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De la 12AX7 al 74LVC1G17 (O cómo volverse loco, en términos técnicos, buscando un componente)


Neosaurio: De la Válvula de Vacío a la Tarjeta SD

La 12AX7 y el 74LVC1G17 no tienen nada que ver entre sí, pero en la vida de este aficionado a la electrónica, estos componentes se encuentran en la línea de los tiempos, generando reflexiones propias y personales, que quizás compartamos (o no) durante el transcurso de este artículo de fin de semana. En mis años de adolescencia, construir equipos de audio valvulares y oírlos sonar bien, era lo más importante que le podía pasar a un joven tecnológico. Para cada potencia de salida existían válvulas termoiónicas (lámparas) “clásicas”, al igual que para las etapas de pre-amplificación, y las opciones no pasaban de un pequeño grupo. Hoy (fines de 2011), tuve la idea de proteger algunas salidas digitales de un microcontrolador (costoso). Sin saber por dónde comenzar a buscar, casi termino en un manicomio.

Cuando comencé con la electrónica, a mediados de los años 1970’s, los transistores de germanio y, en el mejor de los casos los de silicio, volvían locos a los ingenieros de la época para  lograr funcionamientos estables y agradables como los que brindaban las (ya cansadas) válvulas termoiónicas. Por lo tanto, armar amplificadores para escuchar música era más sencillo de lograr con válvulas o lámparas que con transistores. Además, la cantidad de componentes necesarios para hacer un “poco de ruido” y bailar hasta el amanecer, eran muy pocos a comparación de los que requerían sus nuevos “herederos de estado sólido” para cumplir la misma misión. Con tan sólo dos válvulas se lograban potencias de audio superiores a los 30Watts por canal y ¡eso sí que era potencia por aquellos años! Las fórmulas eran sencillas: 12AX7 (ECC83) para el preamplificador y EL34 para la etapa de potencia (6BQ5 para 5Watts). Eso no fallaba nunca, se armaba en una tarde con componentes sobrantes de viejos TV’s y la diversión estaba asegurada. Los parlantes y sus cajas eran lo más complejo, voluminoso y costoso, los “tweeters” (altavoces para sonidos agudos) recién comenzaban a hacerse populares y todo ese eslabón de la cadena era tan importante como la púa de diamante que se utilizaba para reproducir los discos de vinilo.

Teníamos muchas desventajas respecto a la electrónica de hoy. En aquella época, a pesar de existir en el mercado una variedad “interesante” de válvulas termoiónicas, sólo lográbamos acceder a las más populares y económicas, es decir, a algunas pocas. Siempre la mayoría de los aficionados armaba los  amplificadores con las mismas válvulas, las diferencias se notaban luego, en la calidad de los altavoces, de las bandejas giradiscos y por supuesto, en el que se encargaba de organizar la música durante toda la noche. Hoy, existen miles de modelos de transistores BJT y MOSFET con los que se podrían armar unidades de potencia de varios cientos de Watt. Además, los módulos híbridos que se utilizan en el rango de las potencias medias (30 a 150Watts por canal) hacen la delicia de cualquier diseñador al permitirle “seleccionar” lo mejor que la industria electrónica le puede ofrecer, de acuerdo a lo que necesite. Hoy tú puedes elegir entre miles de opciones, la mejor alternativa según tus conocimientos o criterios. Nosotros teníamos tres o cuatro válvulas y siempre las mismas.

Llevando este planteo al trabajo que quise ensayar esta tarde, pasamos al mundo de los transistores MOSFET de pequeño tamaño, tensión y corriente de trabajo. Por ejemplo 30Volts y 30mA. ¿Por qué estos valores? Porque tenía intenciones de proteger unas salidas de un microcontrolador (costoso y de difícil reemplazo) ante problemas que podría (pudiera o pudiese) haber en algún momento, en un par de salidas. Las opciones de protección, como sucede hoy, son muchas y no siempre podemos contar con la más adecuada. A eso lo sabe hasta un niño. No todos vivimos a pocas cuadras de las grandes tiendas donde lo tienen todo. Además, no siempre seremos nosotros los que reparemos y brindemos el servicio posterior a la venta de un equipo; quizás venga otro detrás que no consiga lo que nosotros colocamos en el diseño creyendo que era la mejor opción. Así, nuestro trabajo y reputación se pueden ver arruinados por un simple transistor MOSFET de baja señal que no existe en el mercado local, o que se dejó de fabricar y se encuentra descontinuado al momento de ser necesario para una reparación o mantenimiento. Y aquí comienzan la etapa de selección.

