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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
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LOCALIZACION DE FALLAS
EN RECEPTORES DE RADIO
En este primer capítulo dedicado a la localización de fallas en etapas
electrónicas daremos una guía rápida para la localización de fallas en receptores de radio por tratarse de equipos que poseen distintos tipos de circuitos, como ser: osciladores, mezcladores, amplificadores de RF, detectores, amplificadores de audio, etc.
En los capítulos siguientes tomaremos como base las instrucciones que
daremos a continuación para realizar mediciones específicas sobre determinadas etapas.
El técnico reparador puede utilizar una gran cantidad de métodos que
permitan localizar averías en receptores a transistores . En general los semiconductores no son los principales causantes de falla, salvo que sean sometidos a manipulaciones indevidas, a excesivo calor, tensiones incorrectas o
condiciones de trabajo inadecuadas.
Una prueba preliminar, cuando se desea saber rápidamente cual es el
elemento o la etapa que provoca un desperfecto consiste en realizar un rastreo de emergencia, en tal caso el técnico se encuentra con que debe reparar un circuito sin tener las herramientas apropiadas.
En estas condiciones normalmente se emplea el método de chasquido
que los técnicos antiguamente empleaban en receptores a válvula y que es
aplicable en radios a transistores si se aplican algunas modificaciones.
Este método permite la prueba de etapas amplificadoras tanto de audio
como de radiofrecuencia y consiste en aplicar momentáneamente una tensión continua en el colector y base de los transistores de la etapa bajo prueba, utilizando una punta de prueba munida de un "clip cocodrilo", una resistencia limitadora y un cable del tipo de los empleados en multímetros, tal
como se muestra en la figura 1.
Para llevar a cabo esta prueba se debe conectar el clip cocodrilo al potencial positivo de
la batería, en general al potencial distinto del
correspondiente a la masa del circuito, y luego
con la punta de prueba se tocan los colectores
de los transistores que se estan ensayando comenzando por el más cercano al parlante o
sea, los transistores de salida de audio, hasta
llegar al transistor conversor.
Si al tocar con la punta de prueba el colector
del transistor conversor se escucha un chasqui-
Figura 1 - Prueba del chasquido con punta de prueba.
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
do por el parlante
es señal que el camino de la señal es
bueno desde la entrada hasta la salida; luego si el receptor
no
funciona, debe
buscarse la falla en
el oscilador local o
la etapa de antena,
tal como se muestra en la figura 2.
Figura 2 - La emisión de un chasquido es señal de que
el canal amplificador funciona correctamente.
El chasquido
emitido por el parlante se producirá
cuando se "raspa" la punta contra el colector del transistor ya que con ello
se estará quitando y aplicando alternativamente un potencial al elemento,
tratándose como si fuera una señal variable.
El método de rastreo se torna más confiable si en lugar de usar la punta
de prueba se emplea un generador de ruido que es un instrumento que
proporciona señales de AF y RF tales que, al ser amplificadas, provocarían
en el parlante un sonido similar al de la lluvia o el mar, se lo conoce como
generador de ruido blanco, y se trata de un oscilador cuyo esquema se
muestra en la figura 3.
En la figura 3 vemos un circuito que se encarga de amplificar la señal de
ruido generada por
la juntura baseemisor de un transistor (Q1) polarizado cerca del
corte con la posibilidad de cambiar el
"timbre" del sonido
producido variando un potenciómetro que en este caso es de 250kΩ.
Figura 3 - Circuito de un generador de ruido blanco.
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La ventaja fundamental de emplear este método
es evitar colocar
en cortocircuito a
los componentes
semiconductores para generar chasquidos en el parlante que podrían dañar
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
a los transistores.
Cualquier técnico o
aficionado que lo desee, puede construir
fácilmente el generador de ruido blanco en
un puente de terminales, como muestra la figura 4, o en una placa
de circuito impreso
universal si es que hace el diseño correspondiente.
Figura 4 - Montaje en puente de terminales del generador
de ruido blanco.
Utilizando el generador de ruido se inyecta señal primero en
el parlante, para ello se
debe conectar el generador en la bobina del
mismo, debiéndose oír
un sonido similar al de
la lluvia pero con muy
baja potencia, hasta puede ocurrir que deba acercar el parlante al oído para
escuchar dicha señal. Si se tratara de un parlante de alta impedancia -25
ohm, por ejemplo-, muy usados en la actualidad, mayor será el volumen
del tono emitido.
Si el parlante funciona, el paso siguiente consiste en inyectar la señal del
generador a las bases de los transistores de salida tal que una punta del generador se conecta a la masa del receptor y la otra a las bases, luego a la
base del preamplificador, posteriormente al detector y mas adelante a las
bases de los transistores de FI, hasta llegar por último al transistor conversor
o al mezclador si es que esa etapa fuera de dos transistores.
