Publicaciones de Categoría: erasmus+

Pantallas y rayos catódicos (y frikis) (1)

Sí, lo sé. Ya has jugado ese arcade. Da igual el que sea, lo podrías haber jugado: es tan fácil como descargar el emulador, la ROM y ejecutar, ¿no? Seré breve: no. Sin ánimo de ponerme purista —meramente pejiguero—, lo cierto es que los arcades eran una experiencia multisensorial. No, tampoco me quiero poner New Age, o como lo llamen ahora, pero comparar la experiencia de lidiar con mandos a prueba de borrachos instalados en un mueble de noventa kilos con una pantalla del tamaño de un microondas que tiene un señor cañón de rayos catódicos, a usar un pad de Super Nintendo en una RasPi enchufada a una pantalla LED, es como comer hamburguesas veganas y decir que no notas la diferencia con la picada de Angus. Ni de coña, colega.

Y sí, todo esto da para otra entrada: el arcade como producto integral, formado —más allá de por su jugabilidad— por su experiencia completa: el armario, los mandos, el diseño… Pero hoy vengo a hablar de pantallas. Más en concreto, por qué no ves el mismo juego hoy en día que veías en su momento —si tuviste la suerte de hacerlo—  dentro del mueble original, con su pantalla. No traigo aquí ningún tema esotérico: los propios emuladores llevan un montón de filtros para simular, con mayor o menor acierto, el efecto de ver los juegos en un CRT, reconociendo implícitamente que no es lo mismo. Algo que queda bastante claro con esta imagen que se popularizó hace ya tiempo y que se ha convertido en el icono de la emulación de los CRT.

Espero que ahora entendáis por qué somos unos cuantos los que odiamos profundamente consideramos que los emuladores se ven mal. Y por qué vengo aquí a explicarlo.

NOTA IMPORTANTE: Para —intentar— hacerlo todo más sencillo y ameno, voy a sobresimplificar la explicación, así que aquellos de vosotros que ya conozcáis la física involucrada, controlad ese fruncimiento de ojos, que os salen patas de gallo.

Lo primero es entender que los monitores modernos —LCD, TFT, LED…— no tienen nada que ver, en su forma de pintar la imagen en la pantalla, con los antiguos monitores CRT, literalmente Tubos de Rayos Catódicos. En los modernos, simplificando mucho, la pantalla es una matriz de bombillas de tres colores que encendemos con diferente intensidad para mostrar un píxel de color. Es decir, cada píxel, en cada momento, está encendido a una intensidad concreta o apagado. La mezcla de colores y sus intensidades nos da el color que buscamos.

Los antiguos CRT, bueno, pintaban la imagen con un rayo de electrones pasando a toda velocidad por una pantalla de fósforo. Esos eran los buenos tiempos, cuando no existía Ikea y los muebles te los hacías en tu casa con un hacha y la grapadora.

La cosa es una versión, frenética y con esteroides, de la chorrada posmillennial de pintar con linternas en las fotos nocturnas.

Como nos podemos imaginar, esta forma de hacer las cosas, que es como comparar un reloj de cuco con una imitación norcoreana de una versión china de un Casio de los ochenta, genera un montón de curiosos efectos —indeseados— que los creadores compensaban o incluso explotaban en su beneficio.

UNA DE COLOR

Para empezar, os presento a mi amiga la gama de color, gamut para los amigos. Supongamos un diagrama que represente todos los colores posibles, como el que se encuentra al lado.

Sin entrar en muchos detalles de qué significa cada cosa, vamos a decir —tendréis que creerme— que están todos dentro de esa extraña figura con forma de escama irisada. Vale, no, no se pueden pintar todos los colores en una pantalla —en ninguna—, ni se pueden imprimir, ni nada; no hay tecnología capaz de representarlos todos. Y para saber qué colores puede representar la tecnología, están estos bonitos diagramas que sirven para que los diseñadores gráficos se la midan comparando sus monitores.

En el caso de las pantallas, esta gama viene dada por un triángulo cuyos vértices se encuentran en los colores primarios que son capaces de representar cada una de sus “bombillas”:

Los colores se generan de manera muy distinta en la tecnología CRT si los ponemos frente a los paneles planos; y no comparemos pintar colores excitando una pantalla recubierta de fósforo a golpe de rayo de electrones que encendiendo y apagando LED, que lo hacíamos nosotros en casa de pequeños con el Scatron —también teníamos Cheminova y Quimicefa—. Envidia, malditos millennials. Los colores así obtenidos no son exactamente iguales aunque sean muy parecidos, y tiene que ver con los niveles de energía que ambas tecnologías utilizan y que obligan a los electrones a saltar: al ser distintos, generan luz de frecuencias ligeramente diferentes.

