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Profr. Francisco Orozco González Dirección editorial
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Profr. Francisco Orozco Cuautle ([email protected]) Profr. Armando Mata Domínguez Profr. J. Luis Orozco Cuautle Ing. Leopoldo Parra Reynada ([email protected]) Editor asociado
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Asesoría en técni cas dig itales Asesoría en técni cas dig itales Asesoría en técni cas dig itales Asesoría en técni cas dig itales Asesoría en técni cas dig itales
Julio Orozco Cuautle
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Ma. de los Angeles Orozco Cuautle
Isabel Orozco Cuautle ([email protected])
Revista editada mensualmente por México Digital Comunicación, S.A.Certificado de Licitud de Título y de Contenido en trámite, Reserva al Título de Dere-chos de Autor en trámite.
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Todas las marcas y nombres registrados que se citan en los artículos, son propiedad de sus respectivas
com-Ciencia y novedades tecnológicas
...5
Perfil tecnol
ó
gico
El surgimiento de la PC...10
Leopoldo Parra y Felipe Orozco
Leyes, dispositivos y circuitos
Circuitos de soldadura superficial
(primera de dos partes)...19
Oscar Montoya Figueroa
Qu
é
es y c
ó
mo funciona
Hornos de microondas...27
Leopoldo Parra Reynada
Servicio t
é
cnico
Consejos para el servicio a hornos
de microondas... 40
Leopoldo Parra Reynada
Servicio a reproductores de audiocasettes
modernos (primera de dos partes)...47
Alvaro Vázquez Almazán
Dispositivos sensores en
videograbadoras...58
Carlos García Quiroz
Electr
ó
nica y computaci
ó
n
Descripci
ó
n del setup
(primera de dos partes)...66
Leopoldo Parra Reynada
Proyectos y laboratorio
Construcción de un
osciloscopio digital
... 74
CIENCIA Y NOVEDADES
TECNOLOGICAS
CIENCIA Y NOVEDADES
TECNOLOGICAS
Figura 1
¿El nuevo formato de almacenamiento
de audio?
Para quien lleve algún tiempo en el mundo de las computadoras, y específicamente en multimedia, el término MP3 no le será descono-cido; sin embargo, para el aficionado o especia-lista en electrónica probablemente no le resulte familiar ese término.
El concepto M P3 se aplica a un nuevo méto-do de codificación de audio que, por medio de compresión digital, logra una cali dad de sonido muy similar a la de un CD, pero con la ventaja de que el espacio requerido para el almacena-miento de la información musical se reduce en forma notable. Sólo como referencia, una melo-día de aproximadamente cuatro minutos en un CD consume alrededor de 35 MB de espacio de almacenamiento, mientras que la misma selec-ción comprimida por medio del protocolo MP3 consume alrededor de 3 MB.
¿Por qué se menciona todo esto? Porque los fabricantes de equipo electrónico han “redescu-bierto” al formato M P3 como recurso para la gra-bación de audio de alta calidad en espacios muy reducidos, y lo están tratando de aprovechar para crear una nueva familia de aparatos de dimen-siones realmente diminutas, tales que los
Walkman
para cintas de audio parecen pesados y estorbosos. Una de las compañí as pioneras en este movimiento es Samsung Electronics, que ha presentado en Corea su nuevo dispositivo, al que ha llamado Y EPP (figura 1).El YEPP es una pequeña caja del tamaño de una tarjeta de crédito, pero que en su interior po-see una memoria tipo Flash de 24 MB, capaz de
almacenar alrededor de 40 minutos de música con calidad CD comprimida mediante el proto-colo MP3. Por supuesto que la circuiterí a nece-saria para hacer la grabación no está incluida en la unidad, pero sí en la base que sirve como
so-El usuario puede entonces llevar en la bolsa de la camisa un conjunto de selecciones musi-cales, mismas que puede escuchar conectando las salidas de audio de su reproductor de CD en la base del Y EPP;éste hace la conversión de se-ñales y las codifica digitalmente en formato M P3 y luego la vací a en la memoria de la unidad de CD. El usuario ya sólo tiene que conectar unos audí fonos en dicha unidad para disfrutar de la música de alta calidad. Y no tiene que preocu-parse de estar cambiando discos o de no agitar en exceso a la unidad, pues al ser totalmente de estado sólido, las vibraciones o golpes no afec-tan en lo más mí nimo el audio reproducido.
Así como va esta tecnologí a, probablemente en un futuro no lejano, en vez de comprar un disco compacto o una cinta magnética, compre-mos un
chip
de memoria grabado únicamente con las melodí as que son de nuestro interés.LG Electronics a la vanguardia
de las pantallas planas
Desde hace algunos años las pantallas de cristal lí quido tienen un lugar en la industria del video, e incluso en algunos segmentos han competido exitosamente con el tradicional tubo de imagen, como es el caso de las computadoras portátiles. Sin embargo, uno de los principales inconvenien-tes de estos dispositivos de despliegue de imá -genes, ha sido la dificultad de producir pantallas de gran tamaño a un costo reducido (14 pulga-das diagonales es el tamaño promedio máximo), cuestión técnica que ya estáen ví as de ser supe-rada.
Recientemente, el grupo coreano LG Electro-nics (anteriormente llamada Lucky-GoldStar) presentó una nueva pantalla plana de más de 18 pulgadas diagonales, con la que se consigue un área de visualiz ación mayor a la que obtenemos con un monitor que utiliz a tubo de 19 pulgadas. Esta pantalla plana posee diversas ventajas que la hacen muy atractiva para ciertos segmentos del mercado:
• Ocupa un área mí nima en el escritorio (mide
• Consume muy poca energí a (alrededor de 50 W, contra los más de 150 W de un monitor convencional).
• Su peso es de alrededor de 10 Kg (menos de la mitad de uno tradicional).
• Ofrece una resolución máxima de 1280 x 1024, superior a la UVGA común en monitores. Sin duda, son prestaciones dif í cilmente cuestionables; sólo esperemos que su precio en el mercado nos permita adquirir una.
Un osciloscopio en su bolsillo:
el ScopeMeter de Fluke
Fluke, la compañí a más reconocida en el á mbi-to mundial por los excelentes multí metros que produce, ha diseñado el ScopeMeter, un apara-to del tamaño de un libro mediano y con una pantalla de cristal lí quido de alta resolución, mediante el que es posible consultar desde una simple medición de resistencia hasta la forma de onda de una señal de video (figura 2).
El ScopeMeter puede sustituir con razonable precisión a un osciloscopio de hasta 100 MHz de ancho de banda; posee cursores que pueden Figura 2
posee filtros internos para presentar una señal de video perfectamente estable aun en condicio-nes dif í ciles (no importa si la señal es NTSC, PAL o SECA M); incluye memoria digital que permite almacenar el contenido de una pantalla para su posterior análisis; puede conectarse a la PC para intercambio y almacenamiento de datos; etc.
Otro dato sorprendente es que sólo pesa al-rededor de 1.8 Kg. Y además Fluke ha producido múltiples accesorios que se añaden al ScopeMeter, y que le permiten adaptarse a un amplio rango de mediciones, desde temperatura hasta altos voltajes. Si usted necesita tener a la mano el ins-trumental básico mientras trabaja fuera de su ta-ller, el ScopeMeter de Fluke es una selección ideal.
Un sueño tridimensional:
el programa 3D Studio Max de Kinetix
El programa de animación por computadora en tercera dimensión“3D Studio”, es todo un para-digma entre los artistas visuales. Esta aplicación lleva muchos años siendo una de las preferidas en la industria del video, debido a su flexibili-dad, a la cantidad de herramientas con que cuen-ta y a la gran variedad de
plug -in s
que se le pue-den adicionar para darle aún más poderí o; sin embargo, recientemente el liderazgo de este pro-grama se habí a visto amenazado por aplicacio-nes como Caligari, LigthWave y otros que a pe-sar de no ofrecer las ventajas del 3D Studio, son más económicos y tienen una interfaz que per-mite un uso más intuitivo.Precisamente como respuesta a los desaf í os del mercado, Kinetix -una empresa filial de Autodesk, productora del famoso AutoCAD- lan-zó una nueva versión de su programa estrella: el 3D Studio Max (versión 2.0 para PC). Este soft-ware incluye prácticamente todas las herramien-tas que todo creador de mundos tridimensional es pudiera necesitar; por ejemplo, puede crear fi-guras animadas a partir de“huesos” (
bones
), de modo que para imprimir movimiento a la figura basta con desplazar el“hueso” para que el con-texto que la rodea se mueva en consonancia. Posee también múltiples herramientas dedefor-modelo tridimensional, por ejemplo de un auto-móvil, el artista puede hacer que éste baile y se contorsione como si fuera de goma (figura 3).
