www.legga.com

TVAUDIOVIDEO

TVAUDIOVIDEO

MICROPROCESADORESMICROPROCESADORES

COMPUTADORASCOMPUTADORASEsta obra es parte del CD:

“Enciclopedia Visual de la Electrónica”

que se distribuye exclusivamenteen la República Argentina. Para laedición se extrajo información dela revista Electrónica y Servicio yse contó con la colaboración deCentro Japonés de InformaciónElectrónica.Prohibida su reproducción parcialo total por cualquier medio.

El Mundo de la ElectrónicaAudio, TV, Video ComputadorasMicroprocesadores

CAPITULO 1PRINCIPIOS DE GENERACION DE LA ELECTRICIDADFormas de generar electricidadElectricidad por fricción o inducciónElectricidad por reacción químicaComponentes y aplicaciones de las pilas

Fabricación de una pila primariaElectricidad por presiónElectricidad por calorElectricidad por luzAplicaciones del efecto fotoeléctrico

Efecto fotoiónicoEfecto termoeléctricoEfecto fotovoltaico

Electricidad por magnetismoUN VISTAZO A LA ELECTRONICA DE HOYEl imperio de los bitsVentajas de la tecnología digitalComunicacionesAudio y videoEl DVDLa televisión de alta definiciónMétodos de grabación de audio digitalProceso digital de audioProcesamiento de datos

MicroprocesadoresCapacidad de almacenamiento de datos

Internet

CAPITULO 2¿QUE ES LA ELECTRICIDAD Y QUE LAELECTRONICA?

Estructura atómicaAtomos: protones, electrones y neutronesConstitución del átomo: protones, electro-

nes y neutronesIones positivos y negativosConductores, semiconductores y aislantesFlujo de electronesDiferencia de potencial, tensión, fuerza

electromotriz

Corriente eléctricaResistencia eléctrica ConductanciaClasificación de los resistoresCódigo de colores para resistoresPilas y bateríasCONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICALos conductores y los aislantesLa electricidad como fluidoTipos de conductoresCampo eléctrico y corriente eléctricaEl campo eléctricoCorriente electrónica y corriente convencionalVelocidad de la corrienteLA REVOLUCION DE LOS MEDIOS OPTICOSMedios de soporte de informaciónEl surgimiento de la tecnología ópticaLuz y protuberanciasTecnología digitalOtros sistemas ópticos

El disco láser de videoEl CD-ROM - El CD-IEl Photo-CDLos medios magneto-ópticosEl DVD

CAPITULO 3RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctricaUnidad de resistenciaLa ley de OhmResistividadCircuito eléctricoOtra vez la ley de OhmCálculo de la corrienteCálculo de la resistenciaCálculo de la tensiónLos resistores en la prácticaLa ley de JouleUnidades de potencia, energía y calorCalor específico de los materialesDIODOS SEMICONDUCTORESIntroducciónDiodos semiconductores, rectificadores, zéner,de corriente constante, de recuperación en es-calón, invertidos, túnel, varicap, varistores,emisores de luzOtros tipos de LED

CAPITULO 4ASOCIACION DE RESISTORES, ASOCIACION DEPILAS, POTENCIA ELECTRICAAsociación de resistoresAsociación de pilasPotencia eléctricaCálculo de potenciaAplicación de la ley de JoulePotencia y resistenciaCAPACITORESLa capacidadCapacitores planosLa energía almacenada en un capacitorLos capacitores en la prácticaAsociación de capacitoresCapacitores de papel y aceiteEl problema de la aislaciónCapacitores de poliéster y policarbonato, depoliestireno, cerámicos, electrolíticosCapacitores variables y ajustablesDónde usar los trimmersTensión de trabajoCapacitores variablesBanda de valoresPOR QUE APARECIERON LOS TRANSISTORESComienza la revolución digitalEn el principio fue la válvula de vacíoSurge el transistor¿Qué es en realidad un semiconductor?Principio de operación de un transistorTransistores contenidos en obleas de silicioSurgen los microprocesadoresFamilias MOS y MOSFETTransistores de altas potenciasFuturo del transistor

CAPITULO 5MAGNETISMO E INDUCTANCIA MAGNETICAEl efecto magnéticoCampo eléctrico y campo magnéticoPropiedades magnéticas de la materiaCálculos con fuerzas magnéticasDispositivos electromagnéticosElectroimanes y solenoidesRelés y Reed-relésLos galvanómetrosLos inductores

EnciclopediaEnciclopediaVVisualisualde lade laElectrónicaElectrónica

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente continua y corriente alternaRepresentación gráfica de la corriente alternaReactanciaReactancia capacitivaFase en el circuito capacitivoReactancia inductivaFase en el circuito inductivo¿Qué es una señal?TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPAROLos tiristoresRectificador controlado de silicioInterruptor controlado de silicioFotoSCRDiodo de cuatro capasSUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT

CAPITULO 6LAS ONDAS ELECTROMAGNETICASLa naturaleza de las ondas electromagnéticas PolarizaciónFrecuencia y longitud de ondaEl espectro electromagnético y las ondas de ra-dioEspectro electromagnéticoEL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADORConfiguraciones circuitales básicasEl amplificador base comúnEl amplificador emisor comúnEl amplificador colector comúnResumen sobre polarizaciónRecta estática de cargaRecta dinámica de cargaCálculo de los capacitores de pasoAcoplamientos interetapas

a) Acoplamiento RCb) Acoplamiento a transformadorc) Acoplamiento directo

FUNDAMENTOS FISICOS DE LA REPRODUCCIONDEL SONIDOPropagación de las vibraciones u ondasLa onda de sonidoCaracterísticas físicas

Frecuencia o tonoAmplitudIntensidadTimbre

Velocidad del sonido Reproducción del sonidoTipos de reproductores acústicos (parlantes)

CAPITULO 7EL SURGIMIENTO DE LA RADIOLos experimentos de FaradayLos planteamientos de MaxwellLas ondas de radio y el espectro electromagné-ticoLa telegrafía sin hilosEstructura simplificada de una válvula diodoPrincipio básico de operación de un receptorde radio Las primeras transmisionesLa evolución de las comunicaciones por ondasradialesEl desarrollo de la radio comercial Modulación en FM y transmisión en estéreoTRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPOLos FETsEl JFETEfecto de campoEl MOSFET de empobrecimientoMOSFET de enriquecimientoProtección de los FETs

CAPITULO 8INSTRUMENTOS PARA CORRIENTE CONTINUA Instrumentos analógicosFuncionamiento de algunos instrumentos analó-gicosEmpleo como amperímetroEmpleo como voltímetroOhms por volt en los voltímetros de continuaCausas de errores en las medicionesLas puntas de pruebaPuntas pasivasPuntas activasMEDICIONES EN CIRCUITOS TRANSISTORIZADOSa) apertura de los circuitos de polarizaciónb) apertura de los elementos del transistorc) entrada en corto de los elementos del transis-tord) entrada en corto de elementos de acopla-

miento de la etapaEL SURGIMIENTO DE LA TVQué es la televisiónEl televisor despliega señales eléctricasOrígenes de la televisiónSe establecen los formatosCómo se convierte la imagen en señales eléctri-casLa señal de video compuesto

CAPITULO 9INSTRUMENTOS PARA EL TALLER Y MONTAJES DEEQUIPOSEl instrumental para reparacionesInstrumentos para el banco de trabajoConjunto de instrumentos básicosProbador de semiconductoresLista de materiales del conjunto de instrumentosbásicosLista de materiales del probador de semicon-ductoresGenerador de señales para calibración y prue-basLista de materiales del generador de señalesInstrumentos para equipos de audioLos galvanómetrosVúmetro para señales débilesVúmetro para señales fuertesIndicador de equilibrioModo de usoDIODO ZENERCaracterísticas de operaciónRuptura del zénerCurvas característicasResistencia del zénerEfectos de la temperaturaAplicaciones de los diodos zénerCaracterísticas de los diodos zéner comercialesComprobación de los diodos zénerLOS MICROFONOS¿Qué es un micrófono?Teléfonos y micrófonosEl transductor Tipos de micrófonosMicrófono de carbónMicrófono de capacitorMicrófono de bobina móvilMicrófono de cristalCaracterísticas de los micrófonosSensibilidadDireccionalidadImpedanciaInmunidad al ruido

