajo), la entrada de la compuerta superior izquierda (terminal 1) presentara también un estado lógico bajo, haciendo presente en su salida (terminal 2) un estado alto. Este estado hace que, a la salida de la segunda compuerta superior (terminal 4) haya un estado bajo, lo cual provocará que el LED bicolor brille de color verde, indicando un estado BAJO.

Estado Alto: Si en la punta se presenta un estado TTL alto la base del transistor se polarizará y este componente entrará en conducción por lo que en la entrada de la compuerta inferior habrá un estado lógico alto, lo que provocará un estado bajo a su salida y hará que el LED ahora brille de Colorado. Como en la punta hay un estado alto, a la salida de la primera compuerta superior habrá un estado baj o, haciendo que la salida de la segunda compuerta sea alta. Esto impedirá que el LED verde ilumine. Estado de Alta Impedancia (sin conexión): Si, en cambio, dejamos la punta sin conectar a ningún lado la base del transistor no se polarizará, por lo que (siguiendo el caso de estado bajo) el LED rojo no brillará. Pero, como para las compuertas de lógica TTL un estado de alta impedancia o desconexión es visto como un estado ALTO, la salida de la compuerta superior izquierda será BAJA, por lo que la salida de la segunda compuerta será alta y tampoco brillará el LED verde. Esto hace que, cuando la punta esta sin cone xión el LED no brille de ningún color. Dada la sencillez del circuito se lo puede montar al aire, dentro de un tubo plástico pequeño y luego se lo puede rellenar con plástico fundido. También se lo puede armar sobre un circuito impreso universal. Para los bornes positivo y negativo es recomendable utilizar pinzas de cocodrilo y, para la entrada de señal una punta de multímetro o similar.

PROBADOR A CTIVO DE SEMICONDUCTORES

Figura 2

Este instrumento está pensado para que, de forma simple y rápida, el técnico pueda determinar el correcto


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Montaje funcionamiento de cualquier transistor, ya sea de baja o alta potencia, de audio o de RF. Cabe aclarar que este instrumento solo indica si el transistor funciona correctamente o no y el tipo de polaridad del mismo (NPN o PNP). No mide ni la ganancia ni traza la curva de trabajo. En la figura 3 se observa el circuito electrónico del instrumento el cual es bastante simple de entender. El 555 superior es un oscilador de media frecuencia que genera una onda cuadrada de aproximadamente 1kHz. Esta señal es primero separada en semiciclos positivos y negativos y luego inyectada a la base del transistor bajo prueba para lograr excitarlo. La selección de la polaridad del semiciclo a inyectar se efectúa con uno de los tres interruptores electrónicos de estado sólido que forman el integrado 4053. Un segundo interruptor electrónico se encarga de seleccionar la polaridad del emisor del transistor bajo examen. Por último el tercer interruptor selecciona cual de los circuitos buffer accionará en función a la polaridad del transistor. El manejo de estos tres interruptores se realiza cíclicamente por medio de los terminales 9, 10 y 11 los cuales en este caso están unidos para que los tres interruptores accionen al mismo tiempo, gobernados por el segundo 555 (el de abajo) el cual genera un tren de pulsos de aproximadamente 1Hz, lo que significa que los interruptores cambian de posición cada 1 segundo. Con esto logramos que el transistor se conecte como PNP y NPN alternando cada 1 segundo. Si el transistor funciona correctamente sólo destellará el LED correspondiente a su polaridad dado que en polarización incorrecta ningún transistor que goce de buena salud amplificaría. En tanto si ambos LEDs parpadean (uno por vez) es señal que el transistor se encuentra en cortocircuito. Como alternativa final, si ninguno de los indicadores brilla es claro que el transistor se encuentra quemado o abierto. Alterando los valores del oscila dor de 1Hz (555 de abajo)

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Figura 3

se puede acelerar el destello de los LEDs haciendo que sea mas dinámico. Pero el circuito necesita dos tensiones de alimentación que, si bien ambas son positivas, éstas son de diferente voltaje. La solución para alimentar este proyecto con una simple batería de 9V se presenta en la figura 4. Este circuito no es mas que un simple divisor resistivo a decuadamente dimensionado el cual, limitando la corriente a circular, permite hacer caer la tensión hasta 4V. Dispusimos un diodo LED que nos sirva como indicador de encendido para evitar que se nos quede varios días sin apagar y nos consuma la batería. Los capacitores filtran la tensión resultante por si llegase a producirse algo de rizado, aunque es algo improbable.

GENERADOR DE FUNCIONES DE 0HZ A 100K HZ

Este circuito, mostrado en la figura 5, permite generar todo tipo de formas de onda de forma simple y total-

Figura 4


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5 Instrumentos para el Taller

Figura 5

mente configurable. Las características técnicas son las siguientes: Alimentación: +/- 15V Consumo: 30mA Voltaje máximo de salida: 14Vpp Rango de frecuencias: 1Hz a 100KHz Formas de Onda: Cuadrada, Triangular, Senoidal Distorsión: < 1% Rangos: 5 Todo el instrumento radica en el integrado ICL8038 el cual es un oscilador controlado por tensión. Ya que el nivel de salida del integrado es fijo para cada forma de onda se ha incorporado otro circuito integrado formado por dos amplificadores operacionales de buena calidad cuya fun-

ción es primeramente fijar la tensión de salida a 14Vpp para luego pasarla por una red resistiva que se encarga de entregar tres pasos de 5V, 0.5V y 0.05V respectivamente (seleccionable con S3). El ajuste fino de esta tensión se efectúa con el potenciómetro P3 el cual se recomienda sea multivueltas para darle mayor precisión al sistema. El ajuste de la distorsión se efectúa por medio de las resistencias ajustables RA2 y RA3, siendo estas para montaje en circuito impreso y del tipo multivueltas. El potenciómetro P2 permite ajustar la simetría de la señal, permitiendo corregir pequeños cambios causados por la tolerancia de los componentes. También se lo puede emplear para generar formas de onda deformadas como dientes de sierra y pulsos ultra estrechos. El control de la frecuencia de salida se realiza por medio