Se han añadido también diversos filtros de luz, que pueden dar la impresión de niebla y de ilu-minación indirecta; incluso, es posible simular los defectos de las cámaras fotográficas y de vi-deo, como el
flare
. Si a todo ello sumamos la posibilidad de utilizar máquinas con multi-pro-ceso simétrico, explotando todas las capacida-des de los microprocesadores instalados en el sistema, podemos apreciar que, sin duda, el 3D Studio Max resulta una adquisición obligada para toda persona que se mueva en el mundo de la animación en tres dimensiones.El láser monoatómico
A pesar de que el efecto láser fue descubierto hace casi 50 años, sólo recientemente (de unos 20 años a la fecha) se ha ampliado la gama de aplicaciones de este tipo de luz coherente y unidireccional.
Sin duda, una de las más aplicaciones más conocidas del rayo láser, es en la lectura de los discos compactos de audio, aunque cada vez es más común utilizarlo como apuntador en con-ferencias y exposiciones, como auxiliar para la localización precisa de objetos en el espacio, como medidor de distancias, como mira de pre-cisión en el moderno armamento de asalto, en la cirugí a de los ojos, en aplicaciones dentales,
En el campo de la investigación, se está tra-tando de emplear la radiación láser para descu-brir nuevos elementos en la estructura de la materia, y un paso adelante en esta serie de ex-perimentos lo representa la fabricación de un láser monoatómico; es decir, un láser que sólo utiliza un átomo para generar impulsos de luz, mismos que al ser estudiados pueden revelar aspectos desconocidos en la estructura atómica y subatómica.
Como seguramente es de su conocimiento, para producir un rayo láser es necesaria la exci-tación de los electrones por medios externos que rodean al núcleo de un átomo, para que al mo-mento en que los electrones se liberen de dicha energí a adicional se produzcan“paquetes” de luz denominados“fotones”. Pues bien, precisamen-te en dicho efecto se basa la operación del láser monoatómico.
Puede ver en la figura 4 que en un extremo hay un horno que va expidiendo átomos de Ba-rio de uno en uno, y que en su trayecto estos
Detector Lente Espejo Espejo Atomo de bario Horno Láser ordinario Figura 4
cional, con lo que se incrementa la energí a de los electrones de dicho átomo. Como tal estado es inestable, los electrones tienen a regresar a susórbitas originales, expidiendo en el proceso una serie de fotones, que son capturados por un par de espejos encontrados; la l uz así producida comienza a rebotar de forma ininterrumpida entre dichos espejos.
Este efecto se va acumulando l entamente se-gún se van produciendo másátomos del horno, hasta que la luz es lo suficientemente potente como para romper la reflectividad del espejo y producir un haz de luz, mismo que es captado por un detector.
La forma como se produce el haz, el tiempo que tarda en acumularse suficiente potencia para que éste se produzca y otros factores correlati-vos, aún son investigados por los cientí ficos, quienes esperan que con este recurso se pueda sondear de forma más profunda el comporta-miento interno de los átomos. ¿ Y por qué no? Tal vez en el futuro esta tecnologí a encuentre
Antecedentes de las
computadoras personales
En 1940, Howard Aiken, un matemático de la Universidad de Harvard, diseñó una máquina que fue considerada la primera computadora digital, porque trabajaba con estados lógicos y presen-taba un principio de programación; esto es, la má -quina podí a adaptarse a distintas condiciones operativas por medio de instrucciones externas suministradas por el usuario. Sin embargo, se trataba de un rudimentario modelo construido con partes mecánicas en el que la secuencia de instrucciones para la resolución de problemas, debí a ser alimentada a cada paso mediante un rollo de papel perforado.
No obstante, en 1945, el mismo A iken
cons-EL SURGIMIENTO
DE LA PC
EL SURGIMIENTO
DE LA PC
E n este ar tículo, har emos un breve
r ecordator io de la trayector ia que ha
seg uido la platafor ma de
computador as person ales del
estándar mundialmente conocido
como PC , desde su pr esentación al
pú bli co a pr inci pi os de los años 80
hasta las g ener aciones actuales,
cuyas prestaciones son
sor pr enden tes. E sta lectu ra, es una
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per sona qu e des ee i ntr oduci r se al
apasi onante mundo de la r epar ación
de computador
ale
Leopoldo Par r a R eynada y
Felipe O r ozco Cu autle
do basándose en los conceptos de John Von Neu-mann, uno de los matemáticos más notables del siglo. En este nuevo modelo las instrucciones eran almacenadas en una memoria interna, li-berando así a la computadora de las limitacio-nes de velocidad y permitiéndole resolver pro-blemas sin tener que reiniciar la operación de la máquina.
Y aunque en apariencia este planteamiento era sencillo, en la práctica dio origen a toda una revolución en los procesos cibernéticos, pues sentó las bases teóricas para la construcción de máquinas de propósito general.
El rápido avance de la tecnologí a permitióque en la Universidad de Pennsylvania se constru-yera la primera computadora electrónica en 1946. Esta máquina - que utilizaba 18,000 vá lvu-las de vací o-, recibió el nombre de ENIAC, por las siglas de
Electronic N umerical Integr ator And
Computer
(figura 1).La ENIAC ocupaba una habitación entera, necesitaba un sofisticado sistema de refrigera-ción y sólo podí a ser manejada por especialistas profesionales. Además, requerí a un servicio constante, pues aproximadamente cada hora
ba un proceso de localización y corrección del problema; sin embargo, era capaz de efectuar varios cientos de operaciones por minuto, lo que representaba una velocidad extraordinaria para la época.
El uso del transistor en los años 50 no sólo per-mitió compactar los diseños de las computadoras -que por entonces empezaron a ser vendidas entre las grandes empresas-, también sirvió para incrementar su versatilidad lógica (figura 2).
En los años 60, con el desarrollo de los cir-cuitos integrados, continuó esta tendencia ha-cia la compactación y se incrementó la veloci-dad y capaciveloci-dad informática de las computadoras a lo que se sumó un relativo abaratamiento. Además, esta nueva tecnologí a permitió incluir en una sola pastilla de silicio los componentes que constituyen el núcleo de una computadora: la unidad lógica-aritmética [ALU], los registros, los controles de direcciones, el
timer
, etc., sec-ciones que originalmente se construí an de ma-nera independiente con dispositivos discretos, dando así origen al microprocesador, un revolu-cionario dispositivo que actualmente es la base de las computadoras personales (figura 3).En 1969 la compañí a Intel produjo un
chip
de memoria de 128 bytes, el de mayor capacidad en suépoca. Como Intel tuvoéxito en el diseño y manufactura de este integrado, la compañí a japonesa Busicom, fabricante de calcul adoras, le solicitó producir doce diferenteschips
lógicosEn esta imagen se muestra a la ENIAC, primera
calculadora electrónica del mundo. Sus dimensiones en metros eran de 30 x 3 x 1 de largo, alto y fondo,
respectivamente. Pesaba unas 30 toneladas e incluía alrededor de 18 mil válvulas de vacío.
Fotografía de la primera computadora transistorizada con
programa residente, la MIT Lincoln Laboratory TX-0.
Figura 1
ingenieros de Intel, más que producir los doce
chips
separados, decidieron incluir todas las fun-ciones deéstos en una sola pastilla, dando ori-gen de esta manera a un circuito multipropósito controlado por un programa que se podí a apli-car a diversos modelos de calculadoras.Esta idea representó la integración de las sec-ciones de proceso de datos de una computadora en un solo
chip
y constituyó el antecedente di-recto de los modernos microprocesadores.Justamente, el primer microprocesador, el 4004, fue introducido en 1971 y tení a un bus de datos de 4 bits (como dato anecdótico, este in-tegrado era tan primitivo que su tapa superior era de madera). Posteriormente surgieron otros dispositivos como el 8008 y el 8080, ambos de 8 bits, lanzados exitosamente al mercado por Intel en 1972 y 1973 respectivamente.