En general, el sonido a ser escuchado deberá ser mínimo en los transistores de salida ya que en esos puntos se requiere de una señal de buen nivel por tratarse de zonas de baja ganancia donde la señal ingresa con buen
nivel.
Cuando se inyecta señal al transistor preamplificador de audio, al detector y al primer amplificador de FI el volumen del sonido aumentará considerablemente.
Muchas veces suele emplearse un inyector de señales en lugar de un generador de ruido blanco por ser un instrumento que entrega una señal de
AF muy rica en armónicas y en general es de buen nivel. Como se ha visto
en el capítulo 2 se trata de un multivibrador que opera con una frecuencia
fundamental de aproximadamente 400 Hz produciendo armónicas que podrían cubrir una amplia gama, aunque con un nivel muy reducido. La prin-
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cipal ventaja de su uso radica en que en
el parlante se escucharía un tono nítido a
diferencia del ruido producido por el generador de ruido blanco. La ventaja del
generador de ruido blanco es que genera
señales en toda la banda de frecuencias
con intensidad apreciable.
Existen inyectores de señal que se basan en el empleo de un oscilador de autobloqueo con un solo transistor y transformador que utiliza cualquier transistor de
baja o media potencia tal como se muestra en la figura 5.
Figura 5 - Inyector de señales con oscilador de autobloqueo.
Los valores del circuito de la figura 5
no son críticos y pueden emplearse tanto transistores de silicio como de
germanio ya sean NPN o PNP con la precaución que si se emplea un transistor NPN se debe invertir la polaridad de la pila. Con R1 se puede cambiar
la frecuencia de trabajo.
Si después de armado el circuito, el oscilador no funciona se deberán invertir los terminales de conexión del secundario del transformador para tratar de corregir una posible falla en la fase con que se realimenta la señal.
Se puede armar el circuito propuesto, en puente de terminales como se
vé en la figura 6.
El multivibrador que mencionamos en este tema posee
un esquema comúnmente empleado en base a dos transistores con acoplamiento por
colector que puede admitir
cambios de frecuencia variando la resistencia que "ven" las
bases y se lo puede alimentar
con una pila de 1,5 volt debido a su bajo consumo tal como se grafica en la figura 7.
Figura 6 - Armado del oscilador de autobloqueo en puente
de terminales.
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Los técnicos normalmente
emplean este circuito para armarse su inyector de señales
pero con frrecuencia fija y sin
variación del nivel de salida.
El circuito propuesto con las
modificaciones mencionadas,
puede armarse en puente de
terminales siguiendo el esquema mostrado en la figura 8.
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Mediciones en receptores
Explicaremos ahora cuáles son las mediciones tanto de tensión como de corriente necesarias para la localización de fallas.
Figura 7 - Multivibrador como inyector de señales.
Las mediciones de tensiones en receptores
de radio que nos permitirán saber cómo funciona cada etapa se realizan sobre la polarización de los transistores. Una primera idea sobre el funcionamiento nos la dá la lectura de
la tensión base-emisor la cual tiene que estar
comprendida entre 0,1 y 0,3 volt para transistores de germanio y entre 0,4 y 0,8 volt para
transistores de silicio. Si la tensión medida no
está entre los valores medidos, seguramente
habran fallas con lo cual el rendimiento del receptor disminuirá considerablemente y casi con seguridad aumentará el consumo por excesiva corriente o el sonido saldrá distorsionado; indicaciones de como realizar estas mediciones
se dan en la figura 9.
Si los valores medidos no son los esperados, se debe realizar un examen más
detallado para saber con certeza el estado
del componente.
Figura 8 - Inyector en puente de terminales.
Figura 9 - Medición de la tensión de los transistores de un
receptor.
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La tensión colector-emisor de un transistor varía en función de la tensión de
polarización y del estado de funcionamiento, es decir, depende de que se encuentre en el corte, zona lineal o saturación. Por lo tanto, su medida de por sí no
nos ayuda mucho si no sabemos de antemano qué función cumple el transistor en el circuito.
Si al hacer la medición de las tensiones de los
transistores, se detecta que todas son nulas, o en
más de un transistor es nula, debe verificarse el
suministro de corriente del aparato. Para efectuar
esta prueba no basta con medir la tensión en bornes de las pilas sino que se deben seguir los caminos de circuito impreso, hasta encontrar una
pista cortada o algún falso contacto; es muy común que la llave de corte de corriente esté sucia
o defectuosa. Esta llave, en la mayoría de los receptores se encuentra unida al potenciómetro de
volumen, por lo cual se la debe verificar midiendo la tensión antes y des-
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pués del corte tal como se muestra en la figura 10.