CAPITULO 10PRIMERAS REPARACIONES EN EQUIPOS TRANSISTORIZADOSPrueba de transistores con el tésterAnálisis de montajes electrónicosLo que puede estar malDefectos y comprobacionesMediciones en pequeños amplificadoresSustitución del componenteEquivalenciasMEDICIONES QUE REQUIEREN PRECISIONMétodo de compensación de Dubois-ReymondMétodo de compensación de PoggendorfDISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE MEMORIADispositivos de memoriaAplicaciones de los circuitos de memoriaTécnicas de fabricación de las memorias digita-lesCómo trabaja una memoria digitalMemorias de la familia ROM

Memorias ROMMemorias PROMMemorias EEPROMMemorias UV-EPROM

Memorias de la familia RAMMemorias SRAMMemorias DRAMMemorias VRAMMemorias NOVRAMMemorias en equipos de audio y videoMemorias en computadoras PCRAM, Caché, ROMMemoria FlashCMOS-RAMMemoria de video

CAPITULO 11IDENTIFICACION DE COMPONENTESCómo encarar la reparación de equipos elec-trónicos

Camino lógicoConocer la operación de un circuitoEL LASER Y LOS CONCEPTOS DE LA LUZLa luz en la época de las lucesLos planteamientos de HuygensLos planteamientos de NewtonEinstein y el efecto fotoeléctricoPartículas elementales de la materiaAbsorción y emisiónFuentes convencionales de luzEmisión inducida o estimuladaEstructura básica del láser

CAPITULO 12TV COLORCómo transmitir imágenesLa transmisión de TVLa antena de TVAntenas para varios canales

a) Antena Yagib) Antena cónicac) Antena logarítmica periódica

TV por satéliteEl cable de bajadaEl sintonizador de canalesLa etapa amplificadora de FI de videoNeutralización y ajustesEl control automático de ganancia (CAG)Los circuitos de sincronismoEl sincronismo verticalEl sincronismo horizontalLos circuitos de sincronismoEl oscilador verticalEl oscilador horizontalLa deflexión horizontalLa deflexión verticalAlgunos defectos usuales

CAPITULO 13REPARACIONES EN RECEPTORES DE RADIOPequeñas reparaciones

1. Problemas de alimentación 2. El defecto “motor de lancha”3. Fallas y ruidos en el control de volumen4. Interrupciones en las placas5. Cambios de componentes6. Problemas del parlante7. Problemas de ajuste8. Los componentes9. Análisis con el inyector de señales10. Conclusiones

REPARACION DE EQUIPOS CON CIRCUITOS INTEGRADOSCómo procederBúsqueda de fallasCómo usar el inyectorFIBRAS OPTICASGeneralidadesEnlace óptico con fibraVentajas de las fibras ópticasFísica de la luzConstrucción de las fibras ópticasTipos de fibrasAtenuación de la fibraComponentes activosDiodos emisores de luzDiodo de inyección láser

CAPITULO 14INSTRUMENTOS PARA EL SERVICEInyector de señalesFuente de alimentaciónGenerador de funcionesGenerador de barrasMedidor de inductanciaMedidor de capacidadesProbador de CIPunta de prueba digitalInstrumentos portátiles varios

CAPITULO 15REGULADORES INTEGRADOS DE LA SERIE 78XXRegulador de tensión patrónRegulador fijo con mayor tensión de salidaAumentando la tensión de salida con zénerTensión de salida ajustable con CI regulador fijoFuente de corriente fijaFuente de corriente ajustableCómo aumentar la corriente de salidaReguladores 78XX en paraleloRegulador de tensión fijo de 7ARegulador de 7A con protección contra cortosRegulador ajustable utilizando CI 7805 y 741Fuente de tensión simétrica utilizando CI 78XX

REPARACIONES EN ETAPAS DE SALIDA DE RECEPTORES DE RADIOPrimera configuraciónSegunda configuraciónTercera configuraciónReparación con multímetroCómo medir tensiones en una radioTEORIA DE FUNCIONAMIENTO DE LOS VIDEOGRA-BADORESQué es una videograbadoraNota históricaLa grabación magnéticaGrabación lineal contra grabación helicoidalEl formato VHSGrabación de audioGrabación azimuthalEl track de control y los servomecanismosEl sistema de controlAlgunas características de las videograbadorasmodernasManejo remotoGrabación no asistidaSistema de autodiagnósticoMúltiples velocidades de reproducción Efectos digitales

CAPITULO 16LOCALIZACION DE FALLAS EN ETAPAS CON MI-CROPROCESADORESBloques básicos de control para los MP (µP)Fuente de alimentaciónDiagnóstico de fallas en la fuenteEl resetDiagnóstico de fallas en el resetReloj del µP (MP)Diagnóstico de fallas en el relojLA TELEVISION DIGITAL (DTV)¿Qué es la televisión digital?Conversión analógico/digitalTeorema de muestreo de NyquistMuestreo, cuatización y resolución Codificación A/DRecomendaciones CCIR-601Compresión digitalReducción de datosTipos de compresiónTransformaciónTransformación de coseno discreta (DCT)Cuantización CodificaciónMétodo de codificación HuffmanCompresiones de audioNormas internacionales de televisión digital

JPEG - MPEG - Perfiles y nivelesMPEG-1 - MPEG-2

Transmisión de TV progresiva y entrelazadaFormatos múltiplesComentarios finalesUSOS DEL GENERADOR DE BARRAS DE TV COLORUsos en la salida de RFUsos en la salida de FIUsos en la salida de videoUsos en la salidas de sincronismoUsos en el barrido entrelazado y progresivoFunciones y prestaciones del generador

CAPITULO 17MANEJO Y OPERACION DEL FRECUENCIMETRO¿Qué es un frecuencímetro?Consejos para la elección de un frecuencímetroPrincipio de operación del frecuencímetroAplicaciones del contador de frecuenciaMediciones en audio y videoREPARACION DE EQUIPOS DE AUDIOMedición de tensión en circuitos transistorizados¿Qué efecto causa esa alteración en la calidaddel sonido?¿Qué ocurre si estos componentes presentanproblemas?Tensiones en salidas complementariasCircuitos integrados híbridosTEOREMAS DE RESOLUCION DE CIRCUITOS Principio de superposición1) Cálculo por leyes de Kirchhoff2) Cálculo por el método de superposiciónTeorema de TheveninTeorema de Norton

CAPITULO 18¿QUE ES UNA COMPUTADORA?Arquitectura de una PC

Definición de computadoraAntecedentes de las computadoras personales

Las computadoras personales en los ‘70El surgimiento de la IBM PCLa plataforma PCGeneraciones de computadoras PC

Elementos de la PCAutotest de funcionamientoEl primer autotestEl disco de inicializaciónEl proceso de la inicializaciónConexión de periféricosCómo funciona el plug and play

Instalación del sistema plug and playLos componentes electrónicos de la PC

Funcionamiento de un transistorCómo es el transistorFuncionamiento de una memoria RAMCómo se escriben los datos en una RAMCómo se leen los datos desde una RAMCómo funciona un microprocesadorEl microprocesadorLos procesadores RISC y CISCEl CISCComputación por conjunto reducido de ins-trucciones (RISC)

Cómo se comunican los periféricos con la PCLa barra de direcciones de la PCPlacas de expansión de 8 bitsPlaca de 16 bits o placa ISAPlaca MCA de 32 bitsPlaca EISA de 32 bitsPlaca de bus local VESA (VL-BUS) de 32 bitsPlaca de bus local PCIBus local VESABus local PCI

CAPITULO 19ENSAMBLADO DE COMPUTADORASArquitectura de una PCPeriféricos de entrada de datosDispositivos de proceso de informaciónDispositivos de almacenamiento de informaciónPeriféricos de salida de datosEquipo necesario para la reparación Factores a considerar en la elección de herra-mientas, componentes y programasReparación de máquinas muy básicas emplea-das en hogares o en empresas pequeñas

a) Herramientas y componentesb) Discos sistemac) Utilerías para el servicio

MANEJO DEL OSCILOSCOPIOQué es un osciloscopioPrincipio de funcionamiento del osciloscopioTipos y marcas de osciloscopiosControles típicos de un osciloscopioConexiones de señalMediciones de carácter generalMediciones en audio y videoLa función delayTEORIA DE CIRCUITOSPrincipio de sustituciónTeorema de MillmanTeorema de la máxima transferencia de energíaTeorema de la reciprocidadMétodos de resolución de circuitosPlanteo de las ecuacionesMétodo de mallasMétodo de los nodos

