SEC CIO NES FI JAS
Descarga de CD: Redes de Computadora. Cableadas en Inalambricas 16
Sección del Lector 80
ARTÍCULO DE TApA
processing y Arduino. FRITZING. Edición y Construcción de pCB 3
CURSO DE ELECTRÓNICA Etapa 4, Lección 6:
Los Amplificadores de Audio Digitales 17
MONTAJES
Montaje Destacado: Amplificador de 200W 29
Montaje Destacado: Amplificador de 260W con transistores 31
Amplificador Seguidor de 25W 32
Elevador de Octava para Guitarra Electrica 55
Generador de RF para pruebas y Ajustes 58
MANUALES TÉCNICOS
Qué es ARDUINO?- Kit de Trabajo y Entorno de Desarrollo 33
AYUDA AL pRINCIpIANTE
Luces de Alerta con pICAXE 49
MICROCONTROLADORES
El Mundo de los Microcontroladores.
Lección 10: programación de Funciones en Lenguaje MikroC 61
ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL
Los Sensores del Sistema Electrónico de Control de Motor: Interruptores y
Sensores de posición. primera parte 67
TÉCNICO REpARADOR
Funcionamiento y Reparación del Circuito Inverter 75
EDITORIAL QUARK Año 25 - Nº 289
OCTUBRE 2014
Vea en Internet el primer portal de electrónica interactivo.
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www.webelectronica.com.ar
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I REC TOR
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rduino
Bien, ami gos de Sa ber Elec tró ni ca, nos en con tra mos nue va men te en las pá gi nas de nues tra re -vis ta pre di lec ta pa ra com par tir las no ve da des del mun do de la elec tró ni ca.
Cuando en el año 2000 hice el primer acuerdo con Education Revolution para que PICAXE pudie-ra estar al alcance de todos los fanáticos de la electrónica de América Latina pensé que muchas otras empresas imitarían esta plataforma porque
resultaba una manera muy sencilla de aprender a programar microcontrola-dores.
PICAXE es un microcontrolador PIC al que la empresa Education Revo-lution le incluye (programa) una BIOS para que el nuevo elemento se pueda usar con el IDE o entorno de desarrollo llamado “Editor de Programas”. De esa manera, uno puede programar en diagramas de flujo, en assembler (y ahora también en C) y el editor de programas permite simular el archivo y hasta nos detecta y corrige errores para luego compilarlo en un lenguaje que entienda el microcontrolador y así poder guardar el programa que hici-mos en la memoria del micro.
Han pasado muchos años y he visto varios intentos para “imitar” a los PICAXE, pero hasta la fecha sigo pensando que es la mejor opción para los principiantes que desean adentrarse en el mundo de los microcontroladores; la principal desventaja es que el BIOS de PICAXE no es libre y si uno no consigue el componente “está frito”.
Una alternativa más que interesante, y que ha cobrado un papel prepon-derante en los últimos años es ARDUINO, una plataforma que, en principio, usa microcontroladores de la empresa Atmel y que posee un IDE muy ami-gable, pero que dista mucho de lo práctico que es el editor de programas para PICAXE. La gran ventaja de Arduino es que la BIOS que se debe gra-bar en el Atmel para que pueda operar en ARDUINO es libre (y por lo tanto también es gratis)lo que lo ha hecho muy popular, a tal punto que en la ac-tualidad existe una gran variedad de aplicaciones ligadas con ARDUINO. Una de ellas es Fritzing, un programa CAD – CAM, también libre, que per-mite editar circuitos y vincularlos con Arduino. Se trata de un programa bas-tante completo que permite el diseño de placas de circuito impreso con fun-ciones de autorruteo muy eficaces.
Es por todo lo dicho que en esta edición encontrará información intere-sante, tanto de Arduino como de Fritzing y la posibilidad de descargar mate-rial adicional y, por supuesto, los programas.
Luego más de una década de preferir a PICAXE y viendo el avance de de los últimos años de Arduino, debo confesar que ahora el amante de la electrónica cuenta con alternativas muy interesantes.
Hasta el mes Próximo
Ing. Ho ra cio D. Va lle jo
SABER ELECTRONICADi rec tor Ing. Ho ra cio D. Va lle jo
Pro duc ción
Jo sé Ma ría Nie ves (Grupo Quark SRL) Co lum nis tas:
Fe de ri co Pra do Luis Ho ra cio Ro drí guez
Pe ter Par ker Juan Pa blo Ma tu te EditorialQUarKS.r.l. Propietariadelosderechos encastellanodelapublicaciónmen-sualSabErElEctronica argentina: (GrupoQuarkSRL)San Ricardo2072,CapitalFederal, Tel(11)4301-8804 México (SISA):Cda.Moctezuma2, Col.Sta.Agueda,EcatepecdeMorelos, Edo.México,Tel:(55)5839-5077 ARGENTINA
Ad mi nis tra ción y Ne go cios Te re sa C. Ja ra (Grupo Quark)
Staff
Liliana Teresa Vallejo, Mariela Vallejo, Diego Vallejo Sis te mas: Pau la Ma ria na Vi dal Red y Com pu ta do ras: Raúl Ro me ro Video y Animaciones: Fernando Fernández
Le ga les: Fer nan do Flo res Con ta du ría: Fer nan do Du cach Técnica y Desarrollo de Prototipos:
Alfredo Armando Flores México Ad mi nis tra ción y Ne go cios Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero
Staff
Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regala-do, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José
Luis Paredes Flores Aten ción al Clien te Ale jan dro Va lle jo ate clien @we be lec tro ni ca .co m.ar
Director del Club SE: luisleguizamon@we be lec tro ni ca .co m.ar
Grupo Quark SRL San Ricardo 2072 - Ca pi tal Fe de ral
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Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se res pon sa bi li za por el con te ni do de las no tas fir ma das. To dos los pro duc tos o mar cas que se men cio nan son a los efec tos de pres tar un ser vi cio al lec tor, y no en tra ñan res pon sa bi li dad de nues tra par te. Es tá pro hi bi da la re pro duc -ción to tal o par cial del ma te rial con te ni do en es ta re vis ta, así co mo la in dus tria li za ción y/o co mer cia li za ción de los apa ra tos o ideas que apa re cen en los men cio na dos tex tos, ba jo pe na de san cio nes le ga les, sal vo me dian te au to ri za ción por es cri to de la Edi to rial.
númeroderegistrodePropiedadintelectualVigente:966999
EDITORIAL
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PcB
Cómo hacer sus propias placas de circuitos puede ser un desafío de enormes proporciones. Tiene que diseñar un circuito, probarlo en una placa, hacer el diseño de la placa, y después de
todo eso, usted todavía tiene que imprimir el proyecto y grabar en una placa virgen. Fritzing es un programa de automatización de diseño electrónico libre que busca ayudar a diseñadores y artistas para que puedan pasar de prototipos (usando, por ejemplo, placas de pruebas) a productos fina-les. Fritzing fue creado bajo los principios de Processing y Arduino, y permite a los diseñadores, artistas, investigadores y aficionados documentar sus prototipos basados en Arduino y crear esquemas de circui-tos impresos para su posterior fabricación. Además cuenta con un sitio web complementario que ayuda a compartir y discutir bosquejos y experiencias y a reducir los costos de fabricación.
Fritzing es un programa libre de código abierto suite de diseño de PCB que funciona en Windows, Mac y Linux. A diferencia de Eagle o KiCad, Fritzing tiene una interfaz sencilla y realista que hace que el diseño de circuitos resulte intuitivo. Además, es uno de los pocos entornos que permite construir proyectos con Arduino, lo que lo hace ideal para quienes quieran trabajar con esta plataforma.
L I U F
Fritzing presenta una interfaz fácil de usar para un flujo de trabajo rápido y fácil. Sus secciones incluyen el medio ambiente:
La vista del proyecto – Aquí
tendremos o editaremos un circuito electrónico virtual que construiremos para luego editarlo en la placa, obtener el esquema eléctrico final o la vista PCB.
La paleta de Windows - Incluye
la Biblioteca, Inspector de Partes, Construcción, Historia y Navegación History.
El Creador de Partes - Es una
herramienta para modificar las partes o crear nuevas piezas para Fritzing
Nota: Para abrir el Creador de
pieza, seleccione el componente → Nuevo en el menú principal.
El Medio Ambiente Fritzing puede ser reorganizado por el usuario según sus necesidades y preferencias. Desde las diferentes secciones de la paleta de Windows se puede redimen-sionar, mover una pieza, mover un conjunto, ocultar, etc.
En la figura 1 podemos apreciar la pantalla inicial del programa.