Las computadoras personales en los 70
A pesar de los progresos tecnológicos que per-mitieron una mejor capacidad de cálculo, me-nores dimensiones, gran almacenamiento de datos, mayor facilidad de uso y otras ventajas más, las computadoras electrónicas permanecie-ron limitadas durante unos 40 años a las gran-des corporaciones, universidagran-des y dependen-cias del gobierno, debido a los elevados costos de los equipos y a que su operación requerí a de cierta especialidad.
Con la invención del microprocesador, fue cuando surgieron las primeras computadoras de tipo personal dirigidas más bien a un público
Concretamente, gracias a la introducción del procesador 8080, un dispositivo diez veces más rápido que el 8008 y con capacidad de direccio-nar 64 KB de memoria, la empresa MITS intro-dujo en 1975 un
k it
que es en la actualidad con-siderado la primera computadora personal: el modelo A ltair.Esta pequeña computadora incluí a una arqui-tectura abierta (basada en ranuras o
slots
) que permití a conectar varios aditamentos y perif é ri-cos de otras marcas, lo que inspiró a otras com-pañí as a escribir programas para el usuario (in-cluyendo el sistema operativo CP/ M y la primera versión de Microsoft Basic), evitándole con ello la necesidad de dominar ciertos lenguajes de pro-gramación para escribir su propio software.También son célebres diversos modelos de los años 70, como la Timex-Sinclair, la Atari, algu-nos diseños de IBM (poco exitosos y muy caros) y las Apple I y Apple II, de Apple Computer, em-presa fundada por Steve Wozniak y Steve Jobs en un garage, y que ha hecho historia junto con IBM, Microsoft, Intel, Lotus, Motorola, Zilog, Sun y muchas empresas más del mundo de la com-putación.
A pesar de la variedad, hacia 1980 el univer-so de las microcomputadoras estaba dominado básicamente por dos tipos de sistemas:
1) El Apple II, con un gran número de usuarios y una importante base de software que crecí a rápidamente (figura 4A).
2) Un sistema más sencillo que giraba en torno al original M ITS A ltair (4B), el cual se basaba
El 4004 de Intel, primer microprocesador fabricado en el mundo.
El Pentium MMX, uno de los más recientes microprocesadores de Intel.
1 2
dose en
slots
de expansión y en el empleo del sistema operativo CP/ M. No obstante, eran máquinas construidas por varias compañí as y se vendí an con diversos nombres aunque, en esencia, utiliz aban el mismo software y el mis-mo hardware i nterconectable. Precisamente dichos conceptos -que por entonces no fue-ron apreciados con toda su potencialidad-, contribuyeron a sentar las bases para el sur-gimiento de la revolucionaria PC.Mención aparte merece el sistema diseñado y construido por Commodore (4C). Durante mu-chos años, la famosa y popular Commodore 64 fue la computadora hogareña por excelencia, ya que su precio accesible y la amplia disponibili-dad de programas con que contaba la hicieron el modelo más exitoso en la historia de la com-putación; incluso, a la fecha es poco probable que algún modelo especí fico de computadora lle-gue a la cifra de millones de unidades que al-canzaron las ventas de esta máquina.
La Commodore 64 estuvo concebida para aplicaciones de juegos con capacidad de síntesis musical y colores. Al igual que muchos modelos de su época, podía adaptarse al televisor. Estaba basada en el
microprocesador 6510 de Mos Technology y su sistema operativo era el Kernal, propio de Commodore.
C
En esta imagen se muestra el modelo Apple IIe, una variante mejorada del modelo Apple II. Esta computadora estaba basada en el
microprocesador 6502A de MOS Technology.
A
Modelos de computadoras de la firma inglesa Amstrad de finales de los años 70. Ambas se basaban en el entonces popular microprocesador Z-80 de Zilog y podían ejecutar programas de aplicaciones escritos para el también entonces popular sistema operativo CP/M de Digital
Research.
Infortunadamente para la compañí a, el pú bli-co se quedó con la falsa idea de que Commodore sólo producí a "máquinas para jugar", lo que en cierto modo fue fatal para su plataforma A miga de finales de los 80, a pesar de sus evidentes adelantos técnicos.
El surgimiento de la IBM PC
Precisamente hacia fines de los 80, el mercado de computadoras personales de bajo costo co-menzó a crecer rápidamente, por lo que IBM decidió competir de manera más agresiva en ese segmento de máquinas. Para ello, estableció en Florida una división especial independiente, que no estuviera sujeta a la estructura burocrática que representaba la propia organización. Fue así como surgió la IBM PC (
I B M Personal Computer
), en agosto de 1981.Gran parte del diseño de la PC estuvo influen-ciado por el DataMaster, un modelo anterior de IBM cuyo diseño se basaba en piezas sencillas con
display
y teclado integrados en la unidad. Pero además, la IBM PC tuvo una considerable influencia de los estudios de mercado, pues los diseñadores analizaron los estándares prevale-cientes, aprendieron de los éxitos de aquellos sistemas e incorporaron en su diseño las carac-terí sticas tecnológicamente más relevantes y de mayor difusión.Con esto, IBM pretendí a aprovechar la diná -mica del mercado y reunir en torno a su proyec-to a fabricantes y tecnologí as ya existentes para impulsar juntos una plataforma y establecer de manera definitiva un estándar.
Para ello -entre otras medidas-, contrató de manera externa los lenguajes y sistemas operativos de Microsoft, por entonces una pe-queña firma, y acordó incluir su sistema opera-tivo DOS en los modelos PC.
Originalmente, IBM estableció contacto con Digital Research, creadora del sistema operati-vo CP/ M y del actual DR-DOS, pero ambas em-presas no llegaron a ningún acuerdo pues, se dice, el gigante azul tení a fama de imponer sus condiciones y, por su parte, el propietario de Digital no apreció las potencialidades del nuevo
tenido sus productos. Hechos elementales que dieron rumbo a la historia.
La plataforma PC
La IBM PC original incluí a un microprocesador Intel 8088 con 16KB de RAM (expandibles a 256KB) y una unidad de disco flexible de 5+ pul-gadas de 160 KB de capacidad. Y aunque la uni-dad de sistema incluí a los circuitos para el ma-nejo del monitor y el teclado, estos dispositivos se vendí an por separado. Su precio inicial era de alrededor de 3,000 dólares, cifra que en la ac-tualidad puede parecer excesiva, pero no en aquella época al compararla con el costo de máquinas de desempeño similar.
En realidad, el modelo IBM PC no duró mu-cho en el mercado, prácticamente sobrevivió al perí odo de presentación de la plataforma, ya que en poco tiempo se le hicieron algunas mejoras, sobre todo en el manejo de memoria -la canti-dad máxima permisible aumentó hasta 640KB- , en la sustitución de la unidad de
floppy
de 160 KB por una de 360 KB de capacidad y en la posi-bilidad de incluir un disco duro de 10 MB, capa-cidad inimaginable para los estándares de la época (figura 5).Como resultado de estas pequeñas variantes, el estándar tomó el nombre de IBM PC-X T (
Per- sonal Computer- Extended Technolog y
); sin embar-go, también cumplí a con la principal virtud de la plataforma: su arquitectura abierta.Uno de los primeros discos duros. Compare su tamaño con
Fí sicamente, la arquitectura abierta ha depen-dido de un bus de expansión en la tarjeta madre al que se pueden conectar tarjetas y perif éricos de distintos fabricantes, siempre y cuando res-peten el estándar. Esto permitió que diversas compañí as se dedicaran al ensamblado de sus propias máquinas aprovechando el mismo micro-procesador, los mismos
chips
controladores, unidades de disco similares, etc. Y es así como surgen los llamados "clones" o "compatibles".Un clon es una computadora que en todos sus aspectos se comporta según el estándar estable-cido por la PC de IBM , pero sin l a marca original y muchas veces con un precio muy moderado. Gracias a estas posibilidades, se abrió un pano-rama muy prometedor en la industria de la com-putación, a lo que contribuyó el desarrollo de la industria de software mediante programas como procesadores de texto, hojas de cálculo, bases de datos, dibujo, imprenta de escritorio, juegos y muchas más categorí as.