Si existen problemas con la llave de corte, lo más
práctico es cambiar la unidad, es decir, el potenciómetro
con llave.
Al medir la tensión de las pilas, no debe ser inferior al
90% de la especificada, es decir, para radios de dos pilas
(3 volt), la tensión medida no debe ser inferior a 2,7 volt,
caso contrario se las debe reemplazar.
Figura 10 - Se debe medir la llave de corte si se detecta
falta de suministro.
Puede ocurrir que los transistores de la etapa de audio
sean los únicos que tengan tensión, si es así debemos desconfiar del resistor de desacople de la etapa de RF que puede estar abierto, o de una mala
soldadura del elemento. Con el tester se verifica la tensión antes y después
del mismo, la caída de tensión en dicho resistor no debe ser superior a 1
volt según se muestra en la figura 11.
De estar abierto se lo debe reemplazar, pero si la tensión entre sus terminales es alta y el elemento está bien, significa que hay algún cortocircuito
en la etapa de RF (conversora o FI) que debemos localizar, ya que ocasiona
una corriente excesiva que a su vez provoca la elevada tensión en el receptor.
La medición del consumo de un equipo defectuoso indicará si algún elemento está provocando una corriente excesiva convirtiéndose así en un potencial cortocircuito. En general las causas típicas que provocan elevados
consumos pueden ser transistores en corto, capacitores electrolíticos con fugas
excesivas, mala polarización de transistores a causa de la rotura de resistores, soldaduras mal
hechas, que el parlante toque con el circuito del receptor, etc.
Cuando se produce alguno de los casos mencionados la corriente normal
del receptor aumenta sustancialmente.
La corriente total del receptor se debe medir colocando el tester como miliamperímetro, en general
para medir unos 200mA a
fondo de escala. El instrumento debe estar en serie
Figura 11 - Medición del resistor de desacople.
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con la batería. Para conectar el instrumento o bien se debe cortar la pista de circuito impreso que une el portapila
con el resto del circuito o apagar el receptor y colocar el
miliamperímetro en los bornes de la llave de corte del
aparato, en paralelo con dichos bornes.
Figura 12 - Cuchilla para efectuar tareas de corte.
Aunque no es lo aconsejable, para cortar la pista de
circuito impreso debe emplear cuchillas afiladas como la
mostrada en la figura 12.
Esta herramienta permite realizar un surco pequeño que después puede
unirse con facilidad con una gota de estaño.
En la figura 13 se grafica el corte efectuado en una plaqueta para verificar el consumo del receptor.
La corriente a medir con el instrumento con mínimo volumen no debe
superar los 15mA sea cual fuere el receptor . En general estos valores estarán comprendidos entre 5 y 10mA.
Cuanto mayor es el volumen del receptor, más se incrementará la corriente suministrada por la fuente. El valor máximo de esta corriente dependerá de la potencia del receptor, por ejemplo, para receptores portátiles la
corriente podrá alcanzar unos 25mA con 3V de tensión de batería y en algunos casos podrá llegar hasta 40mA.
Si hay una circulación excesiva de corriente sin señal, existe algún cortocircuito que se debe detectar.
Quitando el resistor de desacople de la etapa de RF que se ubica en el
camino de la alimentación se podrá saber si dicho cortocircuito se encuentra en la etapa de audio o en la de RF.
Si al remover el resistor el consumo
disminuye a valores por debajo de
10mA es señal de que el problema está
en las etapas de RF, en cambio si persiste el alto consumo implica que el
cortocircuito se encuentra en la etapa
de audio.
Cuando en condiciones de reposo
el consumo es normal y se incrementa
demasiado al darle volumen al re- ceptor , alcanzando valores por encima de
los 80mA, existe una polarización deficiente en los transistores de la etapa
de audio o alguno de estos semiconductores está defectuoso.
Este método posee la ventaja que
permite variar el volumen del sonido y
ver cómo se comporta el consumo. La
Figura 13 - Medición del consumo de un receptor.
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desventaja es tener que realizar un corte en el
impreso, aunque en ocasiones basta con desconectar un cable, pero luego de realizadas
las pruebas se lo puede reparar con una gota
de estaño o soldando un pequeño alambrecito si fuera necesario.
Otra forma de medir el consumo consiste
en colocar el miliamperímetro sobre la llave
de corte del receptor con lo cual se cerrará el
circuito a través del instrumento pudiendo
medir el consumo a mínimo volumen tal como se muestra en la figura 14.