VIsTA dELProyECTo oEsCrITorIo La vista del proyecto es donde el
circuito virtual se construye y se edita, normal-mente lo llamamos escritorio. Hay tres variantes para trabajar en el escritorio:
Vista protoboard, Vista esquema y Vista PCB.
Para alternar entre las vistas, simplemente haga clic en los “puntos de vista de navegación” o utilice el selector de vista (que se puede mostrar u ocultar a través de la ventana de la sección de la barra de
menús). Durante la edición de un circuito, utilizando cualquiera de los puntos de vista, los cambios ten-drán efecto en las tres vistas.
VIsTAProToboArd
Es donde el principiante suele iniciar el proyecto. Aquí usted puede construir fácilmente el circuito virtual, exactamente de la forma en que el circuito real se parece, de esta manera evitará errores que puedan producirse a lo largo de la
tran-Figura 1 – Pantalla inicial de Fritzing
sición de un esquema eléctrico a una placa de cir-cuito impreso. Una imagen de esta vista se puede apreciar en la figura 2.
VIsTAEsqUEMáTICA
En esta vista, como se observa en la figura 3, se muestra el circuito que se construyó en el “punto de vista protoboard” como un diagrama de circuito eléctrico, y es muy útil para aquellos que desean aprender los símbolos de circuito estándar. El flujo
de trabajo en esta vista es similar a la de la “vista PCB”.
VIsTAPCb
Le permitirá diseñar y exportar los doc-umentos necesarios para la produc-ción de una placa de circuito impreso. La vista de PCB cuenta con una fun-ción de autorruteo que le permitirá ahorrar mucho tiempo, figura 4.
LAPALETA dEWIndoWs
Las diferentes ventanas poseen una paleta de componentes, herramientas e información. Éstos elementos se pueden mostrar u ocultar a través de la ventana de la sección de la barra de menú.
Los modos que pueden ocultarse o verse son:
El Conmutador de Vista
Le permite cambiar entre las vistas de proyectos diferentes y tiene una barra como la mostrada en la figura 5.
La biblioteca Partes o Componentes
Tiene una selección de componentes electrónicos que directamente se pueden arrastrar y soltar sobre el escritorio, en cualquiera de las tres modalidades de “vistas”. Las piezas se disponen en recipientes.
Fritzing incluye una biblioteca central que cuenta con una buena colección de piezas, pero también le permite crear sus propios contenedores de piezas ("Mine" bin), para que pueda organizar las partes centrales de la forma que desee.
Por ejemplo, puede crear un cubo mientras tra-baja en un proyecto, donde se pondría sólo las partes involucradas en ese proyecto, o puede crear
Figura 3 – Vista de esquemas del Fritzing.
Figura 4 - Trabajando con la construcción de PCb.
Figura 5 - Menú para conmutar las formas de ver un proyecto en
un contenedor para un tipo específico de compo-nentes, como las resistencias. Esta función es útil para mantener el orden y obtener un acceso más rápido a los grupos de componentes o partes.
En la parte inferior de cada compartimiento, se pueden encontrar opciones para cambiar el modo de vista, así como la gestión de las piezas y los contenedores. Las diferentes opciones se pueden mostrar como iconos o en forma de lista.
Proporciona dos formas para ver los compo-nentes de la biblioteca:
Nueva: Se abre el creador de componentes. Importación: Le permite importar un
compo-nente de Fritzing,
Por otra parte la opción “editar” abre el Creador
Parte y le permite editar la parte seleccionada en el contenedor.
La opción “exportación” permite exportar el componente seleccionado.
La opción “eliminar” borra el elemento o compo-nente seleccionado y lo envía a la papelera.
TrAbAjAndo ConFrITzIng
Lo primero que debe hacer es descargar el pro-grama desde Internet. Vaya a la página de descarga Fritzing:
http://fritzing.org/download
Seleccione su sistema operativo y siga las
Figura 6 – Fritzing permite trabajar con Arduino.
instrucciones de la página para instalar en su com-putadora. Al instalar Fritzing, vendrá con todo tipo de bibliotecas de piezas o componentes. Hay com-ponentes básicos, como cables, botones, resisten-cias, etc. También hay componentes especiales como placas Arduino y sensores que pueden añadirse a sus diseños, figura 6.
PrIMErosPAsos
La primera vez que abra un proyecto Fritzing, comenzará en la pantalla protoboard como se muestra en la figura 7.
A la derecha de la pantalla esta la barra de menú con todos los componentes y opciones. Si un componente es personalizable, la mitad inferior de la barra de herramientas le mostrará las opciones de personalización disponibles para la parte específica, figura 8.
Lo primero que debe hacer es colocar un com-ponente.
Vamos a diseñar un circuito simple, como ejem-plo haremos el circuito de encendido de un LED. Necesitaremos una resistencia en nuestro circuito. Seleccione y arrastre la resistencia en el área de trabajo (escritorio), como se muestra en la figura 9. El cuadro de texto introductorio sobre el proto-board desaparecerá cuando usted ponga su primer componente.
Arrastre de la resistencia a la placa de pruebas (Protoboard) de modo que cada cable se conecte a una columna vertical en el tablero. Cuando un com-ponente realiza una conexión a una columna, toda la fila se vuelve verde como se muestra en la figura 10. La zona verde indica una conexión eléctrica entre los agujeros del protoboard.
PErsonALIzACIón dELProyECTo
Con nuestra resistencia seleccionada, podemos usar las opciones de la parte inferior de la barra de herramientas para cambiar el valor, la tolerancia y el espaciado que ocupará el componente, algo interesante es que podemos poner cualquier valor y la resistencia cambiará el color de sus bandas conforme al código de colores de las resistencias. En nuestro ejemplo ajustamos el resistor de 220 ohm. A continuación, tenemos que rotar la resisten-cia para establecer una conexión con el carril de tierra en la parte superior de la placa (protoboard). Para girar cualquier componente de la placa,
esquema o ficha de tablero, simplemente haga clic derecho y seleccione girar (también puede utilizar “ctrl+r”). El resistor rotará 90 grados, figura 11.
Figura 9 - selección de una resistencia para colocarla en el área de trabajo.
Figura 10- Al colocar el componente sobre el protoboard se ilumina en verde el circuito de
conexión.
Lo que sigue en nuestro proyecto es añadir un LED. Haga clic y arrastre el componente LED de la barra de herramientas a la derecha del área de tra-bajo, vea la figura 12.
Coloque el LED en el tablero, al lado de la resistencia, como se muestra en la figura 13, tam-bién podemos cambiar el color de este compo-nente.
Hasta ahora, la resistencia y el LED no están conectados. Observe que las líneas verdes no se toquen.
Al igual que en un tablero real, podemos añadir pequeños cables para realizar las conexiones que necesitamos. Coloque el puntero del ratón sobre un agujero del protoboard y observe que
se vuelve azul, figura 14. Esto significa que está listo para añadir un cable.
Haga clic en el orificio de placa y arrastre el cable que se está creando a la ubicación deseada. En nuestro caso, se conecta el extremo positivo del LED a la placa de pruebas de la fila superior, tal como se observa en la figura 15.
Haga clic y arrastre para añadir otro cable que conecta el lado negativo del LED a la resistencia, tal como se muestra en la figura 16. Eso es todo.
¡Nuestro circuito principal está listo!
Para finalizar el diseño, hay que añadir una fuente de alimentación,
para ello haga clic y arrastre el componente de batería de la barra de herramientas a la derecha en el área de trabajo, figura 17.
Coloque los cables de alimentación, como se muestra en la figura 18, con el positivo en la barra
superior y el negativo en el riel inferior.
El espacio entre los cables de la salida de la batería no encaja con la separación de los carriles de alimentación superiores protoboard. Para solu-cionar este problema, coloque el cable rojo a través
Figura 12 - Menú en el que se encuen-tran los LEds
Figura 13 - Ubicación del LEd en el tablero.
Figura 14 - Comenzando la colocación de un cable de conexión.
Figura 15- Fijación del cable de cone-xión, note los dos extremos.
de un agujero en la fila superior. Para cambiar el color de los cables haga clic derecho y seleccione color.
Ahora, haga clic y arrastre un cable desde el cable negativo de la batería a la fila inferior. Su conexión de la batería debe ser similar a la que hemos visto en la figura 18.
¡Felicitaciones!
Acaba de diseñar un circuito entero y todo lo hizo “arrastrando y soltando unos pocos compo-nentes”, lo que realmente hace el proceso más fácil, para poder ver las imágenes de la vida real de su circuito. La única desventaja es que no tiene emulador, pero si puede servir para demostra-ciones.