BONUS TRACK: EMULANDO EL COLOR DE LAS PRIMERAS CONSOLAS

La emulación de consolas se enfrenta a otro problema: éstas no se conectaban directamente a la pantalla sino a una toma de antena, en la que había que enchufar la señal en los formatos que usaban las teles: NTSC, PAL o SECAM en función de la región. Estos formatos de señal no llevaban la información de color en espacio RGB, sino en otros formatos cuyas siglas nos dan bastante igual pero, creedme, eran diferentes. Lo importante: en vez de Rojo, Verde y Azul, descomponían cada punto de la imagen en un componente de brillo y dos de información de color, que era muy cómodo para las teles en blanco y negro, porque sólo usaban la de brillo y pasaban del color, haciendo que una generación de chavales de los ochenta que aún no nos habíamos actualizado hiciésemos el gilipollas tratando de ver las pelis en 3D que emitía Tve2 con las gafas de colorines que te regalaba la Teleindiscreta. Pero eso es otra historia.

Los otros dos componentes, decía, almacenaban la información de color. Y lo hacían de una manera que la wikipedia explica muy bien pero que nosotros definiremos como rara. Tan rara que a la hora de transformar los colores RGB que generaba la electrónica de la consola a ese formato y de ese formato de vuelta, los colores habían cambiado cual estudiante a la vuelta de su Erasmus. Cosa, por cierto, que los diseñadores de juegos tenían en cuenta y los emuladores no.

Esto en lo referente al color, que es, seamos sinceros, la menor y posiblemente la más chorra de las diferencias. Nos quedan, por lo menos, dos elefantes en la habitación que no por evidentes dejan de requerir una explicación: la resolución —fun fact, si os fijáis, en los monitores de tubo se veían bien todas las resoluciones, y en los planos sólo algunas— y cómo se componía la imagen en la pantalla —rejillas, shadow masks que no tienen nada que ver con objetos de +10 a la ocultación, y otras hierbas—. Y pequeños detalles multisensoriales como que en aquellos tiempos salvajes podíamos poner la mano en la pantalla y meterle una descarga electrostática de varios miles de voltios a cualquier adulto que intentase alejarnos de ella tirando de la otra. Pero como por hoy ya llevamos suficiente nostalgia, vamos a dejarlo para la próxima, y así tenéis excusa para pasaros otro día por aquí.

Sigue en:

La configuración Darlington de transistores bipolares

El montaje o configuración de transistores bipolares "Darlington" es un tipo especial de configuración en Emisor Común (o también en Colector Común) que tiene una altísima ganancia de corriente. Es una invención (realizada por Sidney Darlington, de los Laboratorios Bell) tan sencilla como efectiva, ya que conseguimos con dos transitores un nivel de ganancia que de otro modo necesitaríamos varias etapas sucesivas amplificadoras.

Está compuesto por dos transistores bipolares comunes que se conectan es cascada, como se muestra en el siguiente gráfico. El éxito del montaje o configuración Darlinton es tal que se fabrican muchos "transistores Darlinton" aunque realmente ya no es un sólo transistor -evidentemente- con esta configuración interna.


transistores bipolares NPN en configuración Darlington

Siendo la β del transistor T1, β1, y la β del transistor T2, β2, se puede llegar a demostrar fácilmente que la βT de la configuración conjunta T1-T2 es aproximadamente: β1 x β2. Con una ganancia en corriente que puede fácilmente llegar a 8.000, un "transistor Darlington" es el dispositivo idóneo para controlar cargas grandes de corriente con corrientes muy pequeñas.

Pero no todo es tan sencillo, el montaje Darlinton tiene algunas "pegas":

  • La tensión de polarización, para que conduzca y amplifique, ha de ser mayor que 2 veces la VBE convencional, ya que ha las uniones B-E de los dos transistores están en serie.
     
  • La tensión C-E del Darlinton no llega a ser tan baja en saturación como la de un simple transistor bipolar, ya que la tensión de la unión B-C del primer transistor juega en su contra; el Darlington se "queda" con una VCE entre 0'7 y 2 volt.
     
  • Al tener que activar las dos uniones B-E, el transistor Darlington es más lento que uno normal, y también es más lento en dejar de conducir. Para paliar esto en parte, se conectan un par de resistencias en paralelo con las uniones B-E de los dos transistores; esto también hace que baje la β del Darlington.