Figura 14 - Medición del consumo desde la llave de corte.
Figura 15 - Medición de resistencias dentro del circuito.
Figura 16 - Forma de evitar el calor excesivo en un componente.
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Con este método sólo se puede medir la corriente a mínimo volumen,
ya que si se pretende aumentar el mismo, se cerrará la llave de corte y ya
no pasará corriente por el instrumento.
Para localizar un cortocircuito por haberse detectado excesivo consumo no
conviene utilizar directamente un miliamperímetro, ya que la corriente que
circularía sería tan grande que podría sobrecalentar a algún componente lo que
haría descargar rápidamente las pilas. En
tal caso lo que se debe hacer es medir
la resistencia que "verían" las pilas quitando las pilas y con un óhmetro se verifica que la resistencia total del aparato
no sea inferior a los 500Ω. Si la resistencia medida es inferior a ese valor, se debe encontrar el elemento causante de la
falla antes de proceder a medir el consumo. En resúmen, el primer paso para una reparación consiste en medir la resistencia del aparato bajo prueba.
Cuando se debe medir un resistor
de un circuito "no debe haber tensión de alimentación", ya que dicho
elemento puede estar incluido en la
red de polarización de algún transistor y la tensión que aparece a través
de las puntas de prueba del multímetro podría dañar al instrumento y
hasta al semiconductor por excesivo
consumo. Siempre conviene levantar
una patita del componente para no
obtener lecturas equivocadas como
consecuencia de quedar algún otro
componente en paralelo con el resistor bajo prueba, tal como se muestra en la figura 15.
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Los transistores, circuitos integrados y semiconductores en general poseen una vida en teoría ilimitada pero se inutilizan fácilmente cuando son
sometidos a excesos de calor o por aplicación de tensiones incorrectas. El
calor excesivo en general provoca daños irreversibles en la estructura cristalina del semiconductor siendo las tensiones incorrectas, las causas más frecuentes que generan ese exceso de calor en el material. Se deduce entonces, que los semiconductores poseen capacidades limitadas de disipación
de calor, ligada exclusivamente con las reducidas dimensiones de estos
componentes .
La primera medida a tomar consiste en el empleo de un soldador de pequeña potencia (no más de 40 watt) y punta apropiada tal como se vió en
el capítulo 1. Los elementos activos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) deben ser los últimos en ser soldados en un circuito y al hacerlo
conviene tomar los extremos del elemento con una pinza de puntas para
que el calor generado durante la soldadura se disipe en la herramienta y no
en el componente, tal como se vé en la figura 16.
Lo mismo se debe hacer cuando se debe desoldar un componente para
su prueba, tratando en lo posible de usar un desoldador para extraer el estaño que lo mantiene unido al circuito impreso.
En los procesos de soldado y desoldado se debe actuar tan rápido como
sea posible, empleando estaño de bajo punto de fusión, normalmente 60%
de estaño y 40% de plomo. Tambien se deben estañar las partes a soldar
una vez que el soldador haya adquirido la temperatura adecuada antes de
la operación (más de 220°).
Al realizar alguna operación de soldadura o desoldadura, se debe asegurar de que no haya tensión en el circuito con que se está trabajando.
Cuando efectúe mediciones de corriente o tensión en circuitos de receptores, se debe tener mucho cuidado en no cortocircuitar pistas accidentalmente con la punta del multímetro, ya que un descuido puede alterar considerablemente la polarización de un transistor circulando una corriente
excesiva que podría llegar a destruirlos.
Vamos a explicar ahora como se efectúan pruebas en una etapa de RF
utilizando un multímetro y un diodo detector; este análisis nos servirá de
modelo para explica futuras pruebas.
El multímetro junto con un diodo, puede ser un muy buen medidor de
señales de RF, permitiendo así la verificación del funcionamiento de osciladores en receptores de radio y el ajuste de pequeños y grandes transmisores.
Prueba de osciladores
Un oscilador es un amplificador realimentado que entrega una señal de
salida con sólo aplicar una fuente de alimentación de tensión continua, sin
que sea necesario aplicar una señal a la entrada. La señal de salida es repetitiva, de frecuencia fija y con forma de onda definida. Un oscilador de RF
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genera una salida senoidal y se usa en
prácticamente todos los receptores . También se usa en transmisores, sistemas de
radar, equipos de comunicaciones,hornos
de microondas, etc.
Para la medición se necesita un diodo
de señal tipo 1N4148 o equivalente y una
pequeña bobina de captación que se puede hacer con 5 a 10 espiras de alambre
común.
Debe hacer lo siguiente:
a) Coloque la llave selectora del multímetro en la escala más baja para la medición de tensión continua.
Figura 17 - Medición de un oscilador de RF.
b) Coloque las puntas de prueba al
diodo y a la bobina de captación como
muestra la figura 17 y acérquelos a la bobina del oscilador.
c) Ponga en funcionamiento el oscilador.
Si la aguja deflexióna levemente, lo que depende de la potencia del oscilador, de su frecuencia y del acoplamiento, el oscilador funciona correctamente.
Si la aguja no deflexiona, el oscilador no funciona.
El grado de acoplamiento que debe tener la bobina dependerá de la potencia del oscilador. Para osciladores transistorizados de pequeña potencia,
la bobina captadora debe estar literalmente pegada a la bobina osciladora,
pero para transmisores de 200 mW ó más, la bobina captadora debe quedar a cierta distancia.
Como los transmisores poseen una etapa osciladora
y una ó más etapas amplificadoras de señales de RF ya
sea que se trate de equipos de AM o FM, puede hacerse un ajuste bastante aceptable, con la sola utilización
de un multímetro. Como se sabe, las etapas de RF están formadas por transistores bipolares o de efecto de
campo, los cuales poseen como carga, circuitos resonantes constituídos por bobinas y capacitores. Dicho
circuito resonante debe ajustarse para obtener el mayor rendimiento posible. Para ello úsamos el mismo
lazo de captación de la prueba anterior y el diodo de
señal.
Debe hacer lo siguiente:
a) Coloque la llave selectora del multímetro en la
escala más baja para la medición de tensión continua.
Figura 18 - Forma de ajustar un transmisor.
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b) Coloque las puntas de prueba al diodo y al lazo de captación.
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c) Acerque el instrumento al primer circuito resonante después del oscilador y conecte el transmisor al que se debe ajustar utilizando como base el
esquema del figura 18.
d) Trate de colocar la bobina de modo de tener en el instrumento una
lectura del 10% al 20% de la escala.
e) Ajuste el circuito resonante con la herramienta adecuada para obtener
la mayor lectura posible.
f) Haga lo mismo con las etapas siguientes, si las hubiere.
Para realizar el ajuste el oscilador debe ser ajustado para la frecuencia
de operación.
Siguiendo con el desarrollo de este tema tendiente a clarificar como se
efectúan pruebas varias en receptores de radio, daremos un breve resumen
de cómo se debe proceder cuando es necesario reemplazar un componente
y no se consigue otro de igual denominación.
Reemplazo de componentes defectuosos
Cuando se desean cambiar resistores en casos de emergencia, las siguientes observaciones pueden ser muy útiles:
No interesa la potencia del resistor sustituto siempre y cuando sea mayor
que la del componente original, sólo debe tenerse en cuenta que el elemento pueda colocarse en el espacio dejado por el resistor deteriorado.
Normalmente, resistores de hasta 1 watt pueden ser colocados en receptores portátiles acomodándolos adecuadamente.Tenga en cuenta que es preferible colocar un elemento sustituto del original y que estos consejos son
válidos cuando no se consigue el elemento sustituto. Lo que acabamos de
decir puede verse en la figura 19.
El valor de los resistores, en receptores comerciales, generalmente no es
crítico , lo que permite que se puedan reemplazar elementos deteriorados
por otros de igual valor y tolerancias de hasta un 50%, aunque el resistor
extraído sea de menor tolerancia.
Figura 19 - Reemplazo de un resistor por otro de mayor
potencia.
Figura 20 - Conexión alternativa para reemplazar
un resistor.
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En casos límites, se pueden emplear grupos de dos resistores en serie o
paralelo si es que no se cuenta con el valor original. Así, por ejemplo, un
resistor de 100kΩ se puede reemplazar por dos resistores de 220kΩ conectados en paralelo o dos resistores de 47kΩ conectados en serie, tal como se
muestra en la figura 20. El valor resultante no será exacto pero estará dentro de las tolerancias especificadas. Cuando deba recurrir a
esta alternativa, debe realizar un trabajo prolijo y hasta podría
emplear elementos de la mitad de potencia del componente
original, ya que ahora la misma será repartida por dos componentes.
Cuando se necesita reemplazar capacitores, los únicos críticos son los de radiofrecuencia tales como el capacitor de sintonía en tandem con el de osciladora y los capacitores de sintonía de los transformadoService de Equipos Electrónicos
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
res de frecuencia intermedia los cuales se deben sustituir por otros del mismo material y valor, ya que de no hacerlo se modificará el calibrado del
equipo.
La sustitución de los demás capacitores no es tan estricta, en general se
admiten tolerancias superiores al 50%. Los capacitores de acoplamiento de
RF tales como acoplamiento de antena, capacitor de desacoplamiento de
emisor de amplificadores de FI, capacitor de realimentación del oscilador
local, etc., pueden ser de cualquier valor comprendido entre 0,005µF y
0,05µF y de cualquier material (cerámicos, poliéster, mica, etc.). Por tal motivo todo técnico debe contar entre sus materiales de repuesto con capacitores cerámicos de 0,01µF x 50 volt.
Los capacitores de acoplamiento de audio pueden tomar cualquier valor
entre 4,7µF y 47µF; para el control automático de ganancia se puede emplear un capacitor comprendido entre 47µF y 220µF y en fuentes de alimentación se prefieren capacidades superiores a los 470µF.
En cuanto a las tensiones de trabajo, el capacitor sustituto debe tener
una tensión superior o igual que la del elemento a reemplazar.
En este caso también puede emplear combinaciones serie o paralelo para obtener el valor apropiado, tal como se ejemplifica en la figura 21.
En cuanto a transformadores, en receptores de radio se pueden encontrar:
Transformadores de frecuencia intermedia.
Figura 21 - Combinación de capacitores que puede
reemplazar a un componente.
Transformadores de salida de audio.
Transformadores driver.
Los transformadores de los receptores están normalizados, por lo cual no hay problemas para conseguir sus sustitutos
en caso de ser necesario. Existen en el mercado transformadores
de distintos tamaños que deben respetarse por razones de espacio, pero no habría problema en colocar uno de mayor tamaño si
el espacio lo permite, tal como se muestra en la figura 22.
Figura 22 - Transformadores de mayor tamaño
se pueden colocar en un receptor portatil.
Para las bobinas de FI hay que tener en cuenta que en el juego –1ºFI, 2ºFI, 3ºFI y osciladora– las unidades no son reemplazables entre sí y que existen juegos de bobinas para transistores de silicio y
también para transistores de germanio que difieren en la impedancia que
presentan a los transistores a los cuales serán conectadas.
Muchas veces, al sustituir una bobina de FI el receptor no funciona porque posee dos capacitores de sintonía o ninguno como consecuencia de
que al reemplazar la bobina no se tubo en cuenta este detalle, razón por la
cual se debe tener cuidado con esto, en la figura 23 se da un detalle de lo
expuesto.
Figura 23 - Debe fijarse si la bobina a reemplazar
posee el capacitor de sintonía.
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Los transistores, quizá sean los componentes que traen mayores problemas al tener que reparar receptores de AM portátiles cuando en realidad su
sustitución no debe traer inconvenientes.
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
En un receptor encontramos transistores que cumplen con las siguientes
funciones:
Mezcladores o conversores.
Amplificadores de RF.
Excitadores de audio.
Salida de audio.
En realidad no interesa la denominación que posea el componente a
sustituir sólo se deben saber de él las características que damos a continuación:
Tensión máxima de trabajo VCEO.
Corriente máxima de trabajo ICmax.
Ganancia de corriente hFE o ß.
Polaridad NPN o PNP.
Material Si o Ge.
Para la mayoría de los receptores sólo basta con conocer "la función, la
polaridad y el material", sea cual fuere la denominación o procedencia del
componente defectuoso, ya que en general la tensión de alimentación no
supera los 15V.
Para que tenga un panorama más amplio, supongamos que el transistor
conversor de un receptor es de germanio y PNP alimentándose con 4 pilas
de 1,5V, pero no se conoce la denominación que lo identifica.
En general, según lo dicho, no interesa desconocer su identidad pues se
sabe que cualquier transistor que reúna esas tres características será buen
sustituto; por ejemplo podría colocarse un 2SA49, el cual funcionará a la
perfección en el circuito.
En la tabla I se dá un juego de transistores que pueden emplearse en receptores portátiles con sólo conocer la función que cumplen, la polaridad y el material de construcción.
Los transistores dados en la tabla I son de fácil obtención en el mercado argentino y en la mayoría de los países americanos, siendo aplicables a cualquier receptor
tanto en las etapas de RF como en las etapas de audiofrecuencia.
En receptores de radio de mayor tamaño, puede ocurrir que se necesiten transistores de audio de mayor potencia en cuyo caso se debe analizar cuales son los componentes más adecuados.
En la figura 24 se da la disposición de los terminales
de los transistores dados en la tabla I, para facilitar la tarea de reemplazo de ser necesario.
Figura 24 - Disposición de terminales para los transistores
de la tabla 1.