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Montaje del selector S1, que permite escoger entre rangos desde 1Hz hasta 100KHz, en múltiplos de 10. El potenciómetro P1 es el ajuste fino de dicha frecuencia. También es muy recomendable usar uno multivueltas. Se pueden instalar mas capacitores y un selector de mas posiciones para llegar hasta un capacitor de 1000µF que da la posibilidad de oscilar a 0.01Hz, aunque esto es poco usual queda a gusto del armador implementarlo o no. El potenciómetro P3 es el control de amplitud, el cual trabaja junto con S3 como selectora de escala o rango. El selector S2 permite escoger la forma de onda a obtener siendo T triangular, S senoidal y C cuadrada. Calibración del equipo: La calibración es una tarea simple y fácil de realizar incluso sin disponer de un osciloscopio. Una vez conectada la tensión de alimentación comprobar que ésta este en +/-15V. A continuación se ajustará la simetría de la onda. Si tiene osciloscopio hay que conectar las puntas a la ficha de salida del generador. Una vez que la forma de onda sea visible, de la amplitud suficiente como para medirla, girar el cursor de P2 suavemente hasta que la onda visualizada sea simétrica. En caso de no disponer de un osciloscopio dejar todas las resistencias ajustables en la posición central. El ajuste de la distorsión se efectúa mediante las resistencias ajustables RA2 y RA3; la distorsión se mide sobre la onda senoidal. La obtención de dicha forma de onda se lleva a cabo por aproximación lineal por tramos, así que podría ocurrir que aparezcan líneas rectas; si RA2 y RA3 están próximas a su posición central es factible que no se aprecien dichas rectas. Para realizar una mejor aproximación puede tomarse como modelo la señal seno de la tensión alterna de distribución doméstica. Esto siempre y cuando el osciloscopio sea de doble traza. La tensión de off-set se ajusta mediante RA1. Puede comprobarse la tensión eficaz de la onda seno con un voltímetro. Hay que colocar el selector S3 en la posición 5V y se mide la tensión de la señal en una frecuencia no mayor a 10kHz para voltímetros digitales o 100Hz para voltímetros análogos. Variar RA1 hasta que la tensión medida sea 5V. Luego de esto el equipo estará correctamente calibrado y listo Figura 6 para operar.

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Nota de montaje: Colocar el equipo en un gabinete metálico para evitar que interferencias externas influyan sobre el desempeño del generador de funciones ICL8038.

A NALIZADOR DINÁMICO PARA PRUEBAS EN A UDIO

La mejor forma de saber si una señal de audio está, es escuchándola, y para ello este instrumento es ideal que permite verificar el buen funcionamiento de las diferentes etapas de cualquier equipo que involucran señales de audio. El circuito mostrado en la figura 6 tiene una doble función, puede seguir señales de audio (AF) y señales moduladas de radio (RF). Lo mas interesante es que el consumo de corriente es extremadamente bajo, por lo que puede ser alimentado con una batería de 9V como las que emplean los multímetros. El interruptor AF/RF permite elegir el tipo de señal a escuchar. Este interruptor debe ser doble inversor y debe ser conectado cuidadosamente para que no se inviertan los cables, los que recomendamos sean lo mas cortos posibles y blindados. El corazón de este nuevo circuito ronda el amplificador operacional LM386 el cual es ideal para este tipo de aplicaciones. Por medio del potenciómetro de ganancia podemos ajustar la sensibilidad del sistema y con el de volumen, como su nombre lo indica el nivel de sonido obtenido en el parlante o auricular. En ambos casos se emplean potenciómetros lineales. En la etapa demoduladora los diodos marcados como DG son de germanio de uso general. Cualquiera de esas características, como los utilizados en las radios de AM, sir ven perfectamente. ☺

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A UTO ELÉCTRICO

Pruebas del Sistema Electro/Electrónico (parte 3) Es sabido que los autos modernos poseen, cada vez más, componentes y sistemas electrónicos; es por ello que en esta sección estamos describiendo cómo medir dichos elementos con la ayuda de un multí- metro convencional. Adaptado por Federico Prado De un Informe de la Empresa Robetrt Bosch

SENSOR DE POSICIÓN DEL CIGÜEÑAL /EJE DE LEVAS (CPS) SENSORES DE EFECTO HALL, MAGNÉTICOS Y ÓPTICOS Tal como comenzamos a explicar en la edición anterior, los sensores magnéticos (sensores de reluctancia variable) no requieren una conexión de alimentación independiente. Tienen dos cables de conexión apantallados para la bobina de imán fijo. Se inducen pequeñas tensiones de señal cuando los dientes de una rueda de disparo pasan a través del campo magnético de este imán fijo y la bobina. La rueda de disparo es de un acero de baja reluctancia magnética. El sensor de posición del cigüeñal (CPS), el sensor de antibloqueo de frenos (ABS) y el sensor de velocidad del vehículo (VSS) son ejemplos de sensores de reluctancia variable. La tensión de salida y la frecuencia varían en función de la velocidad del vehículo. En un sensor de efecto Hall, se hace pasar una corriente a través de un semiconductor que está situado en las proximidades de un campo magnético variable. Estas variaciones pueden ser producidas por el giro de un cigüeñal o la rotación de un eje del distribuidor. Los sensores de efecto Hall se utilizan en sensores de posición del cigüeñal y distribuidores. La amplitud de la tensión de salida es constante; la frecuencia cambia cuando varían las rpm. Los sensores ópticos utilizan un disco giratorio que separa unos LED de unos captores ópticos. Pequeñas aberturas o ranuras practicadas en el disco giratorio permiten que la luz procedente de los LED excite los captores ópticos. Cada vez que una ranura se alinea con los LED y los captores ópticos, el captor envía un impulso.

Las variaciones de tensión resultantes pueden utilizarse a continuación como señal de referencia para otros sistemas. La amplitud de tensión de salida es constante; la frecuencia varía en función de las rpm. Un sensor de leva se instala generalmente en lugar del distribuidor de encendido. El sensor envía impulsos eléctricos al módulo de la bobina y proporciona datos de la posición de la válvula y del eje de levas.