En la actualidad, cada vez es más dif í cil pre-cisar el término "compatible" debido a que las diferencias que originalmente llegaron a existir han desaparecido conforme el desarrollo de las nuevas generaciones de computadoras PC las cuales, incluso, han enriquecido al propio está n-dar de IBM. Sin embargo, puede decirse que una computadora es compatible si es capaz de eje-cutar los programas que se han diseñado para la IBM PC, si posee una estructura básica similar a la X T original y si los protocolos de comunica-ción interna cumplen con los requisitos del estándar.
Cabe mencionar que la PC no es laúnica pla-taforma de computadoras personales, pero sí es la predominante por su amplia gama de aplica-ciones, a diferencia de otros formatos como Macintosh, Sun, Amiga y Silicon Graphics, cuya orientación en la práctica es más especializada, sobre todo en lo referente al tratamiento de grá -ficos, al procesamiento masivo de información, la animación en tres dimensiones, etc. De he-cho, las máquinas PC o compatibles abarcan aproximadamente el 85% del mercado mundial de computadoras.
En resumen: se llama computadora PC o
com-das siguiendo los lineamientos marcados por IBM -y algunas otras compañí as que han contri-buido a enriquecer el estándar-, y que son capa-ces de ejecutar todos los programas que se han producido para esta plataforma.
Hay marcas muy reconocidas en el ámbito mundial que garantizan una total compatibili-dad, entre ellas se encuentran la propia IBM, Compaq, Acer, Dell, Di gital Equipment, Hewlett-Packard, etc.; no obstante, las máquinas ensam-bladas con componentes independientes en for-ma general también aseguran la compatibilidad.
Generaciones de computadoras PC
Las computadoras PC han evolucionado al rit-mo del desarrollo de los microprocesadores de Intel y de los clones derivados de las propias ge-neraciones de estos circuitos (tabla 1). Como ya lo mencionamos, la primera PC incluí a un cir-cuito 8088, el cual era muy avanzado para su época al permitir el manejo de datos e instruc-ciones a 16 bits cuando lo común eran palabras de 8 bits y una administración de memoria muy superior a la de los microprocesadores de otras compañí as.
A pesar de ello, con el tiempo se mostraron diversas limitaciones para la expansión de la pla-taforma. En el aspecto del manejo de memoria, por ejemplo, el 8088 sólo soportaba un máximo de 1 MB de RAM y lo que en principio fue una magnitud extraordinaria, pronto fue insuficiente. Hay que mencionar que algunos fabricantes decidieron producir máquinas compatibles con la IBM PC, pero empleando el microprocesador 8086, el cual tení a ciertas ventajas sobre el 8088. Sin embargo, como el núcleo interno del dispo-sitivo es el mismo, estas máquinas se ubicaron dentro de la categorí a de las XT.
Al poco tiempo que surgió la IBM PC-XT, Intel produjo un nuevo dispositivo, el 80186, cuyo objetivo de reemplazar al 8088 resultó un total fracaso. Si bien, el nuevo circuito poseí a algu-nas caracterí sticas que lo hací an superior al 8088, entre ellas una mayor velocidad de proce-so, funciones de control construidas dentro del
chip
(se dice que el 80186 fue el primer intentogrado”, pero resultaba un concepto demasiado revolucionario para laépoca) y algunas instruc-ciones adicionales que facilitaban ligeramente la tarea de programación, también es cierto que no sol ucionaba la principal limitante del 8088; a saber, el lí mite de 640 KB de RAM que podí an ser utilizados por los programas. Por todo lo anterior, aunque sí se fabricaron algunas computadoras cuyo microprocesador central era el 80186, en realidad es un
chip
que no figura en la historia de la plataforma PC (en la actualidad ha habido un resurgimiento de este integrado, aunque su campo de aplicación se ha reducido a tarjetas controladoras de discos o deprotoco-los de comunicación, y para sistemas de control industrial).
El siguiente microprocesador que se empleó en las PC fue el 80286, el cual eliminaba la ba-rrera de 1 MB para llegar a la impresionante can-tidad de 16 MB. Esta caracterí stica, sumada a una mayor velocidad, perif éricos más efectivos y mayor capacidad de proceso, permitió que la plataforma PC se convirtiera realmente en una plataforma alternativa de los sistemas informá -ticos avanzados. En esta generación, la capaci-dad de las unicapaci-dades de disquete aumentó de 360 KB a 1.2 MB, mientras la capacidad de almace-namiento del disco duro alcanzó los 40 MB de
C P A M R O F A T A L P A L N E S O D A Z I L I T U S E R O D A S E C O R P O R C I M S O L E D N O I C U L O V E -A R E N E G N O I C -O R P O R C I M R O D A S E C -N E I M A Z N A L o t i u c r i c ( O T ) l e t n I e d E D O R E M U N -S I S N A R T S E R O T e d o t i u c r i c ( ) l e t n I E D D A D I C O L E V A M I X A M J O L E R A T S E N E -A R E N E G N O I C A I R O M E M A M I X A M -C E R I D E L B A N O I C S U B O N R E T N I E D S O T A D S U B O N R E T X E S O T A D E D a r e m i r P 8086,8088de s e n o l c y l e t n I 1979 29mli 8MHz 1MB 16bits 8btis a d n u g e S 80286deIntely s e n o l c 1982 134mli 12MHz 16MB 16bits 16bits a r e c r e T Intel386yclones 1985 275mli 40MHz B G 4 ) X D s e n o i s r e v ( B M 6 1 ) X S s e n o i s r e v ( s t i b 2 3 s t i b 2 3 s e n o i s r e v ( s t i b 6 1 ) X D s e n o i s r e v ( ) X S a t r a u C s e n -o l c y 6 8 4 l e t n I r o p s o d a c i r b a f s a x e T , D M A , s t n e m u r t s n I . C M U , x i r y C M B I e n o s m o h T 9 8 9 1 1.2millones 133MHz 4GB 32bits 32bits a t n i u Q y l e t n I e d m u t i n e P s o d a c i r b a f s e n o l c y ) 6 8 x 6 ( x i r y C r o p ) 5 K ( D M A 3 9 9 1 3.1millones 200MHz(Junio ) 6 9 9 1 e d 4GB 32bits 64bits a t n i u Q ) a d a r o j e m ( e d X M M m u i t n e P l e t n I 1997 4.5millones o r e n E ( z H M 0 0 2 ) 7 9 9 1 e d 4GB 32bits 64bits a t x e S e d o r P m u i t n e P s e n o l c y l e t n I r o p s o d a c i r b a f D M A y ) 2 M ( x i r y C ) 6 K ( 5 9 9 1 5.5millones z H M 0 0 2 e d e r b m e i v o N ( ) 5 9 9 1 B G 4 32bits 64bits
forma tí pica (si se tení a la disponibil idad de can-tidades ilimitadas de dinero, se podí a adquirir un disco de hasta 150 MB, el cual podí a costar miles de dólares).
La tercera generación de computadoras PC se basó en el microprocesador 80386, el primero de 32 bits y con la capacidad de un manejo de memoria para la ejecución de dos o más aplica-ciones simultáneas y sin interferencia mutua, ca-racterí stica conocida como "memoria protegida". En esta generación de microprocesadores se apoyaron los ambientes gráficos para su expan-sión, como el mundialmente famoso Windows de Microsoft y el OS/ 2 de IBM. También la capa-cidad de almacenamiento de los discos duros aumentó hasta aproximadamente 120 MB de forma tí pica y las unidades de disquete de 5+ de pulgada fueron reemplazados por un nuevo medio de almacenamiento: el disquete de 3+ de pulgada y 1.44 MB de capacidad. Al mismo tiem-po apareció el estándar VGA para el manejo de gráficos el cual se conserva hasta nuestros dí as aunque, obviamente, mejorado.
La cuarta generación de máquinas PC utilizó el procesador 486, una variante del 386 con mayor velocidad y capacidad para manejo de datos y con un coprocesador matemático interconstruido (en las versiones DX), recurso que acelera notablemente determinadas aplica-ciones (CAD, hoja de cálculo, etc.) que recurren a las operaciones de punto flotante.