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
Material
Función
Silicio PNP
2A37
2A38
Germanio PNP
Amplificador
de FI o RF
BF494
BF495
2A217
2A408
2A37
2A38
2SA52
Excitador de
Audio
BC548
BC549
2A238
BC337
BC558
BC559
2A258
BC307
Salida de
Audio
BC548
BC549
2A238
BC338
BC558
BC559
2A258
BC327
Conversor
o Mezclador
Silicio NPN
BF494
2A216
2A407
2SA49
2SB54
2SB56
AC188
Hasta aquí hemos dado una reseña de reparación que nos servirá de base
para la explicación de los próximos temas. Como en todos los casos, los semiconductores operaban en su zona lineal, para finalizar este capítulo, daremos
una explicación de cómo funcionan los dispositivos de conmutación.
Dispositivos de conmutación
Muchas veces, los semiconductores son excitados por señales muy grandes, que hacen que se comporten como interruptores.
Un transistor puede actuar como un interruptor cuando opera entre el
corte y la saturación.
Los semiconductores como interruptores o conmutadores se usan en
aplicaciones tan diversas como equipos de televisión, automatismos industriales, bioelectrónica, instrumentación electrónica, telefonía, aviación computadoras digitales, etc..
La representación gráfica de la corriente de colector ic como respuesta a
la señal de entrada, cuando un transistor bipolar opera en conmutación, se
puede ver en la figura 25.
Se deduce de la figura 25 que la respuesta a la señal de entrada no es
inmediata, sino que esta sujeta a una demora propia del semiconductor.
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Capítulo 5 - Localización de Fallas en Receptores de Radio
Quedan definidos dos tiempos, uno de
conexión (tON) o de subida, y otro de
desconexión (tOFF) o de bajada. Las demoras producidas en el proceso de conmutación se deben a que en la saturación
existen cargas en exceso de portadores minoritarios almacenados en la base del componente. Este tiempo se denomina generalmente de almacenamiento y se lo debe
reducir especialmente cuando se debe trabajar en altas frecuencias.
Los dispositivos que poseen un reducido tiempo de almacenamiento poseen características especiales, entre ellos se encuentra el diodo schottky, el cual veremos
a continuación.
La teoría sobre el funcionamiento de este diodo, si bien se conoce desde hace
mucho tiempo, no comenzó a fabricarse
en forma industrial hasta la década del 60,
debido a que entre la teoría y la comprobación experimental existían diferencias
por causas tecnológicas.
Figura 25 - Un transistor operando en conmutación.
En la superficie de los semiconductores
existen estados de energía adicionales, que surgen de la rotura de las uniones de la estructura cristalina.
Las cargas que son atrapadas en esos estados, que generalmente son rápidos, frenaron durante mucho tiempo la posibilidad de la comprobación
práctica que permitiera disminuir esos estados y cargas adicionales a límites que no
entorpecieran el efecto normal de una juntura.
En la figura 26 se muestra la estructura
interna de un diodo Schottky que permite
reducir los tiempos de almacenamiento y el
símbolo correspondiente.
Debe observarse que la curva de respuesta de este dispositivo es similar a la de
un diodo de juntura convencinal, con la diferencia que la tensión de ruptura ahora es
de aproximadamente 0,3V, como puede observarse en la figura 27.
Si bien existe un retardo en la conmutación desde la conexión (ON) hasta la desco-
Figura 26 - Estructura y símbolo de un diodo schottky.
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nexión (OFF) debido a los portadores minoritarios almacenados en la unión, los
diodos Schottky tienen un tiempo de almacenamiento despreciable, porque la corriente es causada principalmente por portadores mayoritarios ya que los electrones
entran desde el lado n hacia el aluminio y
por lo tanto no pueden diferenciarse de
los electrones del metal, lo que no permite el almacenamiento de cargas en la proximidad de la unión.
Figura 27 - Comparación entre la respuesta
de un diodo schottky y un diodo convencional.
Una vez que fue posible reducir el retardo en la conmutación empleando un
diodo metal-semiconductor, tal como el
diodo Schottky, se pensó en reducir el retardo de propagación de una compuerta
lógica, por ejemplo de la familia TTL, o sea lógica transistor-transistor, con
el objeto de eliminar el tiempo de retardo de todos los transistores que la
componen. Para ello se pensó que tal propósito podría cumplirse si los
transistores no trabajaran totalmente saturados.
En la figura 28 se muestra la técnica empleada para reducir el tiempo de
almacenamiento de un transistor, conocido como transistor schottky, y su
símbolo correspondiente.
Para entender el funcionamiento, digamos que al saturar el transistor por
un aumento de la corriente de base, disminuirá la tensión del colector, por
lo cual el diodo Schottky conducirá; y como la unión del colector está polarizada en sentido directo a una tensión menor que la de umbral (0,3V), el
transistor satura pero no como consecuencia de la saturación de la juntura
coloector-base.