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Auto Eléctrico

SENSOR DE VELOCIDAD DE VEHÍCULO (VSS) SENSORES MAGNÉTICOS, DE EFECTO HALL Y ÓPTICOS La señal de salida del VSS es directamente proporcional a la velocidad del vehículo. El ECU controla la sujeción del embrague del convertidor del par motor, los niveles de desviación de transmisión electrónica, y otras funciones de esta señal. Existen tres tipos principales de sensores que se utilizan para el sensor de velocidad del vehículo: magnético, de efecto Hall y óptico. Los sensores de reluctancia variable (magnéticos) no requieren una conexión de alimentación independiente y tienen dos cables de conexión para la bobina de imán fijo. Son inducidas pequeñas tensiones de señal cuando los dientes de una rueda de disparo, fabricada de acero de baja reluctancia magnética, pasan a través del campo magnético de un imán fijo y una bobina.

Sensor de velocidad del vehículo (Magnético) Si la amplitud es baja, busque una separación excesiva entre la rueda de disparo y el captor. Si la amplitud fluctúa, busque un eje o rueda de disparo curvados. Si una de las oscilaciones aparece distorsionada, busque un diente curvado o con desperfectos en la rueda de disparo.

Los sensores ópticos utilizan un disco giratorio que separa unos LED de unos captores ópticos. Pequeñas aberturas o ranuras practicadas en el disco giratorio permiten que la luz procedente de los LED excite los captores ópticos. Cada vez que una ranura se alinea con los LED y los captores ópticos, el captor envía un impulso.

Sensor de velocidad del vehículo (Óptico)

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EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en

Jefe de Producción José Maria Nieves (Grupo Quark SRL)

castellano de la publicación mensual

SABER ELECTRÓNICA Grupo Quark SRL San Ricardo 2072, Capital Federal (1273) TEL. (005411) 4301-8804

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Distribución: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C., Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.Fed. Uruguay:RODESOL: Ciudadela 1416 Montevideo.

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M O N T A J E

DE

T A P A

PLC MICROCONTROLADO CON ENTRADAS ANALÓGICAS Los lectores de Saber Electrónica conocen las grandes “ventajas” de los microcontroladores PICAXE, entre las que se destacan la fácil programación y el hecho de que no pre- cisan “quitar” al chip para cambiar su programación. Atentos a estas características, diseñamos un Controlador Lógico Programable (PLC) de 5 entradas y 8 salidas con características “profesionales” construido a partir de un microcontrolador PICAXE - 18A, que tiene la posibilidad de conectarle hasta 3 sensores del tipo analógico, además, cuenta con un circuito simple para manejar la corriente que demandan los relés que se encuentran en las salidas de potencia del PLC. Este equipo no posee un utilitario propio de programación, lo que lo hace útil para cualquier aplicación, tanto en la industria como en el taller y el hogar. De hecho, la programación del PLC se efectúa con el Editor de Programación de PICAXE, software gratuito que puede bajar desde nuestra web.

COORDINACIÓN: ING. HORACIO D ANIEL V ALLEJO - HVQUARK @ WEBELECTRONICA .COM. AR SOBRE UN DISEÑO DE ING. ISMAEL CERVANTES DE A NDA - [email protected]

INTRODUCCIÓN Uno de los objetivos de la utilización de los microcontroladores se basa en el control de procesos industriales, pasando por todas las líneas de producción que tengamos en mente (aun las que ni siquiera nos imaginamos). Para ello se requiere de un circuito base, el cual podamos aplicar de forma general

para casi todos los procesos que se requieren automatizar, y que obviamente tenga un microcontrolador como eje principal de su operación. En varias ediciones de Saber Electrónica explicamos cómo utilizar un PICAXE 18 para construir un PLC de 5 entradas y 8 salidas razón por la cual, para poder montar este proyecto, deberá leer los artículos publicados en saber Electrónica Nº 221, 223 y 228. Si


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Montaje de Tapa no tiene dichas revistas, puede descargar los artículos desde nuestra web www.webelectronica.com.ar haciendo clic en el ícono password e ingresando la

clave PLC58. Una vez que posea conocimientos básicos sobre PICAXE estará en la antesala de la construcción de un proyecto que tiene una utilidad muy

FIGURA 1

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas importante en el ambiente industrial, y cuya denominación es la de “Control Lógico Programable”. La figura 1 muestra el diagrama esquemático del PLC con PICAXE-18 que describiremos a continuación. El PLC (por sus siglas en inglés) lo podemos construir nosotros mismos a partir de las ventajas que nos ofrecen los microcontroladores del sistema PICAXE, y por lo tanto contamos con la prestación adicional de que podemos construir nuestro PLC del tamaño que queramos o más bien del tamaño de las necesidades que se requieren cubrir en el proceso industrial. De acuerdo a esto último, nuestro PLC lo podemos crear tan pequeño que, inclusive podemos emplear el microcontrolador PICAXE-08. Lo diseñaremos tomando las bondades que nos ofrece el microcontrolador PICAXE-18A del cual utilizaremos todos los recursos que nos brinda, y que para empezar cuenta con 5 entradas y 8 salidas. El diseño es tan compacto que permite montarlo en una placa de 10 cm x 15 cm tal como veremos más adelante. Nuestro PLC tiene todas las prestaciones que nos entrega un dispositivo electrónico comercial, y para programarlo emplearemos el propio sistema de programación de los microcontroladores PICAXE. Alguien, al leer el párrafo anterior, se podrá sentir defraudado, porque podrían argumentar que no tenemos un PLC completo ya que faltaría el lenguaje de programación en escalera, y en efecto así es lo que faltaría por el momento, pero sí podemos llamar

PLC a nuestro proyecto, ya que un PLC requiere de 3 partes esenciales para admitir esa acepción. Las partes de un PLC son: etapa de entrada o ingreso de datos, etapa de activación de actuadores o elementos de potencia (etapa de salida), y el controlador que gestiona la información de la entrada, la procesa y reporta un resultado a la salida. El controlador al que hacemos referencia normalmente es un microcontrolador. Nuestro PLC contará con las 3 partes que de rigor debe tener un PLC, y el lenguaje en escalera será substituido por el programa de los PICAXE, que durante el desarrollo de este material mostraremos bloques de instrucciones que se utilizan comúnmente en el programa de un PLC. Comencemos con la descripción del circuito que le dará vida a nuestro PLC, y para ello vamos a dividir el circuito eléctrico en 3 partes, las cuales son:

ETAPA DE ENTRADA Este fragmento del circuito total, es tan imprescindible como las 2 siguientes. En este caso se trata de la parte que se encarga de adquirir la información del entorno que rodea al PLC y enviarla a las terminales de entrada de datos del microcontrolador PICAXE, para realizar esta tarea se requiere de sensores para que éstos adquieran la información. En general los PLC cuentan con la posibilidad de manejar 2 tipos de sensores, ya sean analógicos o discretos. De acuerdo con lo anterior podemos realizarnos la siguiente pregunta:

¿Cómo sé qué sensor seleccionar? La respuesta nos la proporciona el propio proceso que vamos a intervenir con nuestro PLC, y lo que tenemos que saber para tomar la mejor decisión sobre qué sensores seleccionar, es tomar alguno de los siguientes criterios:

FIGURA 2

1.- ¿Se requiere conocer si está presente o no, algún producto o material? 2.- ¿Se requiere saber la magnitud de alguna variable física?