CAPITULO 20CIRCUITOS DE MONTAJE SUPERFICIALAntecedentes de los circuitos impresosEstructura de un circuito impresoTipos de circuito impresoTecnología de montaje superficialEncapsulados y matrículasEncapsulados para transistores múltiplesTransistores de propósito generalIntroducciónDiodos de sintoníaDiodos SchottkyDiodos de conmutaciónDiodos múltiples de conmutaciónDiodos zéner Herramientas para la soldaduraCómo soldar un componente SMDProcedimientoEL CONTROL REMOTOQué es un control remoto

El control remoto digitalPropiedades de las emisiones infrarrojasEstructura física de un control remotoOperación del circuito emisorEl circuito de control de la unidad remotaOperación del circuito receptorEl formato de la señal infrarrojaTRATAMIENTO DE LA INFORMACION EN UNACOMPUTADORACómo suma una computadora Cómo se almacena información en los discosAlmacenamiento de informaciónAlmacenamiento de información en discosFormateo de un discoLa disquetera unidad de disco flexibleFuncionamiento de las unidades de discoLa importancia del disco rígidoLa unidades magneto-ópticas y flópticasLas unidades de back-up QIC y DATUnidades de back-up QICUnidad de cinta de back-up DAT (cinta de au-dio digital)

CAPITULO 21CODIFICACION DE SEÑALES DE TVDiagrama en bloques del modulador de sonidoRecuperación del audio en el decodificadorCIRCUITO DE CONMUTACIONEl transistor unijuntura en la conmutaciónCircuitos de aplicaciónComportamiento de las cargas en un semicon-ductorDispositivos efectivos de disparoRectificador controlado de silicioTriac - DiacLA SUPERCONDUCTIVIDAD Y SUS APLICACIONESQué se entiende por superconductividad Características de los superconductoresAplicaciones de los superconductoresGeneración de energía eléctricaMejores dispositivos electrónicosTransportación terrestreAplicaciones

CAPITULO 22MANTENIMIENTO Y REPARACION DE COMPUTADORAS¿En qué consiste el servicio a una PC?MantenimientoReparaciónProtección de la informaciónActualizaciónHerramientas y componentesDiscos con sistemaUtilitarios para el servicio a PCUtilitarios de información del sistemaUtilitarios que se incluyen en Windows 95 y Win-dows 98Utilitarios de diagnóstico y ReparaciónProgramas integradosProgramas para mantenimiento y reparaciónReparaciones típicasMantenimiento correctivo y preventivoActualización

CAPITULO 23COMUNICACIONES VIA SATELITELos satélitesLa TV satelitalElementos necesarios para ver TV satelitalLas antenas parabólicasConstrucción de un sistema para ver TV satelital

CAPITULO 24TECNICAS DIGITALESLógica digital aplicadaPresentación de las principales compuertasLógica positiva y lógica negativaCompuertas lógicasRelaciones entre las compuertasLeyes de De MorganEjemplos con compuertasFunción lógica comparaciónCompuertas lógicas comerciales TTLCompuertas lógicas comerciales CMOSDiseño de circuitos digitalesExpresiones canónicasQué se puede hacer con las compuertasDiagrama de Veitch y de KarnaughDiseño de circuitos lógicosEjemplos de aplicación

El principio físico según el cualuna de las partículas atómicas,el electrón, presenta una car-

ga a la que por convención se leconsidera negativa, constituye elfundamento de una de las fuentesde energía más importantes de lavida moderna: la electricidad. Eneste capítulo, de nivel básico, seexplican las seis principales formasde generación de electricidad:por fricción o inducción, por reac-ción química, por presión, por ca-lor, por luz y por magnetismo. Ytambién se aprovechan las expli-caciones para sugerir algunos ex-perimentos.

Si bien la electricidad fue cono-cida por los antiguos griegos apro-ximadamente en el año 600 AC,cuando Tales de Mileto observóque el ámbar adquiere la propie-dad de atraer objetos ligeros al serfrotado, el primer estudio científicode los fenómenos “eléctricos” fuepublicado en 1600, por William Gil-bert, un médico británico que utili-zó el término eléctrico (del griegoelektron, que significa “ámbar”)para referirse a la fuerza que ejer-ce esa sustancia al ser frotada, yquien también estableció la dife-

rencia entre las acciones magnéti-ca y eléctrica.

En esa época, aún no estabantotalmente sentadas las bases dela revolución científica de la quesurgiría la física clásica, y que to-maría forma definitiva en el sigloXVIII, con Isaac Newton, quien es-tableció una serie de principiosque darían base al método cientí-fico. No obstante, a partir de en-tonces se produjeron avances im-portantes que culminarían en el si-glo XIX, cuando diversos investiga-dores desarrollan toda la base teó-rico-práctica para la generación,aprovechamiento y distribución dela electricidad, y que tendrían co-mo punto final el establecimientode las primeras redes de distribu-ción de fluido eléctrico hacia loshogares y la industria (figura 1).

FORMAS DE GENERAR

ELECTRICIDAD

Básicamente, existen seis formasdiferentes de generar electricidad,aunque sólo algunas pueden con-siderarse fuentes eficaces de ener-gía. Lo característico en todas es

que hay que liberar los electronesde valencia a partir de otra fuentede energía para producir el flujoeléctrico; sin embargo, no es nece-sario analizar esta fundamenta-ción para entender el tema cen-tral del presente capítulo.

Las formas en que la electricidadpuede ser generada son las si-guientes: por fricción o inducción,por reacción química, por presión,por calor, por luz y por magnetis-mo.

ELECTRICIDAD POR FRICCIÓN

O INDUCCIÓN

Ya mencionamos que la fricciónentre materiales como forma deproducir electricidad, fue descu-bierta desde la antigua Grecia. Pormera casualidad, Tales de Miletoobservó que al frotar en la piel delos animales una pieza de ámbar,ésta adquiría la propiedad deatraer pequeños trozos de virutasde madera.

Actualmente, sabemos quecuando dos cuerpos se frotan en-tre sí, uno de ellos “cede” electro-nes al otro. Es decir, mientras deuno de esos cuerpos se despren-den tales partículas subatómicas,el otro las recibe; como resultado,el primero queda con déficit deelectrones y el segundo con exce-so.

Cuando un átomo tiene déficitde electrones, la carga total delmaterial es positiva; cuando tieneexceso de electrones, el materialadquiere una carga total negativa(figura 2). Para comprobar este fe-nómeno, frote varias veces en sucabeza un globo inflado; notaráque éste puede atraer pequeñostrozos de papel o mantenerse ad-herido a la pared por tiempo inde-terminado (figura 3). Otro experi-

Capítulo 1

5

Capítulo 1

Principios de Generación de la Electricidad

Fig. 1

mento consiste en peinarse el ca-bello seco, estando frente a un es-pejo y dentro de un cuarto oscuro;luego de pasar varias veces el pei-ne, podremos observar que se pro-ducen chispas luminosas; esto sedebe al efecto de desplaza-mien-to de cargas.

Conforme a lo que acabamosde explicar, la electricidad se pro-duce por el paso de los electronesde un material a otro; es decir, porefecto de la fricción. Por lo tanto,

se le conoce como“electricidad estática”.

Uno de los mediosmás conocidos paragenerar grandes canti-dades de electricidadestática, es la Máquinade Wimshurst (figura 4).Este aparato consisteen dos discos plásticoscolocados frente a fren-te, que giran en senti-dos opuestos; sobre unode ellos se encuentranvarias laminillas con-ductoras.

La mutua influenciaejercida, origina un des-plazamiento de cargas.La carga eléctrica delos discos es recupera-da mediante un par deelectrodos, los cuales secolocan de modo queestén en contacto conla superficie del discoque tiene las laminillas;cuando la cantidad decarga acumulada en la

superficie de los discos es grande,se llegan a producir arcos eléctri-cos entre las terminales externasdel dispositivo.

ELECTRICIDAD POR

REACCIÓN QUÍMICA

Una de las formas más eficientesy ampliamente utilizadas para ge-nerar electricidad, es la de lasreacciones químicas. Como ejem-

plo, tenemos las pilas y baterías uti-lizadas en equipos portátiles, ra-dios, automóviles, etc.; se puededecir que una pila es un medioque transforma la energía químicaen eléctrica, ya que está formadapor un electrolito (que puede ser lí-quido, sólido o de pasta), un elec-trodo positivo y un electrodo nega-tivo.