La mayoría de los circuitos integrados
digitales, se clasifican en familias lógicas.
Cada familia lógica posee un tipo particular de "circuito lógico" que se emplea en
los circuitos integrados para todas las
compuertas, inversores, biestables, contadores y otras aplicaciones.
A modo de ejemplo, en la figura 29 se
reproduce el esquema circuital de una
compuerta NAND con tecnología Schottky.
Esta tecnología es la más rápida de las
subfamilias TTL. Utiliza diodos Schottky y
se las denomina con el prefijo 74SXXX.
Esta subfamilia es más rápida que la
Figura 28 - Transistor schottky y su símbolo.
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TTL de alta velocidad ya que la
ausencia de cargas almacenadas
reduce el tiempo de conmutación
del transistor, aumentando así la
respuesta del componente.
Debido a estas características
se obtienen tiempos de propagación típicos de 2 nanosegundos,
un consumo de unos 20mW y
una frecuencia máxima del orden
de los 100MHz.
Veamos ahora cómo se produce la conmutación.
Figura 29 - Compuerta NAND con tecnología schottky.
El régimen transitorio para activar una juntura PN representa el
tiempo necesario para que la tensión y la corriente se establezcan, para llevar al sistema a un régimen permanente. Por el contrario, durante la desconexión se reduce a un mínimo la
tensión y cae considerablemente la corriente en el circuito.
De esta manera, el transitorio en la desconexión representa el tiempo
necesario para que se anule la corriente en la juntura hasta que el sistema
entre en régimen permanente. Para graficar lo dicho, en la figura 30 se dibuja un circuito clásico de conmutación.
Figura 30 - Circuito de conmutación típico.
Se aplica al circuito una tensión de forma de onda cuadrada. Para graficar los parámetros digamos que en el tiempo "Ø" el generador aplica una
tensión +V y en el tiempo "Ø1" se introduce una tensión -V. Con esto se
busca que a partir del tiempo t = Ø1 circule corriente por la juntura, tal como se ve en la figura 31.
En la figura 31 se han representado
casos ideales, pero se debe tener en
cuenta que cuando el transistor conduce, presenta una resistencia como
consecuencia del almacenamiento de
cargas, por lo cual las formas de onda
reales se modifican según como se
muestra en la figura 32.
Figura 31 - Establecimiento de los parámetros
en un circuito de conmutación.
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Note que a partir del tiempo t = Ø
se establece la conexión, si suponemos que la resistencia R del circuito
es superior a la resistencia de la juntura base-emisor, y la tensión V aplicada
es mucho mayor que la tensión V del
diodo schottky, puede decirse que i
= V/R .
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Para explicar ahora cómo se produce
el establecimiento de cargas, supondremos que la juntura PN está compuesta por
una zona P, fuertemente dosificada, y una
zona N con poca contaminación. De esta
manera, la inyección de portadores en la
juntura consistirá en lagunas que irán de
la zona P+ hacia la zona N. Los electrones
que se inyectan en sentido contrario son
muy pocos, como consecuencia de la baja
contaminación de la zona N.
La corriente que circula a través de la
juntura es igual a la carga que por unidad
de tiempo se inyecta en la zona N; o sea:
I=
QP
TP
Para entender la explicación, podemos
suponer a la juntura como un circuito RC
paralelo tal como se muestra en la figura
33.
Se deduce que:
q
I=
C
y
T = CR
El tiempo de establecimiento de la corriente de colector dependerá del tiempo
necesario para almacenar en la base del
transistor una carga QB, esto se expresa
como:
Ic = QB/TB
Figura 32 - Formas de onda reales durante la conmutación.
Si analizamos el circuito de la figura 34
como VG >> VBE, puede considerarse
que el capacitor CB soporta la totalidad de la tensión del escalón +V .
La carga almacenada en el capacitor CB está dada por:
QB = CB . V
En la base del transistor, que está en serie con el capacitor CB, se almacena una carga igual, por tratarse de dos capacitores conectados en serie.
Figura 33 - Circuito RC equivalente de una juntura.
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Para realizar este análisis hemos considerado al
transistor, entre base y emisor, de naturaleza puramente capacitiva, por lo que:
TB = CB . RB
Condición fundamental que debe cumplir la
constante de tiempo del circuito CR de entrada
para compensar la constante de tiempo intrínseca
del transistor y, así anular el tiempo de establecimiento.
De esta manera terminamos con este capítulo,
donde se han dado todas las herramientas necesarias para encarar la prueba y reparación de distintas etapas electrónicas.
Figura 34 - Circuito para interpretar los tiempos de
establecimiento.
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