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Montaje de Tapa De las preguntas anteriores tenemos que la 1 corresponde a sensores discretos, mientras que la pregunta 2 se relaciona con los sensores analógicos. El esquema del módulo de entrada discreto del PLC PICAXE-18 incluye optoacopladores 4N25 y se muestra en la figura 2. Para una mejor comprensión explicaremos lo expresado líneas atrás mediante un ejemplo; supongamos que se tiene que controlar la magnitud de la temperatura en el interior de algún recinto, por lo tanto tenemos que seleccionar los tipos de sensores para implementar el control de la temperatura y que está sea estable dentro del recinto. De un análisis rápido y muy básico llegamos a la conclusión de que por lo menos se requieren 2 tipos de sensores los cuales se emplearán para realizar una de las siguientes acciones:

requiere que el sensor informe de su estado por medio de un contacto, el cual se hace conectando en los extremos del borne de entrada de que se trate. El contacto esta conectado en serie con un resistor, y ambos se encuentran energizados por una fuente de alimentación, y cuando el contacto se cierra (esto si el sensor se activa) se genera un “1 lógico”, mientras que si el contacto se abre (si el sensor no se activa) se da origen a un “0 lógico”. Estos estados lógicos se dirigen a la terminal del ánodo de un LED infrarrojo de un dispositivo opto acoplador (4N25), el cual a su vez en la terminal del emisor refleja el estado en que se encuentra el opto acoplador, mismo que corresponde al estado que guarda el contacto. Por último, la información del opto acoplador se hace llegar a la terminal de entrada correspondiente del microcontrolador PICAXE. Este circuito se repite 5 o Leer el valor de la magnitud de la temperatura veces, una para cada entrada discreta que posee el que está presente. PICAXE. o Detectar si la puerta del recinto se encuentra cerrada.

L A ETAPA DE ENTRADA A NALÓGICA La primera descripción corresponde a un sensor del tipo analógico, mientras que la segunda descripción hace referencia a un sensor del tipo discreto. La diferencia principal entre los 2 tipos de sensores radica en el hecho de que el sensor analógico entrega un valor infinito de valores, los cuales dependen de la intensidad de la magnitud física que se está midiendo (luz, temperatura, humedad, etc.), mientras que el sensor discreto tan sólo nos reporta tan solo 2 valores, que son un “1 lógico” ó “0 lógico”. El circuito correspondiente a la etapa de entrada de un PLC tiene que ser adecuada al sensor que se va a emplear, y tomando en cuenta que el microcontrolador que se utilizará es un PICAXE 18A, que nos permite una disposición de 5 terminales que en su totalidad pueden ser para entradas discretas, el diagrama de la figura 2 representa la etapa de entrada implementada para sensores discretos. La entrada discreta tan sólo debe tener la capacidad de reportar si el sensor detecta la presencia o no de algún objeto o fenómeno físico, por ello se

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Tomando en cuenta las características del microcontrolador PICAXE - 18A (que es en el que se basa este PLC), y el cual puede manejar hasta 3 entradas analógicas, es que 3 de los 5 módulos de entrada son capaces de poder identificar tanto la respuesta que genere un sensor discreto como uno analógico, los 2 módulos restantes deben responder únicamente a sensores discretos. Los módulos que protegen las entradas del microcontrolador PICAXE - 18A, que aceptan tanto sensores analógicos como discretos, son las que corresponden a las entradas identificadas como 0, 1 y 2. Los módulos para estas entradas poseen un jumper selector por medio del cual se escoge la naturaleza del sensor, y si éste es analógico el jumper se debe colocar en la posición de “A”, pero si el sensor es discreto, el jumper debe ubicarse en la posición “D”. En el fragmento del diagrama de la figura 3 se muestra el módulo de entrada que incluye la parte analógica y la discreta. En primer término se tienen los