EsqUEMA
Mientras arrastrábamos componentes en el pro-toboard y añadíamos cables, Fritzing estaba ocu-pado haciendo un esquema exacto de su circuito. Para ver el circuito eléctrico seleccione el botón esquemático en la parte superior derecha de la pantalla, figura 19.
Figura 16 - Añadiendo otro cable de conexión.
Figura 17 - Ubicación de la fuente de alimenta-ción en la biblioteca de componentes.
Figura 18 - ¡Listo! el circuito está armado.
Figura 19 - Ahora debemos selec-cionar la vista como “circuito”.
Figura 20 - Al tener nuestro proyecto como esquema eléctrico aparece desordenado.
Aparecerá el circuito de la figura 20, que es correcto, técnicamente hablando. Fritzing se asegura de que todas las conexiones son correctas, pero la estética sigue estando fuera del alcance de una aplicación de escritorio. Note que los componentes han sido distribui-dos bien separadistribui-dos. Algunos pueden, incluso, estar fuera de la pantalla. Puede desplazarse utilizando la barra de desplazamiento en la parte inferior derecha del área de trabajo.
Una vez que encuentre todos sus componentes, hay que arrastrarlos y hacer zoom para tener una visión favor-able del circuito, de modo que se observe un escritorio como el de la figura 21.
Note que las conexiones están cruzadas entre si. Queremos orientar los componentes de manera que las líneas entre ellos sean tan cortas y rectas como sea posible. Para ello, haga clic con el botón derecho y utilice la opción “rotar” o haga “ctrl+r” para rotar sus componentes de manera que quede lo más correcto posible, por ejemplo, como se muesrra en la figura 22.
Una vez que las líneas son rectas y claras, acomode el esquema tanto como sea posible para que quede de forma similar a la mostrada en la figura 23. Ahora haga clic en el
botón AutoRoute, ubi-cado en el centro inferior del espacio de trabajo (figura 24) y tendrá esquema perfecto, como se muestra en la figura 25.
dIsEño dE LAPLACA dECIrCUIToIMPrEso(PCb) Ya estamos en condiciones de diseñar una “tableta electrónica real” o placa de circuito impreso. Haga clic en la pestaña de PCB en la parte superior derecha de la barra de herramientas (vea nuevamente la figura 19). Al igual que sucedia
Figura 21 - Trabajando con el zoom y con la posición se logra ubicar el circuito en el centro del área de trabajo.
Figura 22 - debe rotar los componentes para que el circuito quede visualmente estético.
Figura 23 - Imagen luego de acomodar los componentes y siendo las líneas rectas. Figura 24 - botón de
autorruteo
Figura 25 - Imagen luego de acomodar los componentes y siendo las líneas rectas.
con la vista “esquemático”, la opción de “vista PCB” tiene nuestros componentes dispersos y desaco-modados como muestra la figura 26.
Haga “zoom in” o “zoom out”, utilizando el scroll del ratón, sobre la pantalla y asegúrese de que pueda ver todos sus componentes, de modo simi-lar a como muestra la figura 27.
Arrastre los componentes, tal como lo hicimos cuando estábamos acomodando el circuito eléc-trico en la vista como esquema. Debe arrastrar todos los componentes de modo que queden ubi-cados dentro de la placa verde, figura 28.
Como el propósito de una placa de circuito impreso es hacer que ocupe el menor espacio posi-ble, vamos a reducir el tamaño del tablero verde hacia abajo hasta que haya espacio suficiente para los componentes. Para reducir el tamaño del tablero, simplemente haga clic en cualquier esquina y arrastre hacia el centro del tablero. En la figura 29 podemos ver cómo se ha reducido el tamaño de nuestro PCB.
Al igual que con el esquema, hay que mover y rotar los componentes (ctrl+r) de manera que las líneas entre ellos sean rectas y claras como se muestra en la figura 30. Estas líneas no son todavía las trazas de cobre en el diseño de la placa final, pero nos indican qué piezas necesitan ser conectadas.
Para generar las pistas, tenemos que hacer lo siguiente: haga clic en cualquier parte de la tarjeta
Figura 26 - Comenzando a trabajar en el diseño del circuito impreso
Figura 27 - Ubicando los componentes en el centro del área de trabajo.
Figura 28 - Colocación de los componentes dentro de la placa de circuito impreso.
Figura 29 - Conviene reducir l tamaño de la placa para que ocupe menos espacio
Figura 30 - El circuito ya se encuentra listo para generar las pistas de cobre.
verde y de clic a la parte inferior de la barra de her-ramientas donde encontramos las opciones de per-sonalización. Ir a "capas", desplácese hacia abajo y seleccione “one layer” (single-sided), figura 31. Las tabletas de circuitos hechos en fábricas grandes pueden tener un montón de capas de pis-tas intercaladas en el tablero. Pero debido a que nuestro circuito es simple y por una sola cara, ten-dremos nuestra placa PCB común y muy bajo pre-cio, dependiendo de cuál sea nuestro proyecto dis-eñaremos nuestras pistas de PCB de cobre en una sola capa.
Después de seleccionar un tablero de una sola cara, haga clic en el botón AutoRoute en la parte inferior central de la zona de trabajo (vea nueva-mente la figura 24). El programa trabajará un momento y luego tendremos nuestras pistas de cobre que por arte de magia han reemplazado a las líneas finas, tal como se puede apreciar en la figura
32. En este momento, téc-n i c a m e téc-n t e tienen un dis-eño de circuito en pleno fun-cionamiento y
está en condiciones de “fabricar” su placa física-mente. Pero antes de perder una placa o tablero virgen (revestido de cobre), tome unos minutos para asegurarse de que su tarjeta funcionará sin problemas.
Como puede deducir, el tema no termina aquí pero creemos que ya tiene los concimientos sufi-cientes para comenzar con sus propias prácticas. En futuros artículos continuaremos explicando el uso de este programa, especificamente para apli-caciones con placas Arduino.
¡Hasta el mes próximo! J
Figura 31 - Panel de con-trol para la generación de
las pistas. Figura 32 - Luego de presionar el botón Autorute se
Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de C.V., el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como lector de Saber Electrónica puede descargar este CD 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-1283”. Deberá ingresar su dirección de correo electró-nico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las ins-trucciones 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: TODO SOBRE
REDES DE PC
Capítulo 1 - Conceptos sobre Redes Capítulo 2 - Sistemas Operativos Capítulo 3 - Crear una red local en Windows
Capítulo 4 - Hardware de Redes Capítulo 5 - Internet
MÓDULO 2: INTRODUCCIÓN
AL CABLEADO DE REDES
Capítulo 1 - Qué es una red Capítulo 2 - Cómo crear una red Capítulo 3 - Cableado de Red
MÓDULO 3: CABLEADO Y
CONEXIONES DE RED
Capítulo 1 – Cableado: Introducción al cableado de redes Capítulo 2 – Cable Coaxial
Capítulo 3 - Par trenzado Capítulo 4 - Fibra Óptica
MÓDULO 4: CONFIGURACIÓN UNA RED
INALÁMBRICA
Teoría, práctica y videos de configuración
MÓDULO 5: ARMADO DE
REDES DE PC
Presentación en diapositivas sobre curso de redes
MÓDULO 6: PROBADOR DE
CONTINUIDAD DE CABLEADOS
Detalles de armado y funcionamiento de una herramienta imprescindible para el técnico
MÓDULO 7: INTERNET
RED DE REDES
Capítulo 1 - Un mundo sin Fronteras Capítulo 2 - Conexión por Internet Capítulo 3 - La Electrónica en Internet Capítulo 4 - Diccionario de Internet
MÓDULO 8: LA ELECTRÓNICA
DE LAS COMPUTADORAS
Capítulo 1 -Arquitectura de una PC Capítulo 2 - Actualizaciones Básicas Capítulo 3 - La Tarjeta Madre
Capítulo 4 - La Fuente de Alimentación Capítulo 5 - La Memoria RAM Capítulo 6 - La Tarjeta de Video Capítulo 7 - Los Microprocesadores Capítulo 8 - La Memoria BIOS y Chipset
MÓDULO 9: REDES DE PC
MODERNAS
Redes WAN, LAN, Topologías, El Protocolo TC / IP, Configuración fácil y avanzada de un Router WIFI, Cómo crear y configurar una red en Windows, Cableados de red
MÓDULO 10: CURSO DE
REPARACIÓN DE PC
Se incluyen los links para la descarga de CDs multimedia inter-activos del curso.