El electrolito, una sustancia quí-mica, reacciona con los electro-dos, de tal forma que a uno deellos llegan los electrones liberadospor la reacción -haciéndose nega-tivo-, mientras que el otro, habién-dolos perdido, adquiere carga po-sitiva (figura 5). Esta diferencia decargas entre los dos electrodos seconoce como “diferencia de po-tencial”. Si se conecta un cableconductor externo que los comuni-que, la diferencia de potencial ori-gina un camino por el que los elec-trones del electrodo negativo pa-san al electrodo positivo. Precisa-mente, al desplazamiento de loselectrones a través de un conduc-tor se le conoce con el nombre de“corriente eléctrica” (figura 6). Bá-sicamente, podemos hablar dedos tipos de pilas: primarias y se-cundarias. En el caso de las prima-rias, la sustancia química utilizadase transforma lentamente en sus-tancias diferentes; y es que, a cau-sa de la reacción química que li-bera los electrones, el electrolitono puede transformarse en la sus-tancia original que era antes desuceder aquélla (es cuando se di-ce que “las pilas se han descarga-

Principios de Generación de la Electricidad

6

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

do”). Las pilas de este tipo tam-bién reciben el nombre “voltai-cas”.

Por su parte, las pilas secunda-rias, baterías o acumuladores, tie-nen la característicade que en ellas el elec-trolito sí puede ser re-convertido después deutilizarse en las sustan-cias originales; para lo-grarlo, basta con pasara través de él una co-rriente eléctrica, peroen sentido contrario alde su operación nor-mal (esto es a lo que sellama “recarga de lapila”).

COMPONENTES Y

APLICACIONES DE

LAS PILAS

Una de las pilas pri-marias más comunes esla Leclanché o “pila se-ca”, inventada en losaños 60 por el químicofrancés Georges Le-clanché. El electrolitoconsiste en una pastade cloruro de amonio ycloruro de zinc. Una lá-mina que se empleacomo el electrodo ne-gativo, sirve tambiéncomo envase, y estáconstruida con base enzinc; el electrodo positi-vo es la combinaciónde una barra de carbo-no con dióxido de man-ganesio, y al momentode combinar los treselementos, se obtienenaproximadamente 1,5volts entre la terminalcentral y el envase (fi-gura 7).

Otro ejemplo de pilaprimaria, es aquella quese utiliza en equipos pe-queños (tales como losrelojes de pulso digita-les). En esta pila -conforma de disco cilíndri-co-, el electrolito es unasolución de hidróxidode potasio, el electrodo

positivo se hace con óxido de mer-curio y el electrodo negativo conzinc. La pila de este tipo, conocidacomo “batería de mercurio”, ge-

nera aproximadamente 1,34 volts(figura 8).

Por lo que se refiere a la pila se-cundaria o acumulador (que co-mo ya se dijo puede ser recargadaal invertir la reacción química), ca-be mencionar que fue inventadaen 1859 por el físico francés GastonPlanté. Está formada por un elec-trolito de ácido sulfúrico y agua,con electrodos de plomo y óxidode plomo; internamente, estáconstituida por un conjunto de pi-las individuales conectadas en se-rie (figura 9). Las pilas secundariaslas encontramos en automóviles,aviones y en sistemas de almace-namiento de energía eléctrica defuentes de energía alternativa;ejemplo de estas últimas, son lospaneles solares o los generadoresmovidos por viento.

FABRICACIÓN DE UNA

PILA PRIMARIA

Para fabricar una pila primaria,se requiere solamente de un limóngrande, una laminilla de cobre yuna zinc, ambas de 5 x 1 cm. Loúnico que hay que hacer es inser-tar las laminillas, una en cada caradel limón, procurando que entrenlo más profundamente posible pe-ro sin llegar a tocarse.

Con ayuda de un voltímetro, sepuede comprobar fácilmente ladiferencia de potencial que existeentre las laminillas. La terminal ne-gativa se forma en el electrodo dezinc, mientras que la terminal posi-tiva en el de cobre; el electrolitode nuestra pila es precisamente el

Capítulo 1

7

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

ácido cítrico que contiene el zumode limón. Vea la figura 10.

ELECTRICIDAD POR PRESIÓN

Los materiales piezoeléctricosson aquellos que liberan electro-nes cuando se les aplica una fuer-za. Su nombre se deriva del térmi-no griego Piezo, que significa “pre-sión”.

Cuando se aplica la fuerza sobreel material, los electrones son obli-gados a salir de sus órbitas y sedesplazan hacia el punto opuestoa aquel en que se está ejerciendola presión; cuando ésta cesa, loselectrones regresan a los átomos

de donde proceden.Sustancias como las sa-les de Rochelle y las ce-rámicas de titanato debario, son especialmen-te efectivas para gene-rar éste efecto.

El punto momentá-neamente abandona-do por los electrones acausa de la aplicaciónde la fuerza, se tornaentonces positivo; por

contra, el extremo más alejado deél se hace negativo: surge así entreambos una diferencia de carga (fi-gura 11).

Los materiales piezoeléctricos secortan en formas especiales, demodo que sea posible controlar lospuntos en donde existe la diferen-cia de potencial. Este efecto seaprovecha para generar señaleselectrónicas de audio en los micró-fonos “de cristal”, los cuales estánformados por un cristal piezoeléc-trico sobre el que se coloca unatapa que lo deforma conforme alas variaciones de los sonidos quelogran desplazarla. Años atrás, loscristales piezoeléctricos se utiliza-ban para recuperar la música gra-

bada en forma desurcos en los discosde acetato negro (fi-gura 12).

Además, los mate-riales piezoeléctricostienden a deformar-se cuando se lesaplica un voltaje. Es-te fenómeno es ex-plotado para gene-rar señales electróni-cas de una frecuen-

cia fija y altamente estable.

ELECTRICIDAD POR CALOR

Cuando se aplica energía calorí-fica a determinados metales, éstosaumentan el movimiento cinéticode sus átomos; así, se origina eldesprendimiento de los electronesde las órbitas de valencia. Otrosmetales, se comportan de manerainversa.

Supongamos que un metal delprimer tipo es unido superficial-mente a un metal de comporta-miento contrario, y que se les apli-ca calor. Mientras que uno serácada vez más positivo conformese vayan liberando sus electrones,el otro -que los absorbe- se harámuy negativo al almacenar car-gas negativas.

Tras retirar la fuente de calor, losmetales se irán enfriando y enton-ces los electrones “extras” que fue-ron de momento alojados por unode los metales, regresarán al de suprocedencia. Cuanto más calor seaplique a la unión de esos metales,mayor será la cantidad de cargaeléctrica que pueda producirse. A

Principios de Generación de la Electricidad

8

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

éste fenómeno se le conoce como“termoelectricidad”.

A aquellos dispositivos formadospor la unión de dos metales y quepresentan el efecto de termoelec-tricidad, se les denomina “termo-par” (figura 13).

El fenómeno de la termoelectri-cidad puede ser fácilmente com-probado mediante un sencillo ex-perimento. Haciendo uso de unalambre de cobre y uno de zinc,hay que formar una trenza deaproximadamente 30 cm de largo;se deben dejar libres unos 5 cm decada alambre. Enseguida, conuna vela, se calienta el principiode la trenza; finalmente, con unvoltímetro se mide la diferencia depotencial en los extremos que sedejaron libres. En aplicaciones rea-les se unen varios dispositivos ter-mopar, en circuitos serie/paralelo,

para aumentar la canti-dad total de corriente yde voltaje. Este dispositi-vo, en su conjunto, esconocido como “ter-mopila”. En general, po-demos decir que las ter-mopilas transforman laenergía calorífica enenergía eléctrica.

ELECTRICIDAD POR LUZ

El “efecto fotoeléctri-co” consiste en la libe-

ración de electrones de un mate-rial, cuando la luz incide sobre és-te. El potasio, el sodio, el cesio, elselenio, el sulfuro de plomo, el ger-manio, el silicio y el cadmio, son al-gunos de los materiales que pre-sentan tal característica.

Aplicaciones del efecto fotoeléctrico

Al efecto fotoeléctrico se le pue-den dar tres distintas aplicacionesen electrónica:

a) Fotoionización. La luz aumen-ta la conducción que se realiza delcátodo a la placa de una válvulade gas (bulbo), debido a la ioniza-ción (liberación de los electronesde valencia del gas contenido).

b) Efecto fotovoltaico. Al produ-

cirse cargas en los extremos de losmateriales semiconductores, se ori-gina una diferencia de potencial(como en el caso de las pilas).

c) Efecto de fotoconducción.Puesto que son liberados los elec-trones de materiales cristalinos(que normalmente presentan altaresistencia eléctrica), aumenta suconductividad y disminuye su resis-tencia eléctrica al paso de la luz(figura 14).

Fue en 1905, cuando el físico ale-mán Albert Einstein propuso por pri-mera vez una teoría que explicabade manera satisfactoria el efectofotoeléctrico. Su teoría señala quela luz está formada por fotones (esdecir pequeños paquetes de ener-gía), los cuales chocan contra lasuperficie de las sustancias; si tie-nen suficiente energía, serán ca-paces de liberar a los electronesde valencia del material y, porconsecuencia, provocarán exce-sos y déficit de cargas.

El efecto fotovoltaico se explotapara generar electricidad, me-diante el uso de celdas solares fo-tovoltaicas. Para ello, se necesitamontar una gran cantidad de pa-neles solares, donde las celdas vie-nen de fábrica en grupos dispues-tos en serie/paralelo para generargrandes cantidades de voltaje ycorriente.

Actualmente ya existen subesta-ciones piloto, en las que se genera

Capítulo 1

9

Fig. 13

Fig. 14

electricidad a partir de la energíasolar que llega a la Tierra duranteel día. Para su consumo durante lanoche, parte de esta energía es al-macenada en acumuladores.

Si se toma en cuenta que es muyfácil conseguir celdas solares, nohabrá problema alguno para, conuna de al menos 10 x 10 cm, gene-rar potenciales de hasta 1,5 volts -verificables mediante voltímetro-que bien pueden alimentar a mo-tores pequeños.

ELECTRICIDAD POR

MAGNETISMO

¿Ha notado la capacidad quetienen algunas personas de orien-tarse aun en lugares donde no haypuntos de referencia claros? Estacapacidad algo que puede expli-carse: existe en la nariz un depósitode un compuesto basado en elhierro, el cual tiene la misma fun-ción de una brújula; dicho depósi-to tiene conexiones nerviosas alcerebro, de tal manera que la inte-racción de su campo con el cam-po magnético de la Tierra, produ-ce una cierta respuesta o estímuloque el cerebro procesa, permitien-do la orientación del individuo. Esacapacidad está casi perdida enlos humanos, pero no en otros or-ganismos como el atún, el delfín yotros más, que la utilizan como me-dio de orientación durante sus mi-graciones masivas.

El magnetismo es una forma deenergía capaz de atraer metales,gracias al campo de fuerza quegenera. A su vez, el campo mag-nético de un imán está formadopor fotones, pero de una frecuen-cia distinta a la de la luz. Cuandoun alambre conductor cruza per-pendicularmente las líneas de fuer-

za magnética de unimán, los fotones delcampo obligan a loselectrones de dichoconductor a desplazar-se; de esta forma, dadoque en uno de sus extre-mos se produce un acu-mulamiento de electro-nes y en el otro un défi-

cit, se obtiene un conductor conun extremo positivo y otro negati-vo. Esto es a lo que se llama “mag-netoelectricidad” (figura 15).

Con este principio, se construyengeneradores eléctricos con cien-tos de espiras de alambre que ro-dean un núcleo ferromagnético.Todo se monta sobre un eje girato-rio, dentro de un campo magnéti-co intenso. Al girar, las espiras dealambre cortan cientos de veceslas líneas de fuerza magnética;con esto se obliga a los electronesde cada una de las espiras a esta-blecer una acumulación de car-gas, la cual se globaliza para final-mente obtener magnitudes consi-derables de voltaje y de corrienteaprovechables.

Los generadores eléctricos losencontramos, por ejemplo, en lasbicicletas, con el nombre de “di-namos”. Cuando la rueda de la bi-cicleta gira, la dinamo también lohace y entonces genera suficienteelectricidad para alimentar a unapequeña lámpara. En los autos, elgenerador eléctrico se llama “al-ternador”, debido a que produceelectricidad alterna en vez de di-recta; su estructura es práctica-mente igual a la de cualquier ge-nerador convencional, ya que giragracias al impulso que le suministrael propio motor del auto. La ener-gía producida por el alternador se

utiliza para recargar al acumula-dor (pila secundaria) del propiovehículo.

Los generadores de este tipo sonampliamente utilizados en el cam-po de la electricidad comercial.Para ello se recurre a diferentesfuerzas que hacen girar a los gene-radores, entre las que se cuenta alvapor de agua, las presas, las cen-trales nucleoeléctricas, etc. Paracomprobar esta forma de generarelectricidad, habrá que conseguirun motor pequeño (como los utili-zados en los juguetes); una vez ob-tenido, se coloca en sus terminalesde alimentación un voltímetro enel rango más bajo; al hacer girarmanualmente el eje del motor, seobservará que el valor leído por elvoltímetro aumenta -lo cual indicala presencia de una diferencia depotencial- (figura 16).

CONCLUSIÓN

Queda claro, por las explicacio-nes anteriores, que la electricidades un fenómeno físico asociado acargas eléctricas estáticas o enmovimiento; por lo tanto, es unamanifestación de la estructura ató-mica de la materia.

El hombre conoció la electrici-dad por diversos acontecimientosnaturales como los rayos y las pro-piedades del ámbar, pero no fuesino hasta el siglo XIX -cuando yaestaban bien sentadas las basesde la física clásica- que surgió laciencia de la electricidad y delmagnetismo, que a la postre per-mitiría la generación, aprovecha-miento y distribución de esta fuen-te de energía para beneficio de lahumanidad.

Principios de Generación de la Electricidad

10

Fig. 15

Fig. 17

Es muy probable que ésta sea laprimera vez que lee una publi-cación de electrónica, es por

ello que haremos un pequeño re-sumen de lo que está ocurriendoen la actualidad en materia de“electrónica”.

Ya sea que usted encienda el te-levisor, escuche un CD, hable porteléfono, utilice el cajero automáti-co, navegue por Internet o consul-te una base de datos computari-zada, lo más probable es que estéhaciendo uso de alguna tecnolo-gía digital. Es por ello que haremosun breve recuento del panoramatecnológico que se avizora en elpresente y en el que, de una u otraforma, intervienen sistemas y circui-tos digitales.

EL IMPERIO DE LOS BITS

La tecnología digital no sólo hapermitido la fabricación de nuevosaparatos de consumo que ofrecenprestaciones inéditas, tal es el casode los televisores con efectos digi-tales, los reproductores de CD, lasagendas y traductores de bolsillo eincluso las nuevas “mascotas vir-tuales”; también ha modificadonuestra percepción del mundo yde nosotros mismos por el surgi-miento de nuevos sistemas de co-municación, de los que la red Inter-net y la televisión por satélite sonalgunos ejemplos. E igualmente hapropiciado una revolución ennuestros sistemas de aprendizaje,laborales, fabriles, de diagnósticoclínico y en numerosos camposmás, gracias a los microprocesa-dores. En resumidas cuentas, la hu-manidad no es la misma ni piensaigual que hace una generación.

Las sociedades antiguas evolu-cionaban de manera muy lenta,en parte porque no había mediosde comunicación ágiles y, porconsecuencia, no había muchocontacto entre culturas distintas.No en vano la imaginación popu-

lar concibió tantos mitos y leyen-das, pues los pueblos sin comuni-caciones son campo fértil para lasuperstición.

No es el caso de este fin de siglo,que se caracteriza por su dimen-sión a escala del planeta y por suscambios tan profundos y tan rápi-dos. La tecnología, y especialmen-te la electrónica, es quizás la mues-tra más perceptible de ese mudarincesante que llega a producir vér-tigo y desconfianza.

¿Quién, siendo adulto, no hasentido alguna vez recelo por losnuevos sistemas de entretenimien-to como los videojuegos y el Tama-gotchi?

¿Quién no se ha impresionadopor la capacidad de procesa-miento de las computadoras?¿Quién, especialmente si su áreade trabajo es la electrónica, estácompletamente seguro que no ne-cesita adaptarse y asimilar nuevosconocimientos?