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas amplificador operacional está siendo energizado con 5VCD, por lo que si el voltaje de entrada es mayor a 5V, el operacional recortará el voltaje de salida a máximo 5VCD. El sensor puede ser del tipo que entrega un voltaje tal como lo hace el LM35 que es un sensor de temperatura, que se encuentra calibrado en °C, o también puede emplearse un sensor que modifica su valor de FIGURA 3 resistencia conforme cambie la variable analógica que se está midiendo, para ello puede bornes en donde se hacen llegar las conexiones de emplearse un puente de Whenstone, para acondiciolos sensores, uno para cada entrada del microcontro- nar la señal del sensor y originar un voltaje que camlador PICAXE - 18A que en total posee 5, sobre el bie, de acuerdo al valor resistivo del sensor, que a su mismo borne existen 2 entradas que se identifican vez modifica su valor de acuerdo al cambio que una como “COM” y otra como “Ref”. Continuando registre la variable analógica que se está midiendo, con la descripción de la figura 3, y posterior a los bor- como ejemplo de este tipo de sensores tenemos a los nes de conexión de entrada, se tiene en primera ins- termistores. tancia un amplificador operacional cuya matrícula En el caso de que se tenga conectado un sensor es LM325 (identificado como IC3) que se encuentra que origine una respuesta discreta ó digital, se hace bajo la configuración de seguidor de voltaje, el cual llegar su resultado al mismo circuito seguidor de volrecibe la señal originada en los sensores, no impor- taje que se ha descrito líneas atrás, recordando que tando si se trata de un sensor analógico o discreto de acuerdo a la lógica discreta ó digital, se tienen 2 (también conocido como sensor digital). El circuito posibles respuestas, las cuales son: “1” Lógico y “0” seguidor de voltaje traslada el valor que tiene a su lógico, que a su vez corresponden a los valores de entrada hacia la salida, por ejemplo, si a la entrada 5VCD y 0VCD respectivamente. Por lo tanto, el circuito del circuito seguidor de voltaje se tiene un valor de del seguidor de voltaje no tendrá problemas en su 100mV, ése será el mismo valor de voltaje que mos- desempeño, por lo consiguiente, su operación es trará a la salida el circuito seguidor de voltaje, pero válida para ambos casos. A la salida del circuito como el amplificador operacional presenta una alta seguidor de voltaje se tiene un resistor limitador de impedancia de entrada, éste no le demandará corriente y un LED que indica el estado de la señal corriente al sensor, por lo que los 100mV de la salida que está entregando el sensor. Para completar este del circuito seguidor de voltaje prácticamente es el circuito, que sirve tanto para sensores analógicos mismo que entrega el sensor, pero con la ventaja de como discretos, se tiene un circuito conformado por no alterar su modo de operación. Si en el borne de un dispositivo opto acoplador cuya matrícula es 4N25 entrada se tiene conectado a un sensor analógico, el (del IC4 al IC8), que cumple con la tarea de aislar al circuito seguidor de voltaje acondicionará la señal del microcontrolador cuando se trabaja con sensores dissensor para posteriormente hacerla llegar al micro- cretos, por lo que la salida del circuito seguidor de volcontrolador PICAXE. Como ya se indicó en el ejercicio taje se hace llegar al LED infrarrojo del dispositivo optoanteriormente enunciado, el sensor puede entregar acoplador, y su salida que se presenta sobre un fotocualquier valor de voltaje siempre y cuando se transistor, es la que se guía hasta la entrada del microencuentre dentro de un rango de 0V a 5V de corriente controlador PICAXE. Tomando como referencia nuedirecta, ya que ése es el rango de trabajo de las vamente al diagrama de la figura 3, se cuenta con un entradas analógicas del PICAXE, no existe riesgo de borne de selección de entradas analógicas o discreque se sobrepase ese nivel de voltaje, ya que el tas identificado como “Sel0” ó “Sel1” ó “Sel2” depen-


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Montaje de Tapa diendo de la entrada que se elija, por lo que se emplea un jumper por medio del cual, precisamente, se le indica al PLC qué tipo de sensor es el que se empleará, si el sensor es analógico, el jumper se coloca hacia la indicación “A”, y lo que sucederá es que la salida del circuito seguidor de voltaje se hará llegar directamente a la entrada del microcontrolador PICAXE, en el cual previamente cuando se programó se tuvo que seleccionar esta forma de operar con la entrada que se seleccionó. Pero si se va a trabajar con sensores discretos, entonces el jumper se colocará en la posición identificada como “D”, por lo que la señal pasará tanto por el circuito seguidor de voltaje como por el dispositivo optoacoplador, para hacer llegar esta información a la terminal de entrada del microcontrolador PICAXE, que también tuvo que ser programado para que esa terminal de entrada sea discreta. En los diagramas de las figuras 4, 5 y 6 se observa la manera de cómo debe conectarse un sensor analógico dependiendo si es un sensor que entrega voltaje, o si es un sensor resistivo que tiene que llevar un circuito de acondicionamiento. En el diagrama de la figura 4 se muestra un circuito sencillo con un sensor que muestra una respuesta resistiva a partir del cambio de valor de una variable física, este circuito es un divisor de voltaje. En la figura 5 se ilustra un circuito más elaborado, ya que se trata de un puente Whenstone y un circuito acoplador de la señal que entrega el sensor, que también muestra una variación de un valor resistivo de acuerdo a los cambios presentados por la correspondiente lectura de la variable analógica. Y por último, en la figura 6 se observa la conexión de un sensor que entrega, de manera directa, un voltaje de

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FIGURA 4 acuerdo a los cambios que presenta la variable analógica que se está midiendo. En todos los casos se requiere de una fuente externa para energizar a los sensores, pero se debe tener una referencia común

FIGURA 5 entre el circuito del PLC y los exteriores de los sensores, por lo tanto se emplea el borne identificado como “Ref”, ya que en ese punto es donde se tiene el reflejo de GND del PLC, por lo que se conecta con el GND del circuito exterior de los sensores para tener

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas conectamos a la terminal de entrada correspondiente, mientras que los sensores que entregan una respuesta resistiva, se tienen que acondicionar y calibrar, por lo que necesitamos saber la teoría de operación tanto del divisor de voltaje como del puente d e whenstone y seleccionar el más adecuado a la aplicación que se está implementando. Para concluir FIGURA 7 con la descripción de los módulos de entrada se el punto de referencia común entre ambos circuitos. mencionará que las entradas identificadas como 6 y En cuanto a la conexión de los sensores discretos, 7, tan sólo tienen implementado el circuito a base de optoacopladores, por lo que en estas 2 entradas no observe el diagrama de la figura 7. Los sensores discretos manifestarán su operación se tiene jumper de selección, ya que ambas son mediante el uso de un contacto que bien puede ser exclusivamente para entradas discretas. el de un relevador, estos sensores solamente presentarán el estado de activado ó desactivado, lo que L A ETAPA DE S ALIDA equivale a un “1” lógico ó “0” lógico, por lo que cuando el contacto se cierra significa que lo que se Los módulos de salida cumplen con la tarea de está detectando ya apareció, y cuando se abre se interpreta que aún no aparece. Sobre el borne de controlar el encendido y apagado de los elementos conexiones existe una terminal identificada como actuadores, que en su totalidad son dispositivos que “COM”, que es en donde se tienen que conectar un consumen potencias de energía excesivamente extremo del contacto, ya que sobre la terminal “COM” grandes con respecto a la del microcontrolador, por existe un voltaje de 5VCD, por lo que el otro extremo ejemplo desde un simple motor de 5V, que llega a del contacto se ubica sobre la terminal de entrada consumir por lo menos 30mA y eso dependiendo de que vaya a emplearse, y así cuando se cierre el con- lo que tenga que mover, es una corriente de un valor tacto, estarán llegando 5V a la terminal del micro- muy grande como para que lo suministre la terminal de salida de cualquier microcontrolador. controlador PICAXE que se haya seleccionado. El módulo de salida se basa, principalmente, en el En resumen, la terminal “Ref” se emplea para sensores analógicos, mientras que la terminal “COM” se circuito integrado ULN2803 (identificado como IC2) que internamente posee una serie de transistores que emplea para sensores discretos. Por otra parte, de los circuitos de las figuras 4, 5 y 6 se encuentran bajo la configuración par Darlington, y ¿cómo sabremos cuál emplear? La respuesta cuya característica principal es la de manejar altas depende del tipo del sensor a utilizar, ya que si es un corrientes con respecto a las que proporciona un sensor que entrega voltaje, normalmente ya se microcontrolador. El ULN2803 es un circuito de interencuentra calibrado, por lo que únicamente lo fase que activa una serie de relevadores a partir de las señales que se generan en el microcontrolador PICAXE, esto es, en el PICAXE se indica qué salida debe activarse para posteriormente, a través del ULN2803, proporcionar la corriente necesaria para activar al relevador corresFIGURA 8