Redes de Computadora
Redes de Computadora
Cableadas e Inalámbricas
INTRODUCCIÓN
En la etapa anterior (Técnicas Digitales) hemos explicado có mo se pue de rea li zar un am pli fi ca dor di gi tal por PWM pe ro no in di ca mos có mo se ge ne ra, en la prác ti ca, una PWM par tien do de una se ñal ana ló gi ca. En es ta lección va mos a su ge rir al gu nos sim ples cir cui tos prác ti cos que el lector po drá si mu lar o cons truir real men te para entender el funcionamiento de los amplificadores de conmutación
La so lu ción de có mo di gi ta li zar un am pli fi ca dor uti li zan do se ña les PWM es una so lu ción a me dias, pe ro es lo que se es tá em plean do en la ac tua li dad y de be mos co no -cer el mé to do an tes de ex pli car al go más com ple to.
¿Por qué di go una so lu ción a me dias?
Por que la sec ción di gi ta li za da es mí ni ma. El pream pli fi ca dor si gue sien do tan ana -ló gi co co mo siem pre y al go más com ple jo de rea li zar por que co mo ex pli ca mos en la en tre ga an te rior, el fil tro de la eta pa PWM ge ne ra un re tar do de fa se que de be ser com -pen sa do en la se ñal rea li men ta da des de la sa li da, por que en ca so con tra rio po de mos di se ñar un bo ni to os ci la dor en lu gar de un am pli fi ca dor.
Por su pues to que la clá si ca eta pa de sa li da en cla se AB de sa pa re ce y con ellas se van las pér di das por efec to Jou le (di si pa ción en las re sis ten cias in ter nas de los tran sis to res de po ten cia) pe ro apa re cen las pér di das en el in duc tor del fil tro y de be mos en ton ces cons truir un com po nen te enor me y pe sa do pa ra ma ne jar po ten cias con si de ra -bles.
¿Qué ti po de cons truc ción fí si ca tie ne un fil tro PWM? ¿Ten drá mu chas vuel tas de alam bre fi no o po cas vuel tas de alam bre grue so? ¿Usa rá hie rro la mi na do?
En prin ci pio po de mos de cir le que su re sis ten cia in ter na de be ser mu cho me nor que la re sis ten cia del par lan te así que va te ner po cas vuel tas de alam bre grue so. Se -gu ra men te usa rá un nú cleo ce rra do ti po “E” “I” o dos “C” o to roi dal, pe ro no va a ser un nú cleo de hie rro la mi na do por que ese in duc tor es ta rá so me ti do a la se ñal PWM que co mo sa be mos es de una fre cuen cia de 50KHz apro xi ma da men te y con for ma rec tan
-ETAPA 4 - Lección 6
Los Amplificadores de Audio
DIGITALES
Los amplificadores de audio digitales, también conocidos como amplificadores de conmutación o amplificadores Clase D son amplifi-cadores electrónicos que, en contraste con la resistencia activa utili-zada en los modos lineales de los amplificadores clase AB, usan el modo conmutado de los transistores para regular la entrega de potencia. Este amplificador se caracteriza por una gran eficiencia (pequeñas pérdidas de energía) lo que trae consigo menos disipado-res de calor, reduciendo el peso del equipo. Además, si se requiere una conversión de voltaje, la alta frecuencia de conmutación permite que los transformadores de audio estorbosos sean reemplazados por pequeños inductores. En esta última lección estudiaremos a estos dispositivos electrónicos.
CARRERA: TÉCNICOSUPERIOR ENELECTRÓNICA Ud. está leyendo la sexta lección de la cuarta ecuartapa del Cur so de Elec tró ni ca Mul ti me -dia, In te rac ti vo, de en se ñan za a dis tan cia y por me dio de In ter net que presentamos en Saber Electrónica Nº 295.
El Cur so se com po ne de 6 ETA PAS y ca da una de ellas po see 6 lec cio nes con teo ría, prác ti cas, ta ller y Test de Eva lua ción. La es -truc tu ra del cur so es sim ple de mo do que cual quier per so na con es tu dios pri ma rios com ple tos pue da es tu diar una lec ción por mes si le de di ca 8 ho ras se ma na les pa ra su to tal com pren sión.
Al ca bo de 3 años de es tu dios cons tan tes po -drá te ner los co no ci mien tos que lo acre di ten co mo Téc ni co Su pe rior en Elec tró ni ca. Ca da lec ción se com po ne de una guía de es tu dio y un CD mul ti me dia in te rac ti vo.
El alum no tie ne la po si bi li dad de ad qui rir un CD Mul ti me dia por ca da lec ción, lo que lo ha bi li ta a rea li zar con sul tas por In ter net so -bre las du das que se le va yan pre sen tan do. Tan to en Ar gen ti na co mo en Mé xi co y en va -rios paí ses de Amé ri ca La ti na al mo men to de es tar cir cu lan do es ta edi ción se pon drán en ven ta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el vo lu men 1 de la primera etapa co rres pon de al es tu dio de la lec -ción Nº 1 de es te cur so (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impresa de la lección 1), el vo lu men 6 de di -cho Curso en CD co rres pon de al es tu dio de la lec ción Nº 6.
Para adquirir el CD correspondiente a cada lección debe enviar un mail a:
[email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 de la primera etapa es GRATIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instruccio-nes de descarga gratuita a: [email protected]
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 lección) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solicitarlo enviando un mail a [email protected]
gu lar. Se rá un trans for ma dor más pa re ci do a un trans for ma dor de pul sos de TV pe ro de ma yor ta ma ño, aun que to do de pen de de la po ten cia que se le es tá apli can do al par -lan te. Si Ud. es tá pen san do que ade más van a apa re cer las dis tor sio nes de bi das a la cur va de his té re sis del hie rro, lo va mos a tran qui li zar, por que no tie ne ma yor im por tan -cia la li nea li dad del in duc tor de fil tro.
MODULACION ANALOGICA Y MODULACION DIGITAL
Uno de los ma yo res atrac ti vos del am pli fi ca dor en cla se D es que su fun cio na mien -to pue de con si de rar se (con cier tas re ser vas) co mo di gi tal, ya que la am pli fi ca ción de la se ñal de au dio se lle va a ca bo me dian te el mues treo de la se ñal ana ló gi ca, ob te nien do una co di fi ca ción por an cho de pul so (tam bién lla ma da cuan ti za ción de 1 bit co -mo pa ra com pli car un po co más la co sa).
En ge ne ral, es ta co di fi ca ción PWM se lle va a ca bo de for ma ana ló gi ca me dian te la com pa ra ción de la se ñal de en tra da con una se ñal trian gu lar de fre cuen cia mu cho ma -yor que la fre cuen cia má xi ma de la se ñal de au dio, de ma ne ra que pue de evi tar se el fe nó me no de “alia sing” (ba ti do de las al tas fre cuen cias de la se ñal de au dio con la fun -da men tal de la PWM).
Da do que los sis te mas ac tua les de so por te y re pro duc ción de au dio es tán ba sa dos en pro ce sos di gi ta les (CD, DVD etc.), es pre ci so con ver tir pri me ro los da tos di gi ta les del dis co, al mun do ana ló gi co pa ra po der lle var a ca bo la am pli fi ca ción cla -se “D”. El em pleo de con ver ti do res D/A aña de dis tor sión a la se ñal de au dio, por lo que un pream pli fi ca dor y una eta pa de po ten cia cui da do sa men te di se ña da pue den re sul tar inú ti les fren te a un con ver sor D/A de ma la ca li dad. La ven ta ja del am -pli fi ca dor en cla se D es que la se ñal di gi tal de en tra da pue de ser am pli fi ca da sin la ne ce si dad de con ver ti do res, me dian te el em pleo de dis tin tas téc ni cas de con ver sión PCM a PWM.
En es ta con ver sión es muy fre cuen te el em pleo de téc ni cas de “noi se sha ping” pa ra re du cir el rui do de bi do a la cuan ti za -ción de la se ñal, lo que me jo ra la dis tor sión ar mó ni ca to tal de ma ne ra sig ni fi ca ti va. Es ta téc ni ca se ba sa en una ecua ción de -ter mi nís ti ca que em plea un cuan ti za dor fi no em be bi do en un la zo de rea li men ta ción, pa ra con se guir al te rar la dis tri bu ción del rui do de cuan ti za ción in he ren te a la se ñal di gi tal, con el fin de ob te ner una me nor dis tor sión de cuan ti fi ca ción.
Me dian te el em pleo de un DSP es po si ble in te grar en un so lo dis po si ti vo el pro ce so di gi tal ha bi tual (fil tros, re tar dos, cros so vers, etc) y la am pli fi ca ción sin la ne ce si dad de em plear con ver ti do res D/A, es de cir pa san do di rec ta men te de PCM a PWM. Ver la fi gu ra 1.