En esta generación de microprocesadores Intel, por primera vez, copia algunas caracterí s-ticas avanzadas de algunos micros de marcas competidoras como son las múltiples ramas de proceso, el caché interno, los circuitos de pre-dicción de ejecución, etc., lo que pone a estos microprocesadores casi en el mismo nivel de una pequeña estación de trabajo de años anteriores, máquinas especializadas que costaban decenas de miles de dólares y cuya aplicación era muy limitada.
La quinta generación de las PC estuvo basa-da en el Pentium y dispositivos similares de otras compañí as (especí ficamente, el K5 de AMD y el 6X86 de Cyrix), los cuales ocuparí an el lugar del 586 en la nomenclatura X86. Estos dispositivos
del 386 y 486, acelerando la velocidad de proce-samiento de datos, lo que ha permitido acercar a la plataforma PC al desempeño de pequeños
mainframes
(computadoras muy desarrolladas para aplicaciones especí ficas).En esta generación también se superó con mucho la estructura inicial de la PC, pues se añ a-dieron dispositivos que permitieron a la compu-tadora ofrecer prestaciones adicionales. Concre-tamente, a la estructura básica de la PC (CPU + teclado + monitor + impresora) se le han agre-gado los siguientes elementos: un dispositivo apuntador (ratón o
trackball
), una palanca de jue-gos ojoystick
, una tarjeta de sonido para obte-ner audio con calidad de CD, un lector de CD-ROM y un fax-módem.También se mejoraron extraordinariamente las prestaciones gráficas del sistema, permitien-do desplegar resoluciones en pixeles por pulga-da de 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768 e incluso superiores, con profundidades de color que va-rí an entre los 256 colores hasta los 16.7 millo-nes. Precisamente para favorecer el desarrollo de esta nueva generación de máquinas “multimedia”, se desarrolló una “generación in-termedia”, consistente en dispositivos conocidos como MMX, los cuales poseí an instrucciones especiales para el manejo de aplicaciones con uso intensivo de gráficos y animaciones. Entre estos microprocesadores encontramos al Pen-tium MMX de Intel, al K-6 de AMD, al 6X86MX de Cyrix e IBM y el C6 de Centaur Technologies, y es tan bueno el desempeño de estos dispositi-vos que incluso hasta la fecha se siguen ven-diendo sistemas basados en algunos de estos integrados.
La sexta generación de computadoras perso-nales (en la cual estamos inmersos hasta la fe-cha) está basada en dispositivos como el Pentium II y el Celeron de Intel (estrictamente hablando, el primer microprocesador de sexta generación fue el Pentium Pro, pero este
chip
no tuvo el é xi-to esperado), el K 6-2 de AM D y el M- II de Cyrix. Estos sistemas definitivamente han desplazado casi por completo a l as tradicionales estaciones de trabajo basadas en microprocesadores tipo RISC, y han permitido que por primera vez losserio a la plataforma PC como un rival de consi-deración (incluso compañí as que tradicional-mente trabajaban con microprocesadores pro-pietarios, como Silicon Graphics, han anunciado que comenzarán a vender máquinas basadas en procesadores X86).
Estas máquinas poseen una potencia de cá l-culo tan grande que se calcula que un usuario hogareño, que tenga en su escritorio una má -quina de sexta generación y sus programas aso-ciados tiene en sus manos más potencia de cá l-culo que la de todas las computadoras que controlaron las misiones Apolo a la luna a fina-les de los 60 y principios de los 70.
Gracias a ello, la moderna PC ha dejado de ser exclusivamente una herramienta de apoyo a las tareas de escritorio, para convertirse en un verdadero centro de productividad, entreteni-miento, educación y comunicaciones. Las mo-dernas bases de datos, hojas de cálculo, imprenta de escritorio, creación y tratamiento de gráficos, la multimedia y el Internet son sol amente unos cuantos ejemplos de las posibilidades que ofre-ce esta máquina.
Como podrá suponer, el manejo de informa-ción tan variada (datos, audio, gráficos y video) ha demandado sistemas cada vez más podero-sos, con capacidades optimizadas para la trans-ferencia de información y con grandes cantida-des de memoria como apoyo al proceso. Esto no fue contemplado en la PC original, incluso hasta hace poco tiempo esas posibilidades te-ní an un ancla en la estructura rí gida de la plata-forma X86 de Intel, la cual sólo podí a manejar datos alfanuméricos en operaciones matemá ti-cas de baja complejidad (al menos el procesador central) o de alta complejidad con apoyo de un coprocesador matemático. Sin embargo, la apa-rición de microprocesadores cada vez más sofisticados y el desarrollo de nuevos y comple- jos sistemas operativos para trabajo profesional (como ciertas versiones de UNIX , el OS/ 2 de IBM, el Window s NT de Microsoft, etc.) han converti-do a la PC en una plataforma sólida para traba- jos cada vez más complejos. Por todo lo ante-rior, parece ser que el futuro de este tipo de computadoras está ampliamente asegurado por
Primera de dos partes
Primera de dos partes
CIRCUITOS DE
SOLDADURA
SUPERFICIAL
CIRCUITOS DE
SOLDADURA
SUPERFICIAL
O scar M ontoya Fi g ueroa
D e todos es conocido que la in dustri a
electr óni ca muestra un a fuer te
tendenci a a r educir el tamaño de los
aparatos. Pr in cipalmente, dich a
tendenci a descans a en la
miniaturizaci ón de los dis positivos, así
como en las avanzadas t écnicas de
interconexi ón en las placas de cir cui to
im pr eso. Justamente, en el presen te
ar t í culo h ablar emos de la tecnolog í a
de montaje su per ficial, en la que se
emplean compon entes de muy
reducidas dimensi ones, mism os que se
Antecedentes de los circuitos impresos
En los primeros aparatos o sistemas electró ni-cos, cuando la base de la electrónica eran las válvulas electrónicas, la interconexión de sus dispositivos se realiz aba montándolos sobre za-patas; es decir, en las terminales metálicas indi-viduales de éstas se soldaban las terminales de cada uno de los componentes. Y para interco-nectar las terminales de los dispositivos, se te-ní an que soldar cables conductores entre las ter-minales de las zapatas. Obviamente que esta técnica provocaba confusiones al momento de realizar las reparaciones, y además se requerí a
Con el desarrollo del transistor, el tamaño de los componentes se redujo considerablemente; a partir de ese momento pasó poco tiempo para que la técnica de montaje en zapatas se hiciera obsoleta, debido a las numerosas conexiones que tení an que realizarse. Se pensó entonces que quizá convení a colocar cables conductores pla-nos sobre una tablilla de material rí gido, para que así el cableado ocupara menos espacio y no tuviese que ser tan largo. Estas fueron las pri-meras versiones de lo que ahora conocemos como“circuitos impresos”.
Estructura de un circuito impreso
Un circuito impreso está formado por una tabli-lla de material rí gido, sobre la cual se dibujan conductores o pistas; éstas permiten la interco-nexión de los dispositivos electrónicos median-te la soldadura en las median-terminales de montaje o pads.
Tipos de circuito impreso
Los circuitos impresos varí an de acuerdo con la complejidad de los sistemas electrónicos en que son aplicados. Veamos de qué tipo pueden ser: 1) Los más sencillos son los de una cara, en cuyo
caso–como el nombre lo indica- las pistas se dibujan sólo sobre uno de sus lados; en los
pads
se realiz an perforaciones, y los compo-nentes se insertan en la cara que queda libre (figura 2B) y se sueldan en la que tiene las pistas –esto es, en el “lado soldadura”- (figu-ra 2C).2) Cuando se aumenta la complejidad de los cir-cuitos, la cantidad de dispositivos electró ni-cos insertados es mayor; y puesto que enton-ces aumenta también el número de conexiones por hacer, es necesario que se coloquen pistas conductoras en ambas caras de la tablilla (lo que amplí a la cantidad de posibles conexiones). A los circuitos de este tipo se les llama
true-hole
.Bulbo Zapata Cable Resistor Montaje de componentes sobre una zapata
Figura 1 Componente Circuito impreso Perforaciones Lado componente Lado soldadura Pistas PAD Soldadura
Montaje de componentes sobre circuito impreso de una cara
Para que en un
true-hole
las pistas de una cara se conecten con las de la otra, es preciso agre-gar cobre dentro de las perforaciones. De ahí que sea muy común encontrar perforaciones sin terminales de componentes, porque las mismas sirven sólo de puente entre una cara y otra del impreso (figura 3).3) Porúltimo, con l a finalidad de reducir elárea en que se construyen los circuitos impresos, y debido a las numerosas conexiones que deben hacerse en los circuitos integrados de alta escala de integración (VLSI), se diseñ a-ron los circuitos multicapa; internamente, éstos constan de varias hojas muy delgadas que contienen a las pistas y que son compri-midas en una sola tablilla rí gida; las conexio-nes entre los componentes y las diversas ca-pas de pistas se realizan mediante puntos multinivel (figura 4).