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Montaje de Tapa pondiente, tal como se ilustra en el fragmento del FIGURA 9 diagrama de la figura 8. Por lo tanto, es a través de los relevadores que se tiene el control de la activación de los elementos de potencia que se están controlando, los relevadores tienen la capacidad de manejar corrientes constantes de hasta 10A, con voltajes que pueden ser tanto de corriente alterna como de corriente directa; además los relevadores (relés) aíslan y protegen al microcontrolador de posibles regresos dañinos FIGURA 10 de corrientes (fuerza electromotriz). Se eligió a los relés (relevadores) como elementos de salida, porque de manera universal pueden controlar cualquier tipo de energía eléctrica. Lo que se puede conectar a los bornes de salida del PLC, puede ser cualquier elemento de potencia ya sea de corriente alterna ó corriente directa, mismos que pueden ser dispositivos resistivos como lo es una lámpara incandescente, ó con todas las ventajas que nos ofrece el software de elementos magnéticos como lo son los motores o programación, el cual describimos más adelante. bobinas de un relevador, en las figuras 9 y 10 se observan algunos ejemplos de conexión de las terminales de salida. MONTAJE DEL PLC El PLC-PICAXE18A se energiza con un voltaje de 12VCD, por lo que es conveniente que se respete Para armar el PLC se requiere una placa de cireste valor de voltaje, y aunque se puede energizar cuito impreso como la mostrada en la figura 11. Si hasta 28VCD no lo recomendamos, ya que los regu- bien Ud. puede conseguir este dispositivo en forma ladores de voltaje se calentarían demasiado provo- de kit, nada impide que construya el circuito impreso cando un funcionamiento erróneo. y luego monte los componentes en la forma acos-

L A ETAPA DE CONTROL Esta parte del PLC, de manera indirecta, la describimos cuando hacemos referencia a un microcontrolador PICAXE, porque el PICAXE de forma exclusiva es la pieza que integra a la etapa de control, porque la información que se adquiere de los sensores se tiene que dirigir a las terminales de entrada del PICAXE, para que éste en función del programa que tenga gravado en su memoria, reporte un resultado y lo envíe a los circuitos pertenecientes a la etapa de salida y así poder manipular a un elemento actuador. El microcontrolador PICAXE de nuestro PLC contará

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tumbrada. Los reguladores de tensión de 3 terminales deben estar dotados de disipador de calor tipo “clip” y para la programación del PICAXE precisará colocar en el espacio identificado como PROGRA en la placa un jack estéreo del tipo usado para auriculares y luego armar el cable para programar PICAXE que deberá conectar en la placa del PLC en un extremo y en el puerto COM de una computadora en el otro extremo, figura 12. Se deduce que el conector de audio estéreo de tan sólo 3 terminales será utilizadas para comunicar al microcontrolador con una PC a través del puerto serie. Los terminales del conector de audio realizarán las siguientes actividades:

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas FIGURA 11

* La línea identificada con el número 1en el dia- controlador PICAXE se encuentra conectado al grama (figura 12) sirve para verificar que el micro- puerto serie de la PC.


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FIGURA 12 * La línea identificada con el número 2 sirve para programar al microcontrolador PICAXE. * La línea identificada con el número 3 es la refe rencia GND o también conocida como tierra eléctrica.

PROGRAMACIÓN DEL PLC Para cualquier PLC, el software que normalmente se emplea para programarlo es el llamado “lenguaje en escalera” o diagrama de contactos, en el cual las instrucciones se implementan mediante símbolos, tal como se observa en la figura 13. Ya hemos dicho que, en particular para el PLC que estamos diseñando, por el momento no se contará con una aplicación que nos permita programarlo en “lenguaje en escalera”, pero vamos a solventar esta desventaja con la realización del armado de bloques con instrucciones propias de los microcontroladores PICAXE, para que de esta manera podamos contar con una equivalencia en cuanto a la serie de símbolos que nos puede proporcionar un PLC. Existe una serie de símbolos del lenguaje en escalera que tienen un reflejo hacia la actividad exterior del PLC, y de esta manera se tienen contactos normalmente abiertos (N.A.) y normalmente cerrados (N.C), los cuales leen la información de las terminales de entrada de datos y envían la información al PLC. También existen los símbolos que por medio de los cuales se le indica al PLC que tiene que enviar

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un mando de control para activar o desactivar algún actuador o elemento de potencia. Entonces, para programar un PLC lo único que tenemos que hacer es emplear los símbolos adecuados para tener un sistema de control automático. Por otra parte, los símbolos que se emplean en el lenguaje en escalera, son la base para programar las funciones lógicas que integran al programa que controla algún proceso industrial, por lo tanto, por medio de un ejemplo vamos a observar de que manera se puede implementar una función lógica AND (Y), ó una función lógica OR (O) y una negación.

Función lógica AND (Y) Esta función en lenguaje escalera equivale a interconectar una serie de contactos que pueden ser N.A. ó N.C. en serie, lo que asemeja en un diagrama eléctrico, a un circuito serie en donde se encuentran interruptores y al final de éstos una lámpara, y para que ésta encienda en necesario que todos estén cerrados. Para implementar esta misma función mediante el código en un microcontrolador PICAXE lo haremos en dos partes, en primer término se requiere leer el estado que están reportando los sensores (en este caso discretos), para ello como ejemplo obsérvese el fragmento de lenguaje escalera expresado en la figura 13.

FIGURA 13

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas Esta disposición de símbolos da origen a una de Programas. Para describir rama, en la cual se observa el efecto de 3 contactos entonces, cómo se hace una que al estar conectados en serie, se tiene una equifunción AND, vea el esquema valencia de una función lógica AND, estos contactos de la figura 14. muestran su efecto a partir de 3 entradas, pues bien, Se observa que el valor de la en nuestro microcontrolador PICAXE también se tiene variable b0 se opera por que leer el estado de 3 entradas para tener la equimedio de una función AND (&) valencia, y para ello necesitamos saber en qué termicon el valor decimal de 7, FIGURA 14 nales de entrada de datos se encuentran conectamismo que equivale a la aplidos los sensores, continuando con el ejemplo supón- cación de la máscara, y de esta manera cualquier gase que las entradas para conectar esos sensores valor lógico que tengan las terminales E6 y E7 será fueron la E0, E1 y E2 (en un PICAXE las terminales de igual con “0” lógico. El dato que tengan las terminales entrada son 5 y son E0, E1, E2, E6 y E7), por lo tanto E0, E1 y E2 se mantendrá. para que la función lógica AND implementada en la La instrucción “Let b0 = pins & 7” indica que le figura 13, tenga el mismo efecto en el microcontrola- asigne a la variable b0 el valor que corresponde a la dor PICAXE, se tiene que leer solo el efecto de las ter- lectura de los pines E0, E1 y E2. Por ejemplo, si E2=0, minales involucradas con la función lógica, por lo que E1=0 y E0=1, entonces b0=1. Otro ejemplo: si E2=1, tenemos que anular lo que suceda con las terminales E1=0 y E0=1, entonces b=5. restantes, para ello vamos a colocar una máscara a Posterior a la aplicación de la máscara, se tiene manera de filtro, para que solo pueda obtenerse el que analizar el estado de las 3 terminales que están estado lógico de los sensores en las terminales de involucradas con la función lógica AND de la rama entrada que nos interesan. La máscara o filtro, que le del lenguaje en escalera de la figura 13, para ello el vamos a colocar al PICAXE, estará implementada de valor que debe estar alojado dentro de la variable b0 acuerdo a como se muestra en la tabla 1. debe ser igual a 7 decimal, si el estado de los 3 senPor medio de la aplicación de la máscara descrita sores es 1 lógico, y la variable b0 reportará cualquier anteriormente, vamos a indicarle al PICAXE que lea otro valor si alguno de los sensores o todos están en 0 sus terminales de entrada y ese dato lo almacene en lógico, tal como se ilustra en la figura 14. El efecto de un registro temporal o variable que puede ser como esta función lógica AND, equivalente a la rama de la en este ejemplo, el identificado como “b0”, y para eli- figura 13, lo estamos reflejando sobre la salida S0, minar el efecto de las terminales E6 y E7 lo que tene- misma que se encenderá cuando los 3 sensores mos que hacer es, de alguna manera, que estos bits reporten un 1 lógico sobre las terminales de entrada adquieran un valor de 0 lógico, no importando el del PICAXE. estado que tengan sus sensores respectivos, mientras Si se quiere cambiar de terminales de entrada o que sobre las terminales E0, E1 y E2 se debe mante- involucrar mas (solo tenemos 5) entradas, basta con ner el valor del estado lógico que respectivamente adecuar la máscara que filtra a las terminales que guarden los sensores correspondientes. Esto se puede nada tienen que ver con la función AND de una rama escribir por medio de un “diagrama de flujo” con el de lenguaje en escalera, por otra parte si se tienen que haremos el programa de nuestro PLC en el Editor mas ramas, el fragmento de código que implementamos para el PICAXE tiene que repetirse tantas veces como ramas necesitemos. Para que se entienda, según lo expresado en la tabla 1, los T ABLA 1 valores de E6 y E7 son siempre


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Montaje de Tapa igual a cero, luego, para obtener una función equi valente a una AND de 3 entradas (E0, E1 y E2), sólo habrá una salida válida cuando estas tres entradas estén en “1” y si esto se cumple, la sumatoria en binario equivale al número decimal 7, por lo tanto, y tal como se muestra en el bloque de la figura 14, asignamos a una variable b0 la suma de los pines de entrada y si se cumple que:

E0 = 1, E1 = 1, E2 = 1, E3 = 0, E4 = 0 Entonces la sumatoria será igual a “7” y para completar la función AND deberemos preguntar si la variable b0 = 7, tal que cuando se cumpla esa condición entonces la salida “0” vaya a estado FIGURA 15 alto. El diagrama de flujo que representa a la función lógica AND se completa entonces con el diagrama de flujo de la figura 15.

Función Lógica OR (O) Esta función en lenguaje escalera obliga a interconectar interruptores en paralelo, lo que equivale en un diagrama eléctrico a tener alternativas para que al final de estos pueda encenderse una lámpara, y para ello es suficiente con tan solo tener un interruptor cerrado. Para implementar la función OR mediante el código en un microcontrolador PICAXE, en primera instancia se requiere leer el estado que están reportando los sensores (en este caso discretos), para ello a manera de ejemplo se muestra un fragmento del lenguaje escalera ilustrado en la figura 16. Por la disposición

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FIGURA 16 de los símbolos se está dando origen a una bifurcación en una rama, en la cual se observa el efecto de 3 contactos que al estar conectados en paralelo, se tiene la equivalencia con la función lógica OR, estos contactos muestran como operan a partir de 3 entradas, por lo tanto, el microcontrolador PICAXE debe leer el estado de las 3 entradas involucradas, y para ello necesitamos saber qué terminales fueron las elegidas para conectar los sensores. Prosiguiendo con el ejemplo ilustrado en el lenguaje escalera para la función lógica OR, supóngase que las entradas para conectar esos sensores fueron la E0, E2 y E6 (recuerde que en un PICAXE las terminales de entrada son 5 y son E0, E1, E2, E6 y E7), por lo tanto para que la función lógica OR implementada en la figura 16, tenga la misma operación en el microcontrolador PICAXE, se tiene que leer sólo el estado lógico de las terminales involucradas con la implementación de la operación lógica OR, por lo que tenemos que nulificar el estado que se genere para las otras terminales que no están contempladas, para ello vamos a utilizar una máscara a manera de filtro para que sólo

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PLC Microcontrolado con Entradas Analógicas pueda obtenerse el estado lógico de los sensores en que al menos un las terminales de entrada que nos interesan. sensor en los La máscara o filtro que le vamos a colocar al pines E0, E2, E6 PICAXE, estará implementada de acuerdo a como se esté activado. muestra en la tabla 2. El efecto de la Por medio de la aplicación de la máscara desfunción lógica crita, vamos a indicarle al PICAXE que lea sus termiOR programado nales de entrada y ese dato lo almacene en un regisen el diagrama tro temporal o variable que en este ejemplo se trata de flujo de la de “b0”, y para descartar el efecto de las terminales figura 17 equivaE1 y E7 lo que tenemos que hacer es de alguna lente al lenguaje manera que estos bits adquieran un valor de 0 lógico, escalera de la no importando el estado que tengan sus sensores resfigura 16, lo pectivos, mientras que las terminales E0, E2 y E6 estamos refleFIGURA 17 deben mantener el valor del estado lógico que res jando sobre la pectivamente, guarden los sensores que tengan salida S1. La lámpara conectada en esta salida se conectados. En dicha figura se observa que el valor encenderá cuando por lo menos uno de los 3 sensode la variable b0, se opera por medio de una función res reporten un 1 lógico sobre las terminales de AND (&) con el valor decimal de 69, mismo que equi- entrada del PICAXE. vale a la aplicación de la máscara (vea la tabla 2 Si se quiere cambiar de terminales de entrada o nuevamente), y de esta manera sólo se tendrán en involucrar más (sólo tenemos 5 entradas), basta con cuenta para fijar el dato de la variable b0 el dato que adecuar la máscara que filtra a las terminales que tengan las entradas E0, E2 y E6. La instrucción (let b0 nada tienen que ver con la función OR que se quiere = pins & 69) indica que se le asigne a b0 el valor implementar, por otra parte si se necesitan más funcorrespondiente a la suma en decimal (con el peso ciones lógicas OR, no tenemos más que repetir el de cada bit) de las entradas E0, E2 y E6. Por ejemplo, fragmento del código que hicimos para el PICAXE, si E6=1 (que tiene un peso igual a 64 expresado en por lo que éste tiene que repetirse tantas veces como decimal, E2=0 (no tiene peso por ser “0”) y E0=1 funciones necesitemos. (tiene un peso igual a 1, expresado en decimal) Recuerden que con el programa llamado “PICAXE entonces b0=65 (64+1). Programming Editor”, podemos implementar perfecPosterior a la aplicación de la máscara, se tiene tamente las mismas funciones que se realizan en un que analizar el estado de las 3 terminales que están lenguaje escalera, claro que no es tan fácil de hacer involucradas con la función lógica OR del lenguaje en pero se puede. escalera de la figura 16, para ello el valor que debe Por otra parte ya hemos abordado los conceptos estar alojado dentro de la variable b0 se debe com- mínimos que se requieren para que nuestro PLC parar con el valor decimal de 0, específicamente se haga todas las funciones básicas de uno comercial, hace la pregunta si b0 es mayor que 0. Si el estado pero se debe tener presente que se necesitan domide los 3 sensores es igual a 0 lógico, significa que nin- nar ciertas técnicas de programación para los PLC, guno de ellos se ha activado, por otra parte si en la por lo que nuevamente les hacemos una atenta invi variable b0 se reportara cualquier valor que sea tación a que visiten nuestra página de internet mayor que 0, quiere decir que alguno de los sensores www.webelectronica.com.ar y en la sección de o todos inclusive están en 1 lógico. Por lo tanto, el password empleen la clave “progplc”, para que paso siguiente del diagrama de flujo será “preguntar” puedan descargar mucha información sobre la prosi b0>0 ya que cualquier valor mayor que “)” indicará gramación de PLC. ☺


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mal funcionamiento del OBD se impuso la obligación de tener una lámpara que indique fallos (MIL - Malfunktion Indicator Lamp). Un recrudecimiento en los límites de emisiones en 1996 llevó a la creación del OBD II. En Europa se introdujo el OBD ajustándose al OBD II americano. Desde 1996 el OBD II es un requisito legal para coches nuevos en USA. En base a esta regla americana se impuso en los noventa la inclusión de sistemas de diagnóstico también para los coches destinados al mercado europeo. La siguiente etapa es el OBD III en el que los propios coches toman contacto con las autoridades si se produce un empeoramiento de las emisiones de gases nocivos mientras el coche está en marcha. Si esto sucede se pedirá, a través de una tarjeta indicativa, que se corrijan los defectos. Si bien no tengo datos de una fecha específica, a partir del 2014 sería obligatorio que los automóviles cuente con un rastreador y un sistema de diagnóstico a distancia.

Pregunta 1: Quisiera saber qué diferencia existe entre OBD 2 y OBD 3 y si es cierto que este año ya estará disponible el OBD 3. Liliana Margarita Sánchez. Respuesta: Para reducir la contaminación del aire, el "California Air Resources Board" (CARB) 1988 introdujo para todos los coches a gasolina con el OBD (On Board Diagnose) límites máximos de emisiones y además un autocontrol - On Board Diagnose de componentes relevantes de las emisiones de gas a través de dispositivos de mando electrónicos. Para que el conductor detecte un

Pregunta 2: Hola, en mi trabajo me piden que estudie los dispositivos para aprovechar la energía solar. Ahora, viendo en webelectronica, noto que tienen cursos de energía solar, de energías verdes y de energías renovables y quisiera saber cuál es la diferencia para poder elegir el más adecuado. Luis Antonio Pérez. Respuesta: Hola Luis, en realidad, contamos con 8 Paquetes educativos sobre el tema, cada uno de ellos con diferentes objetivos. En principio, energías verdes son la hidráulica y eólica mientras que las energías renovables

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