Co mo se pue de ob ser var en los equi pos clá si cos de CD (el AI WA330 es el más co no ci do) la se ñal ori gi nal gra ba da en el dis co con el có di go de CD se de co di fi ca y se trans for ma en la clá si ca se ñal es te reo fó ni ca di gi tal o se ñal PCM que se pue de ob te ner en el co nec tor óp ti co, uti li za do pa ra co nec tar un am pli fi ca dor es te reo fó ni co con en tra da di gi tal del ti po de los uti li za -dos por los equi pos de mi ni disc de Sony.
FILTRO PWM REAL
En la en tre ga an te rior le in di ca mos las fór mu las pa ra cal cu lar el fil tro PWM. A con ti nua ción va mos a re sol ver un ca so prác ti co de un am pli fi ca dor de au dio (pa ra un par -lan te de 8 Ohm), de ban da com ple ta uti li zan do di chas fór mu las:
L1 = (1,41 . 8) / (6,28 . 20.000) = 89,8µHy C1 = 1 / (8,85 . 20.000 . 8) = .7 10-6 = .7µF
Es tos va lo res se pue den lle var a un si mu la dor Elec tro nics Work bench Mul ti sim pa -ra ve ri fi car el fun cio na mien to con un ge ne -ra dor de on da rec tan gu lar de 100kHz. Ver fi gu ra 2.
Se pue de ob ser var que la pri mer ar mó ni ca de la por ta do ra tie ne una am pli tud de pi co 500mV apro xi ma da men te cuan do la por ta do ra tie ne 10V de pi co, es de cir un 2,5% que es un va lor acep ta ble men te ba jo pa ra el par lan te.
EL MODULADOR PWM CON FILTRO REAL
Comenzaremos a estudiar cir cui tos pa ra que los pue da ar mar y pro bar. Le re cor da mos que son to dos cir cui tos ex pe ri men ta les crea dos por el au tor, por lo que su co men ta rio pue de con tri buir al me jo ra mien to de los mis mos. Ud. pue de ob ser var sim ple -men te es te capítulo,
pe ro la idea del au -tor al rea li zar lo es que ar me las si mu la cio nes y las prue -be. Si Ud. es alum no de un in dus trial de elec tró ni ca, in sis ta a sus pro fe so res pa ra que jun tos rea li cen las si mu la cio nes. Lo que Ud. pue de apren der rea li zan do las si mu la cio nes es in fi ni ta men -te ma yor a lo que pue de apren der le -yen do el ar tí cu lo sim ple men te.
La fi gu ra 2 que
uti li za mos pa ra pro bar el fil tro nos pue de re sul tar muy di dác ti ca pa ra en ten der el fun -cio na mien to del am pli fi ca dor PWM. La se ñal del ge ne ra dor es una se ñal rec tan gu lar de am pli tud cons tan te.
¿Có mo pue de ser en ton ces que ope re co mo fuen te de in for ma ción de au dio en un sis te ma real?
Por que cam bia el tiem po de ac ti vi dad de acuer do al so ni do.
Ima gi ne mos que Ud. quie re es cu char una se ñal muy sen ci lli ta. Un to no de au dio de 1kHz de ba ja am pli tud. El mo du la dor ge ne ra una por ta do ra de por ejem plo 100kHz y co mien za a cam biar le el tiem po de ac ti vi dad de mo do que va ríe por ejem plo de 40% a 60% en 1ms (que es el pe río do de una se ñal de 1kHz) pa san do por to dos los va lo res in ter me dios, in clu yen do el 50% del tiem po de ac ti vi dad, que es cuan do la si nu soi -de -de 1kHz pa sa por ce ro. Pa ra en ten -der per fec ta men te el con cep to, va mos a si mu lar el cir cui to del mo du la dor al que va mos a car gar con un fil tro sen ci llo ti po RC pa ra co -nec tar multímetro di gi tal que mi da la sa li da fil tra da. Ver la fi gu ra 3.
Co men ce mos ex pli can do que un com pa ra dor es un CI ana ló gi co que de tec ta cuan -do la en tra da (+) es más al ta que la en tra da (-) ge ne ran -do un es ta -do al to en su sa li da que es del ti po a co lec tor abier to (la re sis ten cia de car ga de be ser ex ter na, en nues tro ca so es R1 co nec ta da a +18V).
Aho ra ob ser ve que la pa ta (+) es tá co nec ta da a un ge ne ra dor de dien te de sie rra de 100kHz con un pe río do de ac ti vi dad del 50% y la pa ta (-) es tá co nec ta da al cur sor de un po ten ció me tro cu yos ex tre mos es tán co nec ta dos a +1V y -1V; el cur sor ten drá, por lo tan to, un po ten cial nu lo cuan do es tá en la mi tad de su re co rri do, que es el ca -so mos tra do.
Co mo el dien te de sie rra es de CA, la mi tad del tiem po la ten sión de la en tra da (+) es tá por arri ba de ce ro y la otra mi tad es tá por aba jo. En el os ci los co pio se ob ser va la se ñal de sa li da, que es una cua dra da con pi cos de +18V y 17V ya que el tran sis tor in -ter no al sa tu rar se que da a 1V.
¿Cuál es el va lor me dio de es ta se ñal?
Prác ti ca men te ce ro, si no fue ra por el pro ble ma de la ten sión de sa tu ra ción. Ob ser ve el multímetro y la for ma de se ñal en la en tra da B del os ci los co pio. El os ci lo gra -ma in di ca un pe que ño rip ple de bi do a que no qui si mos po ner un va lor muy gran de de C pa ra agi li zar la si mu la ción.
¿Pa ra qué sir ve el po ten ció me tro?
Pa ra re cor tar el dien te de sie rra de la pa ta po si ti va en di fe ren tes lu ga res y así ge -ne rar una PWM con un va lor me dio dis tin to de ce ro. En la fi gu ra 4 se pue de ob ser var las dos se ña les de en tra da y el re sul ta do so bre la sa li da.
No ta: en el os ci los co pio de cua tro ca na les se des pla za ron los ce ros de los ca na -les A y B a la pri mer lí nea de la cua drí cu la, em pe zan do des de arri ba, y los ca na -les C y D a una lí nea por de ba jo del cen tro. Ob ser ve que la ten sión con ti nua del po ten ció -me tro co lo ca do al 75% cor ta al dien te de sie rra en for ma asi mé tri ca y ge ne ra, por lo tan to, una se ñal de sa li da rec tan gu lar con un se mi pe río do po si ti vo cor to y un se mi pe -río do ne ga ti vo lar go. El va lor me dio so bre C1 que da prác ti ca men te a un va lor de -7,5V me di dos en el os ci los co pio, o exac ta men te -7,67V in di ca dos por el multímetro.
A con ti nua ción mos tra mos el ca so in ver so, o sea mo vien do el po ten ció me tro al 25% de su va lor má xi mo, ob te nien do las se ña les de la fi gu ra 5. En es te ca so se pue -de ob ser var que el re cor te -del dien te -de sie rra ocu rre por -de ba jo -del cen tro, -de mo do que la se ñal de sa li da es rec tan gu lar pe ro con un se mi pe río do po si ti vo lar go y un se -mi pe río do ne ga ti vo cor to. Es to im pli ca un va lor me dio po si ti vo de 7,15V.
¿Qué uti li dad prác ti ca tie ne es te cir cui to?
Prác ti ca men te nin gu na, pe ro tie ne un gran va lor di dác ti co por que a con ti nua ción va mos a reem pla zar el po ten ció me tro por una se ñal se noi dal de 1kHz y a ob ser var las sa li das. Ver la fi gu ra 6.
Figura 5
Prác ti ca men te no se pue de ob ser var di fe ren cia al gu na en una fi gu ra es tá ti ca pe -ro en la si mu la ción se pue de ob ser var que el pun to de cor te del dien te de sie rra su be y ba ja a un rit mo de 1kHz y que el pe río do de ac ti vi dad de la sa li da del com pa ra dor cam bia de un mí ni mo a un má xi mo. Si mo di fi ca mos la ba se de tiem po del os ci los co -pio pa ra que se pue da ob ser var la se ñal de 1kHz se ob tie ne lo in di ca do en la fi gu ra 7. Aquí se pue de ob ser var que el va lor me dio de la sa li da va ría con la mis ma for ma de se ñal que la en tra da por la pa ta ne ga ti va, sal vo un pe que ño res to de por ta do ra de 100kHz que no mo les ta por ser inau di ble.
¿Qué con clu sio nes po de mos sa car de to do es to?
Que una se ñal se noi dal se pue de des com po ner en una PWM y lue go vol ver a re cons truir la sin pro du cir le dis tor sión. Y es to sig ni fi ca que pue do rea li zar una am pli fi ca -ción de po ten cia to man do la se ñal del mo du la dor y co lo cán do la en una lla ve a mos fet de al to ren di mien to que teó ri ca men te de be ría tra ba jar to tal men te fría si no tu vie ra pér di das de con mu ta ción. Pos te rior men te se de be pa sar es ta se ñal por un fil tro y apli car -la al par -lan te.
Fá cil men te se po dría uti li zar un MOS FET de ca nal N de 32A co mo el IRF540 y apli -car lo a una fuen te de +250V y un MOS FET co mo el IRF9540 y apli -car lo a una fuen te de -250V. Con un par lan te de 8 Ohm ob ten dría mos una po ten cia de (250.0,703)2/8 = 3800W (rea les, no PM PO). Por su pues to, en la rea li dad el pro ble ma no es tan sen -ci llo por que un fil tro pa ra una co rrien te de 30A no es mo co de pa vo y los MOS FET en rea li dad se ca lien tan cuan do con du cen por que pue den te ner una re sis ten cia in ter na de 0,2 Ohm y cuan do cir cu lan 40A por 0,2 Ohm se di si pan 80W (40 en ca da MOS FET) y no es fá cil eva cuar les el ca lor ge ne ra do.
De cual quier mo do, cuan do se tra ta de ha cer am pli fi ca do res de más de 200W es con ve nien te re cu rrir a los am pli fi ca do res di gi ta les por que ade más son mu cho mas fá
ci les de pro te ger. Lo mis mo cuan do se re quie re un ele va do ren di mien to aun que no se ne ce si te una gran po ten cia, co mo por ejem plo en los equi pos pa ra pu bli ci dad mó vil en au to o en avión.
LLAVES PWM CON TRANSISTORES
Si le car gá ra mos nues tro fil tro real al LM139E no ten dría mos nin gún re sul ta do, por que su re sis ten cia de sa li da es la que no so tros co lo ca mos en tre la sa li da y fuen te, que es de unos 220 Ohm co mo mí ni mo y no ad mi te la car ga de un fil tro de 8 Ohm. La sa li da del com pa ra dor de be ser re for za da y el re fuer zo de pen de de la po ten cia del equi po que Ud. de sea di se ñar.
Si se tra ta de me dia po ten cia, se pue den uti li zar sim ples tran sis to res Dar ling tons com ple men ta rios que es lo que va mos a in di car a con ti nua ción en la fi gu ra 8. Si se tra -ta de al -ta po ten cia, es tos tran sis to res se trans for man en ex ci -ta do res de un par de MOS FETS es de cir que el cir cui to real men te no cam bia mu cho, só lo se le agre gan eta pas. Si Ud. ob ser va aten ta men te la fi gu ra no va a te ner in con ve nien te en re co no cer al -gu nas sec cio nes clá si cas y otras nue vas pe ro que ya pre sen ta mos en es te ar tí cu lo.
A la iz quier da es tá el mo du la dor PWM y a la de re cha el fil tro pa ra car ga de 8 Ohm. En el cen tro te ne mos una clá si ca eta pa de sa li da de si me tría com ple men ta ria con tran sis to res Dar ling ton com ple men ta rios com pen sa dos en tem pe ra tu ra por una se rie de dio dos 1N4148.
Q3 fun cio na cuan do la ten sión de sa li da del com pa ra dor es su pe rior a ce ro. Q4 cuan do es in fe rior. Co mo am bos tie nen una dis po si ción en co lec tor co mún, la re sis ten cia de sa li da es muy ba ja e igual a la re sis ten cia de car ga del com pa ra dor (R3) di vi di -do por el be ta del tran sis tor, que por ser un Dar ling ton pue de es ti mar se co mo 500 de va lor pro me dio. Es to sig ni fi ca que la re sis ten cia de sa li da del par es de apro xi ma da -men te 1000/500 = 2 Ohm.
Los dio dos se co lo -can pa ra com pen sar las ba rre ras in ter nas de los Dar ling tons. Co mo ca da uno po see dos ba rre ras en se rie se de -ben co lo car 4 dio dos. Si las ba ses sim ple men te se unie ran, el cir cui to fun cio na ría pe ro con una im por tan te dis tor -sión cuan do la sa li da atra vie sa el ce ro o cam bia el sen ti do de la cir -cu la ción de co rrien te.
En efec to, has ta que la sa li da del com -pa ra dor no lle gue a 1,2V el tran sis tor Q3 no con du ci ría. Y lo mis mo ocu rre cuan do la ten -sión ba ja has ta -1,2V
mo men to en que con du ce Q4. En tre 1,2 y +1,2 no con du ci ría nin gu no de los dos tran -sis to res y la sa li da ten dría una dis con ti nui dad. Co lo can do los dio dos el pro ble ma se so lu cio na. Ima gí ne se que la sa li da del com pa ra dor es tá en 2V y por lo tan to es tá con du cien do Q4. Si es ta ten sión co mien za a acer car se a la de ma sa en de ter mi na do mo -men to la ba se de Q4 es ta rá a -1,2V, pe ro de bi do a los dio dos la ba se de Q3 es ta rá por con du cir por que ya tie ne 1,2V. Es de cir que ape nas cor ta Q4 co mien za a con du cir Q3 y no hay dis con ti nui dad en el fun cio na mien to.
¿Cuál es la po ten cia má xi ma que pue de en tre gar nues tro cir cui to?
Teó ri ca men te la ten sión de pi co del au dio de sa li da so bre el par lan te pue de ser igual a la ten sión de sa li da de la lla ve elec tró ni ca. En nues tro ca so la sa li da pue de ser en ton ces de 18V de pi co o de 32V pap.
En es te ca so la ten sión efi caz de sa li da se rá de 18V/1,41 = 12,76V y la po ten cia se de ter mi na con la fór mu la V2/R en don de R es la re sis ten cia del par lan te. Reem pla
-zan do ob te ne mos (12,76)2/ 8 = 20W.
AMPLIFICADOR DE POTENCIA CON MOSFET
Pa ra com ple tar es ta tema, que da por mos trar un am pli fi ca dor PWM prác ti co pa ra po ten cias su pe rio res a 100W. Cuan do se tra ta de con mu tar al tas co rrien tes y ele va -das ten sio nes, los MOS FETS son ini gua la bles en cuan to a ren di mien to. Só lo hay que te ner en cuen ta que ex ci tar los no es tan fá cil co mo pa re ce. Exis te la ten den cia a pen -sar que una com puer ta ais la da que no con su me co rrien te re sis ti va se pue de ex ci tar a al ta im pe dan cia. Y real men te no es así. Cuan do se tra ba ja con MOS FETS de gran po ten cia, la ca pa ci dad de la com puer ta tie ne una im por tan cia fun da men tal so bre el di -se ño del ex ci ta dor, que siem pre es una eta pa de ba ja im pe dan cia de sa li da pa ra que el ca pa ci tor de com puer ta se car gue y se des car gue rá pi da men te.
En la fi gu ra 9 se pue de ob ser var un am pli fi ca dor PWM di se ña do por el au tor y uti
li za do has ta una sa li da de 30V pi co so bre 8 Ohm. El cál cu lo de la po ten cia se rá en ton -ces (30.0,707)2/ 8 = 107W, es de cir apro xi ma da men te 100W. El cir cui to es muy cla
-ro. Ob ser ve que el mis mo es tá di vi di do en dos sec to res. Un sec tor de sa li da y un pre. No di bu ja mos el mo du la dor por que pa ra pro bar el am pli fi ca dor es pre fe ri ble de jar lo de la do y agre gar lo pos te rior men te.
Ob ser ve que se uti li za ron dos MOS FETS com ple men ta rios, uno ti po P de en ri que ci mien to y uno ti po N de en ri que ci mien to. Ele gi mos tran sis to res de 32 Am pe res, aun -que es te pro yec to no lo re quie re ya -que la co rrien te pi co es de 30V/8 Ohm = 3,75A. Del mis mo mo do, los tran sis to res so por tan una ten sión de fuen te de 100V y los usa -mos en 30. Es to pa re ce un des per di cio, pe ro en el fon do no es así. Un MOS FET de 32A tie ne una re sis ten cia de sa tu ra ción de 200 mOhm lo cual im pli ca un ren di mien to muy al to y una ba ja tem pe ra tu ra de tra ba jo cuan do se lo tra ba ja a só lo 3,75A. El ex ce so de ten sión con tri bu ye a lo grar un pro yec to ca si in des truc ti ble, in clu si ve si se po ne el par lan te en cor to por que en ton ces la co rrien te por los MOS FETS que da li mi ta da por el in -duc tor. Más ade lan te se ana li za rán las con di cio nes de se gu ri dad con to do de ta lle.