Algo es muy cierto de esta épo-ca: el mundo se nos mueve, y mu-cho. Ese es justamente uno de losrasgos de lo que algunos especia-listas llaman “era digital”.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA DIGITAL

Si bien la tecnología digital no hadesplazado a la tecnología analó-gica, y no sabemos si llegue a ha-cerlo, sí ha mostrado una mayoreficiencia en cuanto al tratamien-to de señales y el almacenamientoy procesamiento de información,lo que a su vez ha dado origen anuevos sistemas electrónicos ynuevas prestaciones de los equi-pos. Y es que un aparato que an-tes requería de una enorme ycompleja circuitería analógica pa-ra llevar a cabo cierto proceso,ahora, con los recursos digitales,no sólo puede incorporar novedo-sas funciones, sino también ser sim-plificado en su construcción. Ade-más, gracias a los circuitos de con-

versión analógico/digital y digi-tal/analógico, la electrónica de losbits ha invadido de forma exitosaáreas que se consideraban verda-deros bastiones de las señales aná-logas.

La tecnología digital puede expresar sonidos, imágenes ydatos con sólo dos estados lógicos: ausencia y presencia

de voltaje, o unos y ceros.

Esto permite manejar informa-ción con un gran margen de segu-ridad, pues un 1 y un 0 siempre se-rán 1 y 0, mientras que los nivelesde voltaje de una señal análogapueden sufrir degradaciones du-rante los procesos electrónicos, serinfluenciadas por ruidos externos,sufrir pequeños errores en el proce-so de almacenaje y/o recupera-ción, etc. Y aunque las señales di-gitales también son susceptibles delas mismas alteraciones, es posibleaplicar poderosos métodos de de-tección y corrección de erroresque garantizan la fiabilidad de lainformación grabada, transmitida,procesada o recuperada.

Otras ventajas de la tecnologíadigital sobre la analógica son las si-guientes: la posibilidad de compri-mir los datos de manera muy efi-ciente; la capacidad de mezclarmúltiples señales en un solo canalsin que se interfieran entre sí; el usode razones variables de datos; etc.

Por supuesto, al igual que todoslos avances que son profunda-mente innovadores, la tecnologíadigital es resultado de los desarro-llos en otros campos: la construc-ción de circuitos integrados de ba-jo costo y muy alta complejidad;las nuevas técnicas de manejo dedatos numéricos, que permitenoperaciones más eficientes y sim-plifican procesos muy complica-dos; la fabricación de poderososmicroprocesadores capaces deefectuar millones de operacionespor segundo; y, en general, de una

Capítulo 1

11

Un Vistazo a la Electrónica de Hoy

continua evolución en el manejode señales digitales.

COMUNICACIONES

Ya sabemos que las comunica-ciones electrónicas van muchomás allá de una simple conexióntelefónica. Revisemos algunos sis-temas que ya se están empleandoen nuestros días y que posiblemen-te se vuelvan elementos cotidianosen un futuro cercano.

VideoconferenciaNo obstante que ya tiene más

de 100 años de haber sido inventa-do, el teléfono ha mostrado pocoscambios significativos en sus princi-pios básicos de operación (de he-cho, es posible utilizar un aparatoantiguo en las modernas líneas di-gitales). Sin embargo, desde hacevarios años se ha trabajado en sis-temas que permiten además ob-servar en una pequeña pantalla alinterlocutor.

Se han hecho múltiples experi-mentos en esa dirección, aunqueun obstáculo muy importante es lainversión necesaria para sustituir lostradicionales cables de cobre dela red telefónica, por un tendidode fibra óptica que permite un an-cho de banda muy amplio. Cuan-do sólo se maneja una señal deaudio (y ni siquiera de muy alta ca-lidad), es suficiente el cableadotradicional, pero cuando se re-quiere enviar el enorme flujo dedatos que implica la transmisión deuna imagen en movimiento, la pér-dida de fidelidad en el trayecto estal que la comunicación se vuelveprácticamente imposible.

A pesar de esta limitante, a la fe-cha se han realizado algunos ex-perimentos que permiten la trans-misión de imágenes de baja reso-lución, utilizando las mismas líneastelefónicas y el mismo estándar decomunicaciones que emplean mi-llones de teléfonos alrededor delmundo. Compañías tan importan-tes como Casio, AT&T, LaboratoriosBell, Matsushita y otras más, hanpresentado prototipos funcionalesde sistemas que son capaces de

transmitir igualmente voz e ima-gen. Por supuesto, la imagen trans-mitida es de muy baja resolución ycon una frecuencia de refresco deapenas unos cuantos cuadros porsegundo, pero se espera que, con-forme se desarrollen las tecnolo-gías de codificación y de compre-sión de datos, su calidad mejore.

Hasta el momento ningún siste-ma ha sido aceptado por las gran-des compañías telefónicas comoun estándar, aunque ya está enuso una alternativa muy promete-dora: por medio de la red Internetes posible enlazar dos o más com-putadoras utilizando las líneas tele-fónicas tradicionales, y entre susmensajes intercambiados se pue-de hacer una combinación de au-dio y video comprimido, en pe-queños “paquetes” que se deco-difican en el sistema receptor y sepresentan al usuario como voz pro-veniente de la tarjeta de sonido eimagen expedida en el monitor. Laventaja de esta innovación, es quelas computadoras pueden estarubicadas en puntos muy distantesdel planeta, pero el costo de la lla-mada no es de larga distancia, si-no local, de la misma manera quelos demás servicios de Internet.

No está de más recordar otroservicio moderno que constituyeuna alternativa de comunicaciónbarata, eficiente e instantánea: elcorreo electrónico. Si usted está

conectado a Internet sabe a quénos referimos.

Televisión vía satéliteSeguramente usted ha sido testi-

go de la propagación de antenasparabólicas que reciben directa-mente la señal de un satélite.

En los años 60’s, en plena carreraentre norteamericanos y soviéticospor la conquista del espacio, co-menzaron las primeras transmisio-nes de televisión por satélite. Alprincipio, con el lanzamiento delEarly Bird apenas se consiguió unflujo de 240 llamadas telefónicas si-multáneas entre Europa y EstadosUnidos; sin embargo, de entoncesa la fecha los circuitos de manejo

de señal incluidos en los satélites,han avanzado a tal grado que unsatélite moderno puede manejarcientos de canales de TV y audio ala vez, al tiempo que transfiereenormes cantidades de datos de-rivados de los flujos de llamadas te-lefónicas.

Conforme se desarrolló todo unsistema de satélites comerciales,las grandes compañías televisoraspudieron vender directamente susseñales a los usuarios. Fue enton-ces cuando se comenzó a instalaren muchos hogares del mundo lastradicionales antenas parabólicasque toman la señal que “baja” delsatélite y la entregan a un receptorespecial que finalmente recuperalas emisiones televisivas. La desven-taja de dicho sistema, es que se re-quiere una antena de grandes di-mensiones y un enorme mecanis-mo que permita cambiar su orien-tación hacia tal o cual satélite.

Ese sistema de recepción de TVvía satélite ha quedado obsoletogracias a las técnicas digitales,que mediante una poderosa com-presión de datos hacen posible latransmisión y codificación de va-rios canales en el mismo ancho debanda dedicado normalmente aun solo canal. De esta manera, esposible utilizar una pequeña ante-na orientada de manera perma-nente hacia una misma dirección,desde donde transmite su señaluno o más satélites geoestaciona-rios. A este nuevo sistema se le co-noce como DTH-TV (siglas de Di-rect-to-Home TV o televisión direc-ta al hogar).

Internet también ha sido plan-teado como un recurso para latransmisión de programas televisi-vos, aunque igualmente se ha to-pado con la barrera del ajustadoancho de banda de las líneas tele-fónicas tradicionales; sin embar-go, es posible que con la apariciónde los llamados Cable Modems(dispositivos que utilizan las líneasde TV por cable para establecerenlaces vía Internet) y el consi-guiente aumento en la velocidadde transferencia de datos, la TVpor esta red se convierta en algocotidiano.

Principios de Generación de la Electricidad

12

Comunicación y localización personalLa telefonía celular es un medio

de comunicación que aparecióhace pocos años y que ha tenidobuena aceptación, y si bien lasemisiones son analógicas, su tec-nología depende en los centros decontrol de sistemas digitales muycomplejos. Además, se le han in-corporado recursos digitales deencriptación de conversacionespara evitar que personas ajenaspuedan interceptar llamadas, asícomo “llaves de seguridad” quepermiten precisar si una llamadaefectivamente proviene de uncierto teléfono o si algún “pirata”está tratando de utilizar la línea sinderecho. Una adición más, es elcálculo automático de factura-ción, por medio del cual el usuariopuede ir controlando sus consu-mos telefónicos.

También han surgido sistemasmasivos de radiolocalización, losllamados beeper, los cuales pue-den transmitir mensajes sin importarel punto de la ciudad donde seencuentre el usuario. Para ello, lascompañías proveedoras del servi-cio poseen estaciones radiales,que emiten en todas direcciones elmensaje, pero con una clave digi-tal única para que sólo pueda serdecodificada por el receptor desti-natario. Incluso, el mismo mensaje

se envía en formato digital yse despliega en una pantallade cristal líquido mediantecaracteres alfanuméricos.

Pero hay todavía un sistemade localización personal nomuy conocido.

¿Ha observado en algunoscamiones repartidores la le-yenda “Protegido con sistemade localización vía satélite”?

Esta forma de ubicación sebasa en un pequeño aparatodenominado GPS (Global Po-sitioning System o Sistema dePosición Global), el cual reci-be las señales enviadas portres o más satélites colocadosen órbita estacionaria; mi-diendo de forma muy precisael tiempo que tarda cada se-ñal en llegar, es posible deter-

minar la ubicación del camión (locual se logra con un margen deerror de pocos metros); para llevara cabo este cálculo, los GPS nece-sitan forzosamente de una compu-tadora que mide los retardos delas señales de los satélites, realiza latriangulación de señales y localizacon exactitud el punto del globoterrestre en que se encuentra.

Este método también ha revolu-cionado los sistemas de orienta-ción en la navegación marítima yaérea, pues permiten a los capita-nes de barco y a los pilotos consul-tar en tiempo real la posición delbarco o la nave a través de unacomputadora a bordo que recibelas señales del GPS.

AUDIO Y VIDEO

Esta es una áreadonde los cambios sonpercibidos muy rápi-damente por el públi-co consumidor y por elespecialista electróni-co, y probablementees la que más influyeen nuestros hábitos deentretenimiento. Ense-guida haremos refe-rencia a algunos desus principales avan-ces.

El DVDRecientemente entró al merca-

do de consumo y de computaciónun nuevo sistema de almacena-miento de información que segu-ramente va a reemplazar a las cin-tas de video y al CD convencional:nos referimos al formato de audio yvideo digital conocido como DVDo disco versátil digital.

Estos discos tienen un aspectomuy similar al de un CD común; dehecho, su tecnología de fabrica-ción es similar, con la salvedad deque pueden almacenar una canti-dad de datos seis veces mayor a lade un disco de audio digital debi-do a que es menor el tamaño delos pits de información (figura 1); yaun esa capacidad podría llegar aser hasta más de 20 veces superiora la que alcanza un CD, gracias aun sistema de grabación por ca-pas (figura 2).

Esto hace que el DVD se convier-ta en un medio de almacenamien-to ideal para video digitalizado,con la ventaja de que proporcio-na mejor calidad de imagen quelas tradicionales cintas magnéti-cas, y que además ofrece las ven-tajas del medio óptico: su nulo des-gaste y la posibilidad de añadirdatos de control y de detección ycorrección de errores en la lectura.

La televisión de alta definiciónAunque ya tiene más de 50

años, el formato de televisión NTSCsigue rigiendo la transmisión y re-cepción de señales televisivas en

Capítulo 1

13

Fig. 1

Fig. 2

la mayor parte del mundo.Este formato fue diseñado a fina-

les de los años 40´s, y aunque gra-dualmente se le han añadido cier-tas innovaciones (como la inclu-sión del color o del audio en esté-reo), en un aspecto tan importantecomo la resolución de imagen noha habido mejoras. Dicho formatopuede manejar un máximo de al-rededor de 350 líneas horizontales,lo cual queda muy por debajo delmanejo de video en computado-ras personales, donde las imáge-nes son de 600, 700 o más de 1000líneas de resolución horizontal.

Ya hace más de diez años queen Europa, Japón y Estados Unidosse han planteado nuevos formatosde televisión de alta definición in-cluso, en Argentina, hace unosmeses hemos asistido a la primeratrasmisión en HDTV realizada por elcanal 13 de Bs. As. Sin embargo, elproblema de su estandarización esque requieren un tipo de televisorespecial para dichos formatos, ylos millones de aparatos que yaexisten son incompatibles con losnuevos sistemas. No obstante, des-pués de años de investigación ydiscusiones, finalmente en 1997 seaprobó en Estados Unidos un nue-vo estándar que ofrece una resolu-ción horizontal superior a las mil lí-neas, lo cual permite el desplieguede imágenes con calidad equiva-lente a la de una película de 35mm.

Para conseguir este impresionan-te incremento en la resolución sinque se dispare el ancho de bandarequerido, se necesita forzosamen-te del proceso digital de imáge-nes, las cuales, una vez converti-das en 1’s y 0’s, pasan por comple-jos métodos decompresión dedatos que per-miten reducir elancho de ban-da de la señal aa p r o x i m a d a -mente una sex-ta parte de sutamaño origi-nal.

Esta señal re-ducida puede

transmitirse utilizando el mismo an-cho de banda que necesita un ca-nal de TV común, lo cual es muyconveniente porque amplía la fle-xibilidad en el manejo del espectroelectromagnético (de por sí yacercano al punto de saturación).

Una desventaja de dicho siste-ma de televisión, es que es incom-patible con los actuales recepto-res PAL o NTSC; es decir, los televi-sores actuales no podrán captar lanueva señal, como sí ocurrió con elsurgimiento de la TV color, y los re-ceptores en blanco y negro pudie-ron seguir funcionando normal-mente.

Métodos de grabación de audio digitalA pesar de que el manejo digital

del audio no es novedoso (se po-pularizó en 1981, con el surgimien-to del disco compacto), hasta ha-ce algunos años no existía un me-dio que fuera no solamente de lec-tura, sino también de escritura. Enla actualidad existen varias opcio-nes a nivel de consumidor para lagrabación de audio digital: el DAT,el DCC y el Mini-Disc. Cada uno deestos sistemas funciona con princi-pios particulares y son incompati-bles entre sí.

El DAT o cinta de audio digital, esun sistema patentado por Sonyque trabaja con base en un tam-bor giratorio similar al de una vi-deograbadora; puede almacenaruna señal estereofónica de audiomuestreada con una precisión de16 bits y una frecuencia de 48kHz,garantizando una buena capturade toda la gama dinámica audi-ble por el ser humano. Este sistema

fue el primero que ofreció al públi-co consumidor la posibilidad degrabar audio en formato digital;no obstante sus ventajas, no tuvomucha aceptación, excepto enlos estudios de grabación y en lasradiotransmisoras.

El DCC es también un sistema decinta, aunque trabaja con base encabezas múltiples que graban lostracks de manera paralela (figura3). Este sistema es una patente dePhilips y tiene la ventaja de que elaparato, a pesar de grabar y re-producir cintas en formato digital,es compatible con los cassettes deaudio analógicos, que también esuna patente de Philips de 1963.Con esto se buscó que los consu-midores tuvieran un incentivo adi-cional para adquirir este nuevo for-mato, aunque hasta la fecha susresultados no son muy exitosos (suprincipal punto de venta es Euro-pa).

Finalmente, el Mini-Disc, otra pa-tente de Sony, trabaja por mediosmagnetoópticos, lo que le permitecombinar las ventajas del discocompacto y la flexibilidad de lascintas en cuanto a su capacidadde grabación (figura 4). Este desa-rrollo parece ser el más promete-dor de los tres métodos de graba-ción de audio digital a nivel consu-midor, aunque con la próxima ge-neración de DVD’s grabables, esposible que no alcance su consoli-dación.

Proceso digital de audioLos fabricantes equipos de au-

dio, están incluyendo en sus dise-ños sistemas que ofrecen novedo-sas experiencias auditivas, talescomo la emulación del sonido en-

Principios de Generación de la Electricidad

14

Fig. 3

volvente de una sala de concier-tos, de un espacio abierto, de unconcierto al aire libre, etc.

Esta reproducción de ambientessonoros es posible gracias al pro-ceso digital de señales, que identi-fican las características fundamen-tales de las distintas locaciones co-munes y, por métodos lógicos, losemulan para dar al espectador laimpresión de estar en un recintocompletamente distinto a la salade su casa.