4) Gracias al desarrollo de la tecnologí a monolí -tica para la fabricación de circuitos integra-dos, en donde a partir de una curia de silicio y, por medio de técnicas como la fotoli-tograf í a, la difusión de impurezas y la tecno-logí a planar, se desarrollaron componentes más pequeños; y es por ello que actualmente pueden procesarse al mismo tiempo miles de circuitos. Esto hace que el costo por disposi-tivo sea muy bajo (figura 5).
5) Con componentes más pequeños, las termi-nales de conexión utilizadas para circuitos de tipo
true-hole
se volvieron innecesarias; aho-ra se prefiere soldar los componentes en elras de la tablilla, de forma que las terminales de ésta se unan directamente con los extre-mos de las pistas de conexión. A esta técnica de conexión de dispositivos electrónicos, se le conoce con el nombre de “tecnologí a de montaje superficial”.
Los dispositivos discretos de montaje superficial (transistores, diodos y resistencias) se constru-yen con tecnologí a planar, la cual básicamente consiste en transferir la imagen de una
mascari-Componente
Perforación de
conexión
Montaje de componentes sobre circuito impreso de dos caras (true hole)
Figura 3
Circuito integrado multicapa (multilayer)
lla a la oblea o sustrato de silicio; una resina sen-sible a la luz ultravioleta se emplea para crear las zonas de protección, mismas que a su vez forman las secciones de semiconductor de los dispositivos electrónicos.
Después se sigue un proceso de difusión de impurezas, con el que se consigue depositar en las diferentes capas el material P y N. A conti-nuación la oblea es horneada a unos 1,100º C, y se prueba cada uno de los circuitos. Por último, la oblea se recorta y se monta en un encapsulado especí fico para dispositivos de montaje de su-perficie.
Tecnologí a de montaje superficial
Podemos afirmar que la tecnologí a de montaje superficial es aquella técnica que sirve para su- jetar los componentes y los dispositivos sólo en la superficie del circuito impreso; no se utiliz an terminales ni perforaciones en el proceso, sino que el componente se suelda directamente en los extremos de las pistas.
Si observamos un circuito impreso de mon-taje de superficie, encontraremos perforaciones; mas éstas no son utilizadas para sujetar a los componentes, sino que sólo sirven como co-nexión entre las caras del circuito i mpreso.
Asimismo, el tamaño tan reducido de los com-ponentes y de los dispositivos ha hecho posible
yor cantidad por centí metro cuadrado, que en ningún otro tipo de tecnologí a.
Es importante señalar que la mayorí a de los circuitos electrónicos de montaje superficial emplean también componentes de tipo discre-to, como los que encontramos en los
true-hole
.Encapsulados y matrí culas
Para los circuitos de montaje superficial, en el mercado electrónico encontramos una amplia variedad de productos. A continuación haremos un recuento deéstos, con objeto de que el té cni-co de servicio sepa a cuál recurrir para hacer la sustitución de una pieza defectuosa.
Encapsulados para transistores múltiples
La tendencia de la industria es producir circui-tos impresos de tamaño pequeño y que utilicen dispositivos con múltiples funciones.
En el caso de los componentes discretos, ha sido posible reducir el área que ocupan en las tablillas; se han encapsulado, a manera de cir-cuitos integrados, varios de estos dispositivos. Esto, a su vez, ha permitido que se reduzcan los costos del ensamble de los circuitos.
Encapsulado SOIC para montaje de superficie, modelo 751B
16
1
Figura 5
Muchos de los dispositivos más populares se pueden conseguir en encapsulados tipo DIP, para montaje de superficie (a los encapsulados de montaje de superficie se les designa mediante las siglas en inglés SOIC).
Entre los elementos discretos empleados por este tipo de circuitos, se puede señalar a los tran-sistores bipolares -para pequeña señal tipo NPN
a l u c í r t a M VCEO s t l o V O B C V s t l o V E F h o m i n í M @ IcmA fTMHz @ IcmA A 2 2 2 2 Q P M M 40 75 40 500 200 20 9 6 3 2 Q P M M 15 40 20 100 450 10 A 7 0 9 2 Q P M M 50 60 50 500 200 50 7 6 4 3 Q P M M 40 40 20 500 125 50 5 2 7 3 Q P M M 40 60 25 500 250 50 9 9 7 3 Q P M M 60 60 300 0.5 60 1.0 4 0 9 3 Q P M M 40 60 75 10 250 10 6 0 9 3 Q P M M 40 40 75 10 250 10 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Encapsulado SOIC para montaje de superficie Modelo: 318-07 SOT-23
SOIC
Modelo: 318D SC-59
SOIC
Modelo: 318E SOT-223
SOIC Modelo: 419 SOT-323 1 2 3 4 1- Base 2-Emisor 3-Colector 1- Base 2-Emisor 3-Colector 1-Tierra (-) 2-Entrada 3-Salida Figura 7 Tabla 1
y PNP- y a los transistores de efecto de campo (FET) de tipo canal N y canal P.
En la tabla 1 especificamos los dispositivos de montaje de superficie en encapsulado mú lti-ple, los cuales están disponibles en configura-ciones NPN y PNP. Su encapsulado se muestra en la figura 6.
l a i c i f r e p u s e j a t n o m e d s e r o t s i s n a r T o v i ti s o p s i D Marca V(BR)CEO Mínimo hFE@Ic Máxi om mA T f o m i n í M z H M N P N o p i t , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 9 9 0 8 T B M M 1 T L A 6 4 8 C B 1 T L B 6 4 8 C B 1 T L 6 1 -7 1 8 C B 1 T L 5 2 -7 1 8 C B 1 T L 0 4 -7 1 8 C B 1 T L A 7 4 8 C B 1 T L B 7 4 8 C B 1 T L C 7 4 8 C B 1 T L A 2 2 2 2 T B M M 1 T L 4 0 9 3 T B M M 1 T L 1 0 4 4 T B M M 1 T L A 8 4 8 C B 1 T L B 8 4 8 C B 1 T L C 8 4 8 C B B K A 1 B 1 A 6 B 6 C 6 E 1 F 1 G 1 P 1 M A 1 X 2 J 1 K 1 L 1 0 8 5 6 5 6 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 0 4 0 4 0 4 0 3 0 3 0 3 0 0 1 0 1 1 0 0 2 0 0 1 0 6 1 0 5 2 0 1 1 0 0 2 0 2 4 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 2 0 2 4 0 0 3 0 2 2 0 5 4 0 5 2 0 0 4 0 0 6 0 2 2 0 5 4 0 0 8 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 2 2 0 5 4 0 0 8 0 . 1 0 . 2 0 . 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 5 1 0 1 0 5 1 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2 0 5 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 P N P o p i t , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 9 9 5 8 T B M M 1 T L A 6 5 8 C B 1 T L B 6 5 8 C B 1 T L A 7 0 9 2 T B M M 1 T L 6 1 -7 0 8 C B W 2 A 3 B 3 F 2 A 5 0 8 5 6 5 6 0 6 5 4 0 0 1 5 2 1 0 2 2 0 0 1 0 0 1 0 0 3 0 5 2 5 7 4 0 0 3 0 5 2 0 . 1 0 . 2 0 . 2 0 5 1 0 0 1 0 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2
También podemos encontrar por separado los transistores para montaje de superficie. En la fi-gura 7 vemos los encapsulados en que se fabri-can estos elementos.