Es im por tan te ob ser var que Q1 y Q2 se com por tan co mo un push pull. En rea li dad, el nom bre más co no ci do es el de se mi puen te por que la ra ma de sa li da se pa re ce a me dio puen te H de los uti li za dos en elec tró ni ca in dus trial pa ra ali men tar mo -to res de CC.
Por el ti po de tran sis tor uti li za do, Q2 con du ci rá cuan do la com puer ta se en cuen tre unos 4V por de ba jo del ter mi nal de fuen te y Q1 cuan do la com puer ta se en cuen -tre unos 4V por en ci ma del ter mi nal de fuen te. Es to sig ni fi ca que las com puer tas se de ben ali men tar con una di fe ren cia en su va lor de po la ri za ción, es de cir que la com -puer ta de Q2 de be te ner su ma da una con ti nua y la com -puer ta de Q1 de be te ner la res ta da.
Es tas ten sio nes se pue den con se guir con dio dos ze ner pe ro el fun cio na mien to de es te am pli fi ca dor en CA es ideal pa ra lo grar que las ten sio nes se pro duz can car gan do ca pa ci to res de pa so (en es te ca so C2 y C3) me dian te los dio dos li mi ta do res D1 y D2. D1 no per mi te que la ten sión de com puer ta de Q2 su pe re los 30,6V y D2 no per mi te que la com puer ta de Q1 ten ga un va lor in fe rior a 30,6V. Su uso car ga los ca pa
ci to res C3 y C2 exac ta men te con el va lor ne ce sa rio pa ra que el cir cui to que de bien po -la ri za do y los tran sis to res con mu ten rá pi da men te au men tan do su ren di mien to. R5 y R7 ope ran co mo una car ga mí ni ma de Q3 y Q4 que ayu dan a me jo rar el arran que del cir cui to sin afec tar ma yor men te su ren di mien to (si Ud. no los co lo ca, el si mu la dor arran ca dan do un men sa je de fa lla). El par com ple men ta rios Q3 y Q4 se en car gan de ex ci tar a las com puer tas a muy ba ja im pe dan cia y dan do un ca mi no de cir cu la ción de las co rrien tes en las dos di rec cio nes po si bles (car ga y des car ga de los ca pa ci to res in -ter nos de com puer ta).
Ob ser ve que la ten sión de ali men ta ción de es tos tran sis to res es me nor que la ten -sión de las fuen tes de sa li da, lo cual per mi te, pos te rior men te, ali men tar al mo du la dor con una ten sión ale ja da de su va lor má xi mo de +18V. Si el lec tor lo de sea, pue de ali men tar el pream pli fi ca dor con un va lor me nor, co mo por ejem plo +10V, que es un va -lor que aún su pe ra am plia men te el va -lor ne ce sa rio de ex ci ta ción de los MOS FETS.
Es de cir que el cir cui to tie ne, co mo ca rac te rís ti ca im por tan te, se pa rar las fuen tes de las eta pas de sa li da y la pream pli fi ca do ra. Con es to se con si gue di se ñar un am pli fi ca dor muy fle xi ble sim ple men te cam bian do las fuen tes V1 y V2. El au tor tie ne ex pe -rien cia en el di se ño de am pli fi ca do res de 400W sim ple men te uti li zan do fuen tes de +80V. Tam bién se pue de cam biar el va lor del par lan te por 4 Ohm si se cam bia el di se -ño del fil tro y tra ba jar con ten sio nes me no res de fuen te. Lo más im por tan te es que Ud. ma ne je el te ma con gran co no ci mien to de lo que es tá fa bri can do. De he cho, el te ma del au dio de gran po ten cia es muy es pe cial por que for ma un ni cho de pro duc ción que no es tá ocu pa do por los pro duc tos im por ta dos, ya que los am pli fi ca do res pa ra bo li -ches sue len es tar in clui dos en el ba fle y por su pues to no ad mi ten el va lor de un fle te des de el ex te rior.
PRUEBA DE LA ETAPA DE POTENCIA Y EXCITADORA
¿Pa ra tra ba jar en un te ma co mo el in di ca do es prác ti ca men te im pres cin di ble po -seer un ge ne ra dor de fun cio nes?
No, pe ro se ne ce si ta una fuen te de se ñal de on da rec tan gu lar con tiem po de ac ti vi dad y fre cuen cia va ria ble que imi te la sa li da por co lec tor abier to de los com pa ra do -res de ten sión.
Por el mo men to va mos a tra ba jar con un ge ne ra dor de fun cio nes, pe ro más ade -lan te le va mos a ex pli car có mo se cons tru ye un ge ne ra dor de reem pla zo con un PIC y muy po cos com po nen tes ex ter nos.
Con un multímetro y un ge ne ra dor de fun cio nes se pue de ha cer real men te mu cho. In clu si ve una me di ción de li nea li dad del sis te ma. Pe ro ex pli que mos qué sig ni fi ca “li -nea li dad” en un equi po di gi tal.
En un equi po ana ló gi co sig ni fi ca que la ten sión de sa li da sea per fec ta men te pro por cio nal a la ten sión de en tra da, an tes de uti li zar la rea li men ta ción ne ga ti va que to -do am pli fi ca -dor ne ce si ta. Es to, por lo ge ne ral, es im po si ble de rea li zar en la prác ti ca, por que los am pli fi ca do res de au dio ana ló gi cos rea li men tan tan to la se ñal de al ter na co mo la de con ti nua por la mis ma red y si se des co nec ta al rea li men ta ción de al ter na el am pli fi ca dor no fun cio na por que que da mal po la ri za do. Los am pli fi ca do res PWM per mi ten un aná li sis muy com ple to sin apli car rea li men ta ción. In clu si ve la rea li men ta -ción es mu cho más mo de ra da por que no tie nen gran des dis tor sio nes im plí ci tas.
¿Me dir dis tor sión con un multímetro?
Sí, esto es posible. La idea es co lo car un multímetro so bre la car ga (que por su
-SOBRE LA CUAR TA ETAPA:
TÉCNICO
EN SISTEMAS DE AUDIO
Una vez concluída la cuarta etapa de esta Carrera y alcanzados los objetivos, el alumno obtiene el Título de “Técnico en Sistemas de Audio”. Tratamos en este módulo de estudio (cuarta etapa de la Carrera) todo lo referente al audio, desde el principio, para que cualquier persona que tenga, o no, conocimientos de elec-trónica pueda entenderlo.
Estudia, en la primera lección, qué es el sonido, cómo se desplazan las ondas sonoras, período, frecuencia, para luego seguir, es la lección Nº 2, con los modelos clásicos de amplificadores, las configura-ciones circuitales básicas en donde, a través de algunas fórmulas no muy com-plicadas, aprenderá a calcular diferentes tipos de amplificadores según la uti-lidad para la cual usted lo necesite. Según las distintas configuraciones, existen varias formas de polarizar un transistor con sus ventajas y desventajas, aprenderá tam-bién a calcular capacitores de paso y verá los diferentes tipos de acoplamientos entre etapas. En la lección Nº 4 damos una explicación de qué son los preamplifi-cadores y sus circuitos derivados, como ser controles de tono, qué es reali-mentación negativa, realireali-mentación mul-tietapa, el sistema Baxendall, filtros, con-troles de volumen y balance, entradas, ecualización. La quinta lección está dedi-cada a las etapas de salida, en sus difer-entes configuraciones. Para finalizar, en la lección Nº 6, que es la que está leyen-do, estudia a los amplificadores digitales y los equipos de última generación.
Cada lección incluye prácticas y talleres con distintos montajes relaciona-dos con el audio y que creemos le serán de utilidad, ya sea para el aprendizaje o para el desarrollo de su actividad profe-sio-nal: en esta lección encontrará una fuente de alimentación, un seguidor de señales, vúmetros y amplificadores.
pues to no pue de ser la bocina o par lan te si no una car ga re sis ti va), luego co lo car la se ñal de en tra da con la fre cuen cia de la por ta do ra PWM ele gi da y un pe río do de ac ti vi -dad del 50%.
El multímetro de be rá in di car un va lor prác ti ca men te nu lo. Ver la fi gu ra 10. Ob ser ve que el multímetro in di ca 88 mV que pue de con si de rar se co mo un va lor nu lo. Aho -ra se de be pro bar con un va lor de tiem po de ac ti vi dad de 1% y vol ver a leer el multí-metro. Lue go se lo lle va a 99% y se vuel ve a me dir la ten sión de sa li da, tal como se observa en la figura 11.