Estos aparatos incluyen comple-jos procesadores que, a partir deuna señal original, pueden recrearlos ecos y rebotes de sonido queprodu-cen ciertas salas o sitios es-pecíficos, “rodeando” al auditoriocon sonidos que le dan la sensa-ción de encontrase en dicha loca-lidad.

PROCESAMIENTO DE DATOS

No hay rama de la tecnologíaque avance a un ritmo tan acele-rado como la informática, tantoen sus aspectos de hardware co-mo de software. A tal grado hanevolucionado las computadorasen los últimos años, que se estimaque la potencia de cálculo con-junta de todos los ordenadoresque controlaron la misión Apolo 11que llevó por primera vez al hom-bre a la Luna en 1969, es menospoderosa y versátil que una com-putadora moderna. Analicemosalgunos puntos relevantes de estatecnología.

MicroprocesadoresDesde que se desarrollaron los pri-

meros circuitos integrados en la dé-cada de los 60´s, se vislumbró la po-sibilidad de condensar en una solapastilla de silicio todos los elemen-tos necesarios para efectuar loscomplejos cálculos que se llevan acabo en una computadora; sin em-bargo, es posible que los investiga-dores no imaginaran que se po-drían incorporar cientos de miles eincluso millones de elementos semi-conductores en un chip de apenasalgunos milímetros cuadrados.

Los modernos microprocesado-

res de quintay sexta gene-ración de laplatafor maPC, estánconstituidospor más decinco millo-nes de tran-sistores quetrabajan aaltísimas ve-locidades, al-c a n z a n d o900MHz def recuenc iade reloj. Tan sólo el Pentium III deIntel incluye unos 10 millones detransistores y trabaja con velocida-des que van de 300 a 800MHz, y yase anunciaron frecuencias todavíamayores.

Otros desarrollos en el campo delos microprocesadores, es la incor-poración de grandes magnitudesde memoria caché de rápido ac-ceso para la ejecución predictivade operaciones, la inclusión demúltiples líneas de ejecución quepermiten realizar más de una ope-ración por ciclo de reloj, la amplia-ción de los buses de comunica-ción que permite la adquisición oexpedición de varios bytes a la vez,la inclusión de las unidades de pun-to flotante en la misma estructuradel chip, etc. De hecho, aproxima-damente cada seis meses los fabri-cantes de microprocesadores pre-sentan alguna innovación que ha-ce a sus dispositivos más poderososy flexibles.

Esto ha puesto al alcance decualquier usuario promedio decomputadoras, una capacidad deprocesamiento de datos que hastahace pocos años estaba destina-da a grandes empresas o universi-dades. Como un dato interesante,le diremos que TRON, una películade Disney filmada en la segundamitad de los 70´s, fue una de las pri-meras cintas que incorporó anima-ciones en computadora con gráfi-cos renderizados en tres dimensio-nes. Pues bien, en aquella épocase requirió toda la potencia de unacomputadora Cray de 64 bits pararealizarlas; en la actualidad, los vi-

deojuegos de la consola Nintendo64 incluyen un microprocesador de64 bits de Silicon Gra-phics y pue-den generar animaciones de mejorcalidad que las de obtenidas enTRON y ni que hablar de las moder-nas máquinas de 128 bits.

Capacidad de almacenamiento de datosActualmente, una computadora

con microprocesador Pentium,equipo multimedia, disco duro demás de un gigabyte, tarjeta defax-módem, etc. llega a costarmenos de mil dólares. En cambio,hace unos quince años tan sólo undisco duro de 10 ó 20 megabytes(el 1% de la capacidad típica ac-tual), podía costar unos $1.500.

Al igual que la mayoría de com-ponentes de una computadora,los discos duros han experimenta-do una caída sensible en sus pre-cios asociada a crecientes mejo-ras tecnológicas; en este caso, ha-blamos de un extraordinario incre-mento en la capacidad de alma-cenamiento, disminución de lostiempos de acceso a los datos yfiabilidad de la información. Ello seha conseguido gracias a avancesen la tecnologías de fabricaciónde los platos magnéticos, de lascabezas de lectura/escritura y delos circuitos que codifican y mane-jan la información.

Incluso, desde hace algunosaños se viene utilizando la tecnolo-gía magnetoóptica como alterna-tiva para el almacenamiento dedatos (figura 5). Y no hay que olvi-dar que el CD-ROM (la misma tec-

Capítulo 1

15

Fig. 4

nología del disco compacto deaudio digital, pero aplicada a siste-mas de cómputo) por muchosaños se mantuvo como el mediopor excelencia para la venta deprogramas multimedia, debido asu alta capacidad de almacena-miento (hasta 640 MB de informa-ción) y muy bajo costo.

Es más, pruebas de laboratorioen las que también se combinanlas tecnologías óptica y magnéti-ca, prometen multiplicar por unfactor de 10 la capacidad de al-macenamiento, utilizando básica-mente los mismos discos magnéti-cos; al mismo tiempo, se están ex-perimentando métodos para gra-bar información en cristales foto-sensibles e incluso para utilizar me-morias tipo RAM como principalmedio de almacenamiento de da-tos, con el consiguiente aumentode la velocidad de acceso.

Gracias a estos avances, se cal-cula que hacia principios del próxi-mo siglo una computadora están-dar podría contener decenas ocientos de gigabytes de informa-ción en dispositivos de tamañomuy reducido.

InternetPocos temas han generado tanta

expectativa como Internet, aun en-tre el público que raramente traba-ja con una computadora; y es quela red mundial de computadoras

ofrece una serie de servicios quedefinitivamente han modificado elconcepto de la comunicación. In-ternet es una red mundial de com-putadoras conectadas entre sí pormedio de líneas de rápido acceso,a través de comunicaciones vía sa-télite o por simples líneas telefóni-cas. Estos son los servicios de Inter-net más utilizados, y todos al costode una llamada telefónica local:

1) Correo electrónico. Permite elintercambio de información escrita(pueden enviarse también imáge-nes, gráficos o cualquier otro tipode archivo computacional) de for-ma prácticamente instantánea y acualquier parte del mundo.

2) IRC. Permite entrar a gruposvirtuales de conversación escrita,en los que navegadores de distin-tas partes del planeta “se reúnen”para intercambiar experiencias so-bre un tema específico; lo que unusuario escribe en su computado-ra los otros lo reciben. A estos servi-cios también se les conoce comochats. El concepto también haevolucionado hacia la conversa-ción directa como si fuera una lla-mada telefónica (los llamados In-ternet-phone) e incluso hacia latransmisión de la imagen de los in-terlocutores.

3) La World Wide Web (telarañamundial). Es un sistema basado en“páginas “, que no son otra cosa

que interfaces similares a las quese utilizan en los programas multi-media, es decir, pantallas con tex-to, gráficos, sonidos, animación yotros elementos de control que seutilizan en los programas con inter-face gráfica. Y al igual que en unprogra-ma multimedia, la pantallatiene textos e imágenes sensiblesque, al colocar el puntero del ra-tón y hacer clic, permiten “saltar”de un punto a otro de la mismapágina o hacia otra página.

La Web es la parte más exitosade Internet y la que de hecho hapopularizado a esta red mundialde computadoras, debido a sumanejo extraordinariamente senci-llo. Cualquier persona, aunque notenga conocimientos de compu-tación, puede “navegar” en laWeb. Además, otra de sus ventajases que hay millones de páginas entodo el mundo, puestas por las em-presas, por las universidades y porparticulares, que brindan accesogratuito a todo tipo de informa-ción. De hecho, es muy importanteque usted, ya sea estudiante,hobista, técnico en electrónica oprofesional, vaya pensando en ad-quirir una computadora (si no latiene) y conectarse a Internet, si esque aún no lo ha hecho. A travéssus páginas en la Web, los fabri-cantes de equipos electrónicosbrindan mucha información gratui-ta y sumamente valiosa; además,se pueden intercambiar experien-cias con otros usuarios de diferen-tes partes del mundo, etc.

Existen otros servicios disponiblesen Internet, como grupos de discu-sión, listas de correo, transferenciade archivos de un servidor haciacualquier computadora que lo so-licite (FTP), etc., pero sin duda estosson los más empleados por el usua-rio típico. ****************

Principios de Generación de la Electricidad

Fig. 5