La idea de protección es muy sencilla: no deseamos que se rompa la salida del microcontrolador, sino un transistor o un mínimo circuito externo (un optoacoplador sería un elefante dentro del desarrollo). Tampoco necesitamos sofisticados sistemas de protección. Con un simple transistor que muera antes que el interno del microcontrolador ya es suficiente. Utilizar una configuración con transistores BJT como el que vemos en la imagen superior puede ser una alternativa de protección para una salida de un microcontrolador al mismo tiempo que puede ser útil para manejar cargas de hasta más de 1/2 Amper. Pero eso ocupa mucho espacio físico y nuestra necesidad pasa, además, por miniaturizar el diseño, al tiempo que no necesitamos manejar esas corrientes; con menos de 10mA ya estaríamos muy satisfechos y cubiertos. La otra opción es utilizar transistores complementarios MOSFET, pero caeríamos en el problema de lo complejo que es encontrar en el mercado un transistor pequeño de canal P. Luego de buscar en decenas de páginas web y descubrir que existen miles y miles de opciones para lograr nuestro objetivo, descubrimos que un seguidor (Buffer) del tipo TTL 7417 podría ser útil para nuestros propósitos. Pero el tamaño nos arruinaba todas las ilusiones. Incluso, el 74HC17 nos permitía trabajar con tensiones desde 3,3Volts hasta 5Volts, pero seguíamos luchando con el tamaño. Hasta que dimos con el 74LVC1G17 (74Low-Voltage-CMOS-1Gate-17),  en encapsulado SOT353 y que trabaja entre 1,6V y 5,5V @ 32mA. Justo lo que necesitábamos ¡Puertas CMOS individuales en un encapsulado!, ¡Hace pocos años eran 6 o nada!

Escribir el párrafo superior me llevó algunos minutos. Encontrar el dispositivo, que según mi criterio es el indicado para la función que deseo implementar, me llevó toda la tarde y lo que es peor, quizás no sea la elección más apropiada, porque cuando falle, no se queme sólo el 74LVC1G17 sino que me arrastre en la falla al microcontrolador. Ya sabemos de sobra que la fatalidad, el azar y Murphy nunca fueron amigos de la electrónica. Y es al final de este día en que pienso si esta ventaja de tener infinitas opciones no termina siendo una desventaja que nos hace perder toda una tarde de trabajo. No hace mucho tiempo, un colega se planteaba la pregunta que aparece sin disimulos aquí: ¿Es más rápido y económico utilizar la configuración clásica en nuestros circuitos? Esa que hace tiempo empleamos y sabemos que no falla, aunque esté algo obsoleta y sea repetitiva en nuestros diseños, ¿o damos el salto a la innovación con nuevos componentes intentando optimizar los consumos, el desarrollo estético y por lógica, la calidad del producto final? Estamos hablando del salto del riesgo, de la evolución hacia componentes nuevos y desconocidos, que no sabemos si mañana estarán siquiera en el mercado. Hablamos de algo que viaja mucho más allá del rendimiento en el tiempo, hablamos de la obsolescencia programada y las políticas empresariales de cambiar para crecer.

Además de hablar de una interesante idea de diseño, como es la protección de un pin de salida de un microcontrolador (que no será fácilmente reemplazable) con una pequeña compuerta CMOS que hará las veces de fusible, quería compartir con ustedes esta ¿ventaja? que hoy tenemos de poder optar por miles de componentes diferentes, frente a los humildes comienzos cuando teníamos la ¿desventaja? de no encontrar demasiadas opciones para construir los equipos. Esos equipos no fallaban y funcionaban durante muchos años hasta que las válvulas se agotaban y al ir a la tienda a comprar nuevas, ¡seguían existiendo! ¿Era desventaja o ventaja? Hoy, un 16F876A es obsoleto cuando hace pocos años compré el primero que utilicé. Espero que el que tenemos en uso en la estación meteorológica, no sufra daños porque tendré que replantear el hardware si falla y buscar algo compatible pin a pin. Entonces, la variedad de hoy, ¿es una ventaja efímera? ¿Cómo podríamos definir este concepto de “ventaja”? Cuéntanos, ¿cuál es tu criterio al desarrollar un proyecto? ¿Utilizas tecnología tradicional, económica y fácil de obtener? ¿O te inclinas por la más avanzada, exclusiva y novedosa del mercado (y el que viene atrás que resuelva los problemas como pueda)? Tu opinión puede ser muy instructiva y valiosa para todos. Te leemos.

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Escrito por Mario

Comentarios

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  1. En mi humilde opinión, dado que me dedico al diseño electrónico, y estos diseños, normalmente terminan en producción, considero que el primer paso antes de diseñar, es hacer una larga y extenuante busqueda en el mercado y los distribuidores. El concepto más importante es el tiempo de vida del producto: Supongamos que usaremos un microcontrolador, lo primero a checar es el status en la pagina del fabricante, si es active, mature, o no recomendable para nuevos diseños. Luego, buscar con los distribuidores de componentes (mouser, digikey, newark) el stock que manejan del dispositