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MULETAS 2
PARA SEÑALES RECTANGULARES DE CLOCK DE BAJA FRECUENCIA

por ING. PICERNO




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2.1 INTRODUCCIÓN

Por un terminal del puerto de salida de un microprocesador puede salir tanto una señal permanente como una alterna o una señal de datos. Todas pueden ser amplificadas con el mismo circuito que no difiere mucho del empleado para señales permanentes.

El parámetro más importante en este caso es la frecuencia de repetición de los pulsos. Las muletas no solo se utilizan para salvar el micro principal de un equipo; en realidad se pueden usar para cualquier tipo de procesador que opere con señales rectangulares. Por ejemplo se pueden usar para un inverter de LCD una placa de control de un Plasma o en un conversor analógico/digital de un LCD, en una pata de salida de datos del puerto paralelo de salida que se encuentre dañada.

Por supuesto la gama de frecuencia que debe amplificar nuestra muleta depende del lugar donde debemos colocarla. Una salida de 50Hz o 60 Hz de un micro es el punto de más baja frecuencia; de allí pasamos a salidas de frecuencia horizontal y luego toda la gama de los inverter para LCD y las fuente pulsadas que suelen funcionar entre 50 y 250 KHz. En la gama mas alta están las salidas de datos de los procesadores digitales de color para LCD y Plasmas que pueden llegar hasta los 50 o 100 MHz.

Los comparadores son los dispositivos mas versátiles en lo que respecta a la selección de punto de disparo (también llamado eje de conmutación o de cambio de estado de la salida); pero el problema es que no suelen tener una gama de frecuencia suficientemente alta. Digamos que sirven para unas pocas decenas de KHz.

Cuando se requiere un trabajo a mayor frecuencia se utilizan transistores del tipo llamado gigastores que funcionan hasta 1000 MHz y que se consiguen fácilmente.

Para comenzar vamos a analizar hasta que frecuencia se puede cubrir utilizando un circuito con un comparador de alta frecuencia LM393 que es uno de los más comunes.

2.2 RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL COMPARADOR 

Ya sabemos como ajustar el punto de cruce de un comparador con un divisor de tensión, en el caso de señales del tipo permanentes. Todo lo que había que utilizar era un tester. Pero cuando la señal es rectangular parecería que necesitamos obligatoriamente un osciloscopio. Y no es así; el osciloscopio nos facilita la tarea pero no es de manera alguna imprescindible para determinar como es la señal dañada que sale del procesador y muchas veces las señales no pueden observarse con el osciloscopio porque superan su banda de trabajo (100 o 150 MHz en la sección digital de un LCD o un Plasma).

Se puede averiguar como es la señal utilizando la sonda de RF, partiendo de la base de que siempre es una señal rectangular. Lo primero que hay que hacer es medir la amplitud pico a pico con la sonda; supongamos por ejemplo que es de 1V (valor de pico de 0,5V). Luego hay que filtrar la señal alterna y medir la continua. El filtro es simplemente un resistor y un capacitor como se observa en la figura 2.2.1.
  Fig.2.2.1  Filtro de RF (filtra a partir de 10 KHz)

Supongamos que el tester indica una tensión continua de 2V. Eso significa que la tensión de salida llega como máximo a 2 + 0,5 = 2,5V y como mínimo a 2 – 0,5 = 1,5V. En realidad esto es solo totalmente cierto para señales con un periodo de actividad del 50% pero si elegimos el eje de recorte en el promedio, que fue lo que hicimos, el recortador va a funcionar bien aunque el eje de recorte no este centrado con respecto a la señal.

De cualquier modo si verificamos la salida del recortador con la sonda de RF y la encontramos en 5V pico a pico, que es el valor de fuente del procesador; significa que la señal está adecuadamente conformada.

En la figura 2.2.2 generamos el circuito correspondiente probado en una frecuencia de 50 Hz para demostrar su correcto funcionamiento en baja frecuencia.
Fig.2.2.2  Muleta con buena señal y comparador en 50 Hz

Observe que la señal de salida (en verde) es una perfecta repetición de la de entrada (en rojo) en su forma, pero que tiene un pequeño detalle diferente. La señal original llega hasta cero volt y la conformada solo hasta 414 mV. Esto no suele producir ningún problema de conducción en el circuito posterior pero si se desea se puede realizar el acoplamiento con un diodo 1N4148 para reducir la tensión en una barrera.

En este caso el eje de recorte debe estar en la mitad de la tensión de fuente es decir en 2,5V ajustables con el preset R1.

En la figura 2.2.3 ajustamos el generador de funciones para que simule una pata fallada en los valores indicados anteriormente es decir un mínimo de 1,5V y un máximo de 2,5V.
  Fig.2.2.3  Muleta para una pata fallada en 50 Hz

El alcance en frecuencia de esta muleta no es muy alto. Lo determinamos en forma práctica aumentando la frecuencia del generador hasta 100 KHz en donde podría fijarse el límite de frecuencia superior. Ver la fig.2.2.4.
Fig.2.2.4 Muleta a comparador en el limite de frecuencia superior.

Observe que la señal de salida no tiene distorsiones pero que está levemente retrazada con respecto a la señal de entrada. Este desfasaje puede no ser importante en algunos circuitos y entonces se puede utilizar la muleta a frecuencias superiores. 

2.3 USO DEL DOBLE COMPARADOR

En algunos circuitos hay dos señales de salida y es importante que estén en fase (por ejemplo la excitación de un inverter para LCD del tipo resonante). En ese caso se aconseja armar una muleta para la pata buena para que se desfase en la misma proporción que la dañada. En  realidad el uPC393 es un doble comparador y solo basta conectar las patas del segundo comparador tal como lo indicamos en la figura 2.3.1. 
 
Fig.2.3.1 Uso del doble comparador

2.4 REDUCCIÓN DE LA IMPEDANCIA DE SALIDA

Una limitación del comparador LM393 o uPC393 es su impedancia de salida que es igual al resistor de pull-up utilizado, que no puede ser menor a 500 Ohms para 5V de fuente. Este valor que nosotros pusimos de 1K es generalmente aceptable para aplicaciones de señal, pero cuando la pata de salida debe excitar a un MOSFET de potencia puede resultar demasiado elevado. 
En los casos que sea necesario, aconsejamos el uso de un push-pull de transistores BC548 y BC558 que reducen la impedancia de salida tanto para enviar corriente al gate como para descargarlo en el ciclo contrario.
En la figura 2.4.1 indicamos un circuito muy simple que cumple con este cometido porque como vemos puede cargarse con una etapa siguiente que tenga una impedancia de entrada de 100 Ohms. Inclusive si se desea se puede encadenar después de este push-pull otro realizado con transistores TIP29 y TIP30 para obtener una menor impedancia de salida.
 
       Fig.2.4.1 Boster para reducir la impedancia de salida

2.5 CONCLUSIONES

Cuando la frecuencia de trabajo no es muy elevada el uso de un comparador rápido a 393 es la solución. Es un circuito simple y seguro y el uso de un preset para ajustar el eje de recorte nos facilita el trabajo de ajustarlo en el valor deseado.
 
Como se puede observar se utilizó siempre un preset de 100K porque el autor utiliza los potenciómetros lineales de sintonía de canales, de los viejos TV a TRC que aun se consiguen en los comercios y que están preparados para lograr un ajuste muy preciso de la tensión de recorte.

Como el lector observará tratamos todos los casos posibles inclusive aquellos que requieren un baja impedancia de salida, como por ejemplo los circuitos de inverter o de fuente con lo cual ampliamos el uso de las muletas a un campo diferente.

2.6 APENDICE – UN MEDIDOR DE SEÑAL CON 393

En este artículo describimos como determinar las características de la señal en una pata de salida de un integrado sin utilizar osciloscopio, solo con una red de filtro RC. Pero dijimos que solo era un método aproximado si el tiempo de actividad de la señal era corto. Realizando un sencillo circuito con un 393 se puede realizar una medición con toda precisión utilizando solo un tester digital como medidor.

En la figura 2.6.1 mostramos el circuito definitivo que utiliza un viejo potenciómetro lineal de sintonía fina y dos LEDs para establecer el valor mínimo y el máximo de la señal en la pata de salida.
      Fig.2.6.1 Circuito del medidor de precisión

El medidor es muy simple. Posee un potenciómetro para ajustar el eje de recorte y un tester digital en paralelo para determinar el valor del mismo. Si la señal en la pata  + es inferior permanentemente al eje de recorte la salida por la pata 1 es baja y el LED 1 esta encendido a plena iluminación (y el 2 apagado). Si en cambio la señal esta siempre por arriba del eje de recorte, la pata 1 está alta y el LED 2 está a pleno brillo (y el 1 apagado). Cuando la señal atraviesa el eje de recorte enciende los dos LEDs pero a una iluminación intermedia.

Conectamos al circuito un generador de funciones que simula una pata de salida fallada que posee un pico inferior que solo llega a 2V un pico superior que llega a 5V. Nuestro medidor debe ser capaz de reconocer estos dos valores con precisión. Realicemos los siguientes pasos:

1) Llevamos el potenciómetro a cero y por supuesto enciende el LED 1 a plena iluminación y el LED 2 permanece apagado.

2) Vamos levantando el potenciómetro hasta que se enciende el LED 2 y el 1 baja de brillo. Anotamos el valor indicado por el tester como valor mínimo de la señal de entrada.

3) Seguimos subiendo el potenciómetro hasta que se apague el led 1 y el 2 pase a máximo brillo. Anotamos el valor indicado por el tester como valor máximo de la señal de entrada.

Así reconocemos los puntos importantes de la señal de entrada pero también podremos tener una idea del tiempo de actividad de la señal analizando la diferencia de brillo de cada LED individual justo cuando sobrepasan el eje de recorte.
Nota: este medidor puede utilizarse desde continua hasta unos 200 KHz aproximadamente.
 
 



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