Todos los encapsulados para transistores son de plástico, pues éste es un material que pro-porciona un excelente rendimiento aun en altas temperaturas y ante ambientes de elevada hu-medad. Estos encapsulados ofrecen además una gran capacidad de disipación de potencia para aplicaciones de pequeña señal.
Es importante mencionar que, a causa de sus reducidas dimensiones, en los circuitos de mon-taje superficial no puede grabarse la matrí cula completa a la que corresponden; por eso se uti-liza un método abreviado que permite identifi-carlos f ácilmente, y a este código se le conoce como“marca”.
Veamos ahora la tabla 2, en la que se
descri-de montaje superficial; ahí pueden consultarse sus caracterí sticas eléctricas, su tipo de encap-sulado y su“marca” de reconocimiento.
Transistores de prop
ó
sito general
En la tabla 3 señalamos transistores de propó si-to general; vea que son diferentes sus encap-sulados y sus caracterí sticas eléctricas.
Se ha diseñado un conjunto de transistores, cada uno de los cuales incluye dos resistores de polarización y es de propósito general; también se indican los valores de los resistores, para aquellos casos en que no se obtenga el reem-plazo directo. El arreglo puede construirse utili-zando componentes discretos, ya que así se lo-gra su reparación. El diagrama de polarización y la tabla de caracterí sticas de estos transistores se muestran en la tabla 4.
Como transistores de propósito general, tam-Tabla 2
l a r e n e g o t i s o p o r p e d s e r o t s i s n a r T o v i t i s o p s i D Marca V(BR)CEO Mínimo hFE@Ic Máximo mA T f o m i n í M z H M P N P o p i t , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 5 2 -7 0 8 C B 1 T L 0 4 -7 0 8 C B 1 T L A 7 5 8 C B 1 T L B 7 5 8 C B 1 T L 6 0 9 3 T B M M 1 T L 3 0 4 4 T B M M 1 T L A 8 5 8 C B 1 T L B 8 5 8 C B 1 T L C 8 5 8 C B B 5 C 5 E 3 F 3 A 2 T 2 J 3 K 3 L 3 5 4 5 4 5 4 5 4 0 4 0 4 0 3 0 3 0 3 0 6 1 0 5 2 5 2 1 0 2 2 0 0 1 0 0 1 5 2 1 0 2 2 0 2 4 0 0 4 0 0 6 0 5 2 5 7 4 0 0 3 0 0 3 0 5 2 5 7 4 0 0 8 0 0 1 0 0 1 0 . 2 0 . 2 0 1 0 5 1 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 0 2 0 0 2 0 0 1 0 0 1 0 5 2 0 0 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 N P N o p i t , D 8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T R -1 0 6 D S M 1 T S -1 0 6 D S M 1 T R -2 0 6 D S M 1 T R -8 2 3 1 D S M R Y C Y R W R D 1 5 2 5 2 5 2 0 2 0 1 2 0 9 2 0 2 1 0 0 2 0 4 3 0 6 4 0 4 2 0 5 3 0 . 2 0 . 2 0 5 1 0 0 5 0 5 1 0 5 1 0 0 2 0 0 2 P N P o p i t , D 8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T R -9 0 7 B S M 1 T S -9 0 7 B S M 1 T Q -0 1 7 B S M 1 T R -0 1 7 B S M R A S A Q C R C 5 2 5 2 5 2 5 2 0 1 2 0 9 2 5 8 0 2 1 0 4 3 0 6 4 0 7 1 0 4 2 0 . 2 0 . 2 0 5 1 0 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2 N P N o p i t , 2 0 -9 1 4 o d a l u s p a c n E 1 T R -A 9 1 8 1 D S M ZR 50 210 340 2.0 100 P N P o p i t , 2 0 -9 1 4 o d a l u s p a c n E 1 T R -A 8 1 2 1 B S M AR 45 310 340 2.0 100 n o i c a z i r a l o p e d s e r o t s i s e r n o c l a r e n e g o t i s o p o r p e d s e r o t s i s n a r T o v i ti s o p s i D Marca V(BR)CEO S T L O V o m i n í M c I @ E F h Ic A m Máximo 1 R m h O 2 R m h O N P N PNP NPN PNP Mínimo mA D 8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T 1 1 2 2 N U M 1 T 2 1 2 2 N U M 1 T 3 1 2 2 N U M 1 T 1 1 1 2 N U M 1 T 2 1 1 2 N U M 1 T 3 1 1 2 N U M A 8 B 8 C 8 A 6 B 6 C 6 0 5 0 5 0 5 5 3 0 6 0 8 0 . 5 0 . 5 0 5 0 0 1 0 0 1 0 0 1 K 0 1 K 2 2 K 7 4 K 0 1 K 2 2 K 7 4 Tabla 3 Tabla 4 3 Salida 1 Tierra Entrada 2 R1 R2
taje de superficie. En la tabla 5A tenemos una lista de JFETs que se utilizan generalmente como amplificadores de señales de radiofrecuencia en las bandas de VHF y UHF; en la tabla 5B, un lis-tado de transistores de propósito general que
señal pequeña, amplificadores de corriente di-recta, amplificadores de audio, amplificadores de baja frecuencia, interruptores de bajo voltaje y osciladores. A I C N E U C E R F O I D A R A R A P T E F J o v i ti s o p s i D Marca F N Yfs@VDS V(BR)GSS B d p y T f z H M s o h m m n i M s o h m m x a M Votls N l a n a c , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 9 0 3 J F B M M 1 T L 0 1 3 J F B M M 1 T L 0 1 3 U F B M M 1 T L 6 1 4 4 F B M M 1 T L 4 8 4 5 F B M M 1 T L 6 8 4 5 F B M M U 6 T 6 C 6 M A 6 M B 6 M H 6 5 . 1 5 . 1 5 . 1 2(3) 0 . 2 0 . 2 0 5 4 0 5 4 0 5 4 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 . 8 0 1 5 . 4 0 . 3 0 . 4 0 2 8 1 8 1 5 . 7 0 . 6 0 . 8 0 1 0 1 0 1 5 1 5 1 5 1 5 2 5 2 5 2 0 3 5 2 5 2 a t r e u p m o C -3 , e t n e u F -2 , e j a n e r D -1 l a n i m r e T L A R E N E G O T I S O P O R P E D T E F J o v i ti s o p s i D Marca V(BR)GSS V @ s f Y DS IDSS s o h m m n i M s o h m m x a M Votls A m n i M A m x a M N l a n a c , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 7 5 4 5 F B M M 1 T L 9 5 4 5 F D M M D 6 L 6 5 2 5 2 0 . 1 0 . 2 0 . 5 0 . 6 5 1 5 1 0 . 1 0 . 4 0 . 5 6 1 P l a n a c , 7 0 -8 1 3 o d a l u s p a c n E 1 T L 0 6 4 5 F B M M M6E 40 1.0 4.0 15 1.0 5.0 a t r e u p m o C -3 , e t n e u F -2 , e j a n e r D -1 l a n i m r e T Tabla 5 1 2 3 1 2 3
Encapsulado 318-07 Encapsulado 318E
4
A
HORNOS DE
MICROONDAS
HORNOS DE
MICROONDAS
Leopoldo Par r a R eynada
La tecnolog í a electr óni ca est á presente
en el hog ar, no sólo a trav é s de los
equi pos de audio y video, sin o en la
lí nea de electrodomé sticos; es el caso de
los modernos r efrig eradores y lavadoras,
que incluyen cir cuitos de control que
per mi ten un fu ncionamiento má s
eficiente o la in clusi ón de novedosas
pr estaci ones. Y qué decir del hor no de
mi croondas, que no tiene muchos años
de haber adqui rido el g rado de hermano
menor de la estufa y ya ri valiza con ella
en la cocci ón o calentamiento de los
comestibles. Par a saber c ómo funciona
este moder no aparato con air es del
pasado, dedicar emos el pr esen te
El calentamiento por microondas
Para iniciar el tema conviene plantearse una pre-gunta:¿cómo las microondas pueden constituir-se en una fuente de calor, de potencia suficiente para generar temperaturas capaces de llevar el agua al punto de ebullición y de permitir la coc-ción de los alimentos, inclusive sin que el reci-piente se caliente, salvo por la temperatura que el propio cuerpo le transmite?
Para responder a esta pregunta, tenemos que revisar algunos conceptos sobre electricidad y magnetismo, así como la acción que ejercen es-tas fuerzas sobre las moléculas.
En principio, hay que recordar que las molé -culas de cualquier material que pueda ser ca-lentado por microondas, siempre se encuentran polarizadas; es decir, en una de sus puntas se concentra una carga negativa y en otra una
car-ta de hidrógeno y oxí geno, y cada molécula de estos elementos contiene carga positiva y nega-tiva en sus puntas.
En condiciones normales, las moléculas del agua o de cualquier alimento siempre están po-larizadas al azar, como se muestra en la figura 1A. Pero si son expuestas a la acción de un cam-po electromagnético, se alinearán como se muestra en la figura 1B (recuerde que signos iguales se repelen y signos contrarios se atraen). Y si la dirección del campo electrostático se
in-vierte, la alineación de las moléculas también se invertirá conforme se muestra en la figura 1.C. Y aún más: si el campo electrostático cambia de polaridad rápidamente, el sucesivo reordenamiento que se induce en las molé
cu-ducirá en calor (como experimento, frote sus ma-nos rápidamente y compruebe cómo se incrementa la temperatura de su piel).
En un horno de microondas por lo general se manejan frecuencias de 2,450 MHz, lo cual sig-nifica que el campo electrostático generado se invierte y retorna a su posición original 2,450 millones de veces por segundo, suficientes para propósitos de cocimiento. Se ha elegido este número de oscilaciones porque es una de las fre-cuencias de resonancia de la molécula del agua, permitiendo así un rápido calentamiento.
Producción de una señal oscilante
Conviene ahora plantearse otra pregunta:¿cómo generar un campo eléctrico que cambie de pola-ridad a una frecuencia tan elevada? Para ofrecer una respuesta, recordemos el principio de ope-ración de dos componentes electrónicos está ti-cos, la bobina y el condensador, así como la ac-ción que se produce cuando se combina el efecto de ambos elementos.
Por nuestros estudios básicos, sabemos que un voltaje alterno se puede generar mediante un “alternador“, cuya construcción es similar a la de un motor, con un estator fijo y un rotor gira-torio (figura 2). En el primero podemos tener unos imanes permanentes y en el segundo unas bobinas; al momento en que el rotor comienza a girar, el campo magnético variable en su inte-rior genera en la salida de la bobina una señal de AC, cuya frecuencia está dada por la veloci-dad de giro del rotor. Si n embargo, la frecuencia máxima que se puede obtener con este tipo de arreglos es muy baja (apenas de unos cuantos KHz, en el mejor de los casos), y por lo tanto inaplicable en los hornos de microondas, requi-riéndose por consecuencia de otro proceso.
La corriente alterna también puede ser gene-rada por un“circuito resonante“, el cual se cons-tituye por una bobina de alambre y un capacitor conectados en paralelo. Ambos dispositivos al-macenan energí a pero en diferentes formas, de tal manera que cuando se conectan entre sí , y a su vez se conecta el conjunto a una fuente de energí a, se genera una corriente alterna.
Vea-+ + + + + + -- + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + A B C -+ + + + + + - + + - - + + - - + - + - + + - - + - + - + - + - + - + - + - + Figura 1
Primeramente recordemos que cuando una bobina es alimentada con una corriente elé ctri-ca, genera un campo magnético a su alrededor.
Este campo, a su vez, tiene un polo norte y un polo sur opuestos naturalmente, exactamen-te igual a como sucede en un imán permanente.
orientación del campo magnético también se in-vierte, y si la fuente de voltaje se corta sú bita-mente, el campo magnético en torno a la bobi-na se colapsa, es decir, se genera un voltaje en este elemento por un breve lapso, con lo que se mantiene fluyendo la corriente en la misma
di-180˚ 0 360˚ 90˚ 90˚ 270˚ 0 0 0 90˚ 90˚ 90˚ 180˚ 180˚ 180˚ 270˚ 270˚ 360˚ 0 0 N N N N N S S S S S Carga Inicio C o r r i e n t e C o r r i e n t e C o r r i e n t e C o r r i e n t e C o r r i e n t e Posición 1 Posición 2 Posición 3 Posición 4 Posición 5 Figura 2
en el campo magnético retorna al circuito. Y pre-cisamente, a esta capacidad de la bobina para almacenar energí a se le llama“inductancia“ (fi-gura 3).
Recordemos también que un capacitor ordi-nario está conformado por dos placas metálicas colocadas de manera muy cercana, aunque se-paradas por un dieléctrico que puede ser el pro-pio aire, papel, aceite, mica u otro material ais-lante. Si ambas placas se conectan en las terminales de una baterí a o fuente de energí a, quedarán cargadas una positivamente y la otra de manera negativa.
De acuerdo con estos efectos, si se conecta en paralelo una bobina con un capacitor se pro-duce el siguiente fenómeno: la energí a se alma-cena primeramente en el capacitor, no permi-tiendo el paso de la corriente sino hasta quedar completamente cargado, punto a partir del cual admite el flujo hacia la bobina, almacenándose la energí a en el campo magnético que la rodea hasta que el otro elemento se descarga, instante en el que se produce el colapso en este elemen-to, fluyendo la corriente por un momento más para volverse a cargar el condensador, aunque con una polaridad negativa. Ya completamente cargado, el condensador vuelve a descargarse a través de la bobina, repitiendo el proceso ante-rior pero en sentido contrario hasta volver a las condiciones iniciales (figura 4).
Y aunque un condensador y una bobina idea-les podrí an quedar oscilando indefinidamente, en realidad ambos dispositivos presentan una pequeña resistencia interna que va disminuyen-do gradualmente la amplitud de las oscil aciones producidas, hasta detenerlas por completo. Pre-cisamente, para que eso no suceda, debe propor-cionarse al par bobina-condensador una alimen-tación de corriente que compense las pérdidas ocasionadas por las resistencias parásitas, lo-grando ahora sí una oscilación continua y uni-forme.
Advierta que el principio de funcionamiento de un par bobina-condensador es muy sencillo; de hecho, esta configuración se ha venido util i-zando en forma intensiva desde hace más de un siglo, en algunas etapas involucradas en la
ge-obstante, en el caso especí fico de los hornos de microondas se requieren frecuencias muy ele-vadas (2,450 MHz, según mencionamos anterior-mente), las cuales no pueden ser producidas por un simple circuito resonante como el anterior.
S N Flujo de electrones -+ Polo norte Campo magnético Polo sur Figura 3 Figura 4
En este caso, la inductancia de la bobina y la capacitancia del condensador deben combinar-se en un solo elemento que produzca tanto el efecto inductivo de la bobina como el capacitivo del condensador; justamente, el dispositivo en-cargado de la generación de las frecuencias re-queridas en un horno de microondas es el magnetrón.
El magnetrón
El magnetrón es el componente fundamental de un horno de microondas. En la figura 5 se mues-tra una vista seccionada de este dispositivo, así como dos fotograf í as que ilustran su aspecto exterior y las partes en forma separada.
Natu-ralmente, la estructura de cada magnetrón varí a según el modelo del aparato al que pertenece, aunque en su configuración básica se incluye siempre unánodo, un filamento (con su respec-tivo cátodo) y una antena.
Como se muestra en la figura 6, el ánodo es una pieza ahuecada de hierro con ranuras abier-tas en una cantidad par, formando una especie de aspas o paletas apuntando hacia el filamento (cátodo) desde la pared exterior. La antena, a su vez, va conectada a una de las aspas del ánodo. Analizando el comportamiento de un par de aspas a muy altas frecuencias, puede deducirse que el material conductor que existe entre am-bas trabaja como si fuera una inductancia, mien-tras que el espacio vací o entre ellas se
compor-Imanes Antena Anodo de aspa Anodo Filamento Bobina de CHOKE Fotografía de magnetrón y figura con una porci ón en vista de corte,
mostrando los componentes internos. Figura 5
Antena
Anodo
Cavidad
Anodo de Fotografía delánodo del magnetrón (seccionado a la mitad),