Darlington: las resistencias se ponen para equilibrar 
el funcionamiento de los transistores

  • También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable.


parámetros típicos de transistores Darlington convencionales

La configuración Darlington

 

Aplicaciones del Darlington

Con todo, el "transistor Darlington" es ampliamente utilizado en control de motores, regulación de c.c., accionadores de relés, incluso amplificadores de potencia de audio… y en cualquier sistema electrónico que se necesite controlar una gran intensidad con una intensidad muy pequeña.


aplicación típica de un Darlington: excitación de un relé de c.c.

 

 

+INFO:

Amplificadores de potencia con BJT: la clase C

Los amplificadores de potencia en clase C parten de la premisa siguiente: no se trata de amplificar con calidad la señal de entrada, se trata simplemente de amplificar la señal de entrada de modo que a la salida se obtenga el máximo rendimiento posible pero sólo para un rango de frecuencias muy reducido, en torno a una de "resonancia".

Son amplificadores que desde luego no sirven para señales de audio, por la distorsión. Su campo de aplicación está en las telecomunicaciones, en radiofrecuencia, F, donde se requiere un incremento en el nivel de potencia y no se requiere linealidad entre la tensión de entrada y tensión de salida. Los amplificadores Clase C pueden ser modulados en amplitud para amplificar una portadora modulada en frecuencia.


etapa amplificadora a transistor BJT con circuito tanque resonante

Circuito resonante y la amplificación en clase C

Este tipo de amplificadores se reconoce porque tienen, en lugar de la resistencia de colector típica, un "circuito tanque" formado por un condensador y bobina diseñados para que en un estrecho margen de frecuencias entren en sintonía -por lo que también se le llama "circuito resonante"-y, modiificando la impedancia del circuito L-C produzcan la conducción del transistor. Es por eso que a este tipo de circuitos les llama amplificadores "resonantes" o "sintonizados".

En torno a la frecuencia de resonancia, estos amplificadores obtienen una ganancia altísima; fuera de esta frecuencia, la amplificación es muy reducida y el consumo es mínimo.


la ganancia en tensión está muy localizada en torno a la frecuencia de resonancia

Amplificadores de potencia con BJT: la clase C

Veamos cómo nos lo cuentan nuestros amigos del Canal de Youtube Electrónica FP, esos chicos tan majos:

 

+INFO:

Amplificadores de potencia con BJT: la clase AB

El problema de "distorsión de cruzamiento" (Crossover Distortion) característico de los amplificadores de clase B se puede reducir considerablemente aplicando un ligero voltaje de polarización hacia adelante a las bases de los dos transistores, de modo que tengan -incluso sin aplicarles señal de entrada- una pequeña polarización en zona activa. Como cada transistor amplica sólo media onda de la señal de entrada, y como a la salida se obtiene la "suma" de la señal de uno y del otro, ese nivel de polarización continua e igual para cada uno la final en la carga va a dar cero, es decir, señal de salida nula mientras no apliquemos señal de entrada a las bases de los transistores.

Este pequeño nivel de polarización se puede construir de varias formas:

  • a través de un pequeño transformador con toma intermedia, cuyo primario es excitado por la señal proveniente de la etapa previa, y cuyo secundario -dividido en dos semi-mitades que generan dos señales iguales pero desfasadas 180º- se conecta a las bases de ambos transistores; entonces cada unión Emisor-Base de cada transistor recibe la misma cantidad de señal pero cada uno recibe el inverso de la señal que le llega al otro. De esta manera, sólo uno va a amplificar cada semi-ciclo de la señal que llega al transformador.
    Y luego, a la salida de los colectores, se ha de montar otro transformador -también con toma intermedia ahora en el primario- que reciba las dos señales invertidas de los colectores de los transistores, y cuyo secundario acabe atacando la resistencia de carga.


polarización de las uniones B-E de los transistores clase B 
mediante transformador con toma intermedia

  • a través de una red de resistencias y diodos de polarización en Emisor-Base de los dos transistores, que en este caso han de ser complementarios (uno NPN y otro PNP). Ambas uniones de ambos transistores han de recibir la misma tensión para polarizarlos escasamente en el comienzo de la zona activa de cada uno, lo que, como ya hemos dicho, darán lugar en la carga a la suma de la amplificación de cada uno de ellos. Este método evita la engorrosa necesidad de transformador excitador en las uniones Base-Emisor y también el otro transformador de salida, que recoja las dos intensidades de los dos colectores.  Por esta razón, esta última solución de polarización de clase B es la más utilizada.
    El nivel de polarización adecuado se ajusta con un par de diodos, cuya unión P-N es similar a la unión B-E de los transistores. Los condensadores separan la componente de c.c. de polarización para que no afecte a la etapa amplificadora previa.