Ya se pue de ob ser var que el pre y la sa li da son per fec ta men te li nea les por que los va lo res de +29.252 y 29,686 son prác ti ca men te equi dis tan tes de 0. Si lo de sea, pue -de rea li zar me di cio nes in ter me dias y tra zar una grá fi ca.
¿Co mo es po si ble que com po nen tes al ta men te ali nea les co mo los tran sis to res bi -po la res y los MOS FET ge ne ren una li nea li dad tan per fec ta?
Por que se los uti li za al cor te o a la sa tu ra ción, nun ca a un va lor in ter me dio. Eso sig ni fi ca di gi ta li zar un cir cui to. J
S
i bien esta lección es sobre amplificadores de audio digitales, por motivos de espacio no podemos editar un circuito de este tipo en estas páginas (aunque se encuentra en la parte práctica del CD que contiene esta lección y que Ud. Puede descargar desde nuestra web). Es por eso que le proponemos el armado de un ampli-ficador “convencional”, basado en un módulo STK de la firma Sanyo.En la figura 1 se puede observar el circuito sugerido. La bobina (en paralelo con la resistencia de 4.7 ohm en la salida del sistema) debe ser de 3µH. Puede lograrse enro-llando tres capas de alambre esmaltado de 1.5mm de sección sobre esa resistencia. El modulo STK, internamente contiene cuatro transistores bipolares necesarios para desarrollar los 205 watts sobre cargas de 4 ohm o 150W sobre 8 ohm.
Figura 1
En la década del 70 del siglo pasado se hicieron famosos los módu-los amplificadores híbridos de Sanyo por poder manejar potencias muy elevadas en un pequeño espacio espacio y con la necesidad de muy pocos componentes externos. Es por eso que hoy en día siguen siendo muy populares entre los “audiófilos” que desean contar con etapas de potencia fáciles de manejar. El siguiente montaje es una aplicación del módulo STK 208.
Montaje Destacado
En la tabla 1 puede ver las condiciones de tra-bajo establecidas por el fabricante. Como se observa en dicha tabla, hay dos versiones de este módulo difiriendo entre ellos sólo por la distor-sión armónica y el precio.
Hemos evaluado el funcionamiento sobre car-gas de 4 ohm y no notamos problema alguno. La distorsión crece notablemente pero dentro de parámetros aceptables para el mas exigente de los oídos, principalmente se nota cuando truena una nota de baja frecuencia proveniente de la percusión.
Para obtener 205W de potencia basta ali-mentar el sistema con 55V y cargarlo con un par-lante de 4 ohm (o dos de 8 ohm en paralelo simé-trico).
Con respecto a la fuente, Sanyo recomienda utilizar una fuente convencional con un transfor-mador eléctrico, un puente de diodos de onda completa y dos capacitores (uno para V+ / Masa y el otro para Masa / V-) de 10000µF cada uno. Además, aconseja colocar una resistencia de 500 ohm entre V+ y masa y otra del mismo valor entre masa y V-.
En la figura 2 se puede apreciar una suge-rencia para la placa de circuito impreso en tama-ño real.
El circuito integrado debe ir montado sobre un disipador de calor de grandes dimensiones con el objeto de poder refrigerarlo cuando está manejando la máxima potencia; en general se usan disipadores con aletas con superficies de refrigeración superiores a los 400 cm2 con un
ancho del perfil de aluminio superior a los 5 mm. Como preamplificador puede usarse cual-quier circuito convencional, incluso cualcual-quiera de los se encuentran en la sección “Taller” de la segunda lección de esta etapa de estudio. Tenga en cuenta que ambas etapas deben tener los res-pecitvos desacoples para un funcionamiento correcto. J
Tabla 1
M
uchos fanáticos, sobre todo lo más viejitos, sostienen que no hay amplificado-res de audio como los antiguos a válvula y, aunque las pruebas de laboratorio pueden indicar lo contrario, quienes han experimentado con estos equipos pueden dar cuenta que algo de razón hay.De la misma manera, están los que prefieren a los transistores de potencia en lugar de los circuitos integrados de potencia de audio y es por ello que sugerimos el siguiente circuito.
El circuito se muestra en la figura 3 y utiliza transistores complementarios para lograr así la potencia deseada. Se alimenta con una fuente de 45V+45V y consume 5 amperes. Todos los transistores, exceptuando los BC556C deben ser montados sobre el disipador térmico, el cual debe ser uno de los laterales del gabinete. Los diodos mar-cados como A, B y C son 1N4001 y deben ser montados también sobre el disipador de calor pero con grasa térmica. La entrada debe ser línea de 1Vpp estándar.
La fuente de alimentación no tiene que ser estabilizada pero si bien filtrada. Recomendamos seguir el esquema de la figura 4.
En este caso el transformador tiene un secundario con toma central de 32V-0-32V (ó 64V con toma central).
Para una configuración mono debe tener una corriente de 5A, para estéreo 10A.
Figura 3
Para los que querían más potencia de audio y no quieren un montaje con circuitos integrados, presentamos este circuito capaz de entregar hasta 260W RMS sobre una carga de 8 ohm.
Montaje
Los diodos deben ser de al menos 100V por 6A para mono y 100V 12A para esté-reo. Los capacitores deben ser de 4700µF x 63V cada uno. No debe usar tensiones mayores puesto que eso afec-taría la curva de trabajo del capacitor (no filtraría en forma óptima).
El montaje se puede realizar en una placa de circuito impreso que puede encontrar en la sección práctica del CD que acompaña a esta lección.
Un simple circuito integrado y muy pocos componentes pasivos periféricos, nos permiten disfrutar de nuestra música favorita a una excelente potencia para la mayo-ría de los usos domésticos. Presentamos este amplificador de muy buena calidad y a un bajísimo precio de armado que, además, se puede utilizar como seguidor de seña-les (analizador dinámico) para la búsqueda de fallas en etapas electrónicas.
Esta hecho en base al circuito integrado TDA2040. Este CI es muy comúnmente usado en equipos domésticos, debido a su excelente calidad de audio lograda, facili-dad en la construcción del circuito y pocos componentes electrónicos asociados.
Como puede observar en el esquema de la figura 5, no hay nada especial en este circuito, el desacople de continua a la entrada, por medio del capacitor electrolítico no polarizado, la realimentación, la carga RC y, por supuesto, el parlante.
Este circuito debe ser alimentado por una fuente de continua par-tida de 20+20V con una corriente de 1A por canal. La tensión positi-va ingresa por el pin 5 mientras que la negatipositi-va lo hace por el 3. Entre cada vía de alimentación y masa se deberá colocar un capacitor elec-trolítico de 220µF junto con otro en paralelo, cerámico, de 100nF. De esta forma se efectúa un correcto desacople y filtrado de la fuente.
Recuerde equipar al chip con un adecuado disipador de calor. Se deduce que su uso es variado y universal. Se puede emplear para amplificar la señal de un micrófono, la de una guitarra eléctrica. Usando dos circuitos (para estéreo) se puede amplificar la señal de audio de una PC, notebook, netbook, ipod, mp3, radio o radiograbador, bandeja giradiscos, bandeja reproductora de CD, salida de audio de un TV, etc. J
Figura 4
Presentamos un Amplificador Seguidor de 25W con un simple inte-grado TDA2040 y muy pocos componentes que nos permitirá escu-char un sonido de alta calidad y potencia.
Montaje
Amplificador Seguidor de 25W
Arduino es una herramienta para hacer que las computadoras puedan “sentir y controlar el mundo físico” en base a órdenes muy fáciles de establecer. Es una plataforma de desa-rrollo de computación física (physical computing) de código abierto, basada en una placa sencilla con un microcontrolador y un entorno de desarrollo (software Arduino) para crear programas que serán grabados en el microcontrolador de la placa. Puede usar Arduino para crear objetos interactivos, leyendo datos de una gran variedad de interruptores y sen-sores y controlar multitud de tipos de luces, motores y otros actuadores físicos. Los pro-yectos de Arduino pueden ser autónomos o comunicarse con un programa (software) que se ejecute en una computadora personal y hasta en un smarphone. La placa puede mon-tarla Ud. mismo o comprarla ya lista para usar y el software de desarrollo es abierto y lo puede descargar gratis desde Internet. En esta entrega explica qué es Arduino, cuáles son los primeros pasos que el lector debe dar para trabajar con esta plataforma, cómo es el kit básico de desarrollo y explicaremos cómo se emplea el software Arduino, cuya página ofi-cial es http://www.arduino.cc/es y entendiendo que los textos están licenciados bajo “Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License” y que el código fuente de los ejemplos en la guía están liberados como dominio público.
Coordinación: Federico Prado - [email protected]