polarización de las uniones B-E de los transistores clase B 
mediante red de polarización con resistencias-diodos

En ambos casos, se trata de que ambos transistores en clase B se encuentren ligeramente polarizados incluso sin señal de excitación, de modo que cuando les llegue la más mínima señal, sean capaces enseguida de amplificarla sin demora, consiguiendo de este modo que la suma de ambos semiciclos -que amplifica cada uno de los transistores-, sea una señal limpia fiel reflejo de la entrada. Eliminamos así la "distorsión de cruzamiento" o de "paso por cero" típica de los amplificadores clase B,

Dada la necesidad de polarización de los transistores, la clase AB tiene algo menos de rendimiento que la clase B, pero compensa sobremanera con la mejora evidente de calidad en la amplificación. Es por ello que la mayoría de los amplificadores de baja y media potencia de audio, incluso HiFi, utilicen esta tecnología para implementar la etapa de potencia de salida.

Amplificadores de potencia con BJT: la clase AB

 

 

+INFO:

Amplificadores de potencia con BJT: la clase B

Los amplificadores de Clase B usan dos o más transistores polarizados de tal forma que cada transistor solo conduce durante un medio ciclo (realmente, "casi" medio ciclo) de la onda de entrada. Tienen un rendimiento muy superior a los de Clase A y su diseño no es muy complicado, pero sus aplicaciones se limitan enormemente debido a una característica su propio diseño: una distorsión llamada de "cruce por cero". Aún así, se utilizan incluso en amplificadores que no requieran buena fidelidad y sí facilidad de diseño y rendimiento, como los amplificadores de bocinas y megáfonos de mano.

Para mejorar la eficiencia de potencia total del amplificador de clase A previo, reduciendo la potencia desperdiciada en forma de calor, es posible diseñar el circuito amplificador de potencia con dos transistores en su etapa de salida, produciendo lo que comúnmente se denomina amplificador de clase B; también conocido como configuración de amplificador Push-Pull (empuja-tira en español). Para construir este tipo de amplificador se utilizan necesariamente transistores denominados "complementarios", es decir, de las mismas características eléctricas pero con distintas uniones P-N: si uno es del tipo NPN, el otro ha de ser igual pero de tipo PNP. Veamos cómo se construyen:


transistores complementarios BJT en funcionamiento clase B, configuración Push-Pull

Los amplificadores Push-Pull utilizan transistores complementarios de potencia, que reciben la misma señal de entrada que es igual en magnitud, pero en fase opuesta entre sí . Esto da lugar a que un transistor solamente amplifica la mitad o 180º del ciclo de la onda de entrada; mientras que el otro transistor amplifica la otra mitad o restante 180º del ciclo de onda de entrada. Conjuntamente, estas “dos mitades” amplificadas cada una por un transistor, "excitan" o "atacan" la carga o resistencia de salida, dando lugar en ella a la señal completa amplificada.

Por consiguiente, el ángulo de conducción para este tipo de circuito amplificador es escasamente inferior a 180º o 50% de la señal de entrada (para cada transistor). Este efecto de empujar y tirar de los semiciclos alternos por los transistores da a este tipo de circuito su divertido nombre "push-pull", pero en general se lo conoce como el amplificador de clase B.

Realmente los transistores en un amplificadr de clase B no llegan al conducir el 50%, ya que ambos necesitan tener una polarización al menos de 0'65 volt Emisor-Base para empezar a conducir y amplificar. Esto supone que de la señal de entrada, en los primeros 0'65 volt. (positivos y negativos), la señal de salida va a estar a "0". Y sólo cuando en la entrada se superen los 0'65 volt. E-B podrá empezar a amplificar la salida. Esto, al final, produce inevitablemente una falta de amplificación en torno a los valores cercanos a "0" volt. denominada "distorsión de paso por cero" o "distorsión de cruce", característica de los amplificadores en Clase B.


formas de señal de saldia debida a la "distorsión de cruce" o "de paso por 0"
en un amplificador Clase B, Push-Pull

Amplificador de potencia: la Clase B

 

 

La amplificación en clase B y la distorsión de cruce

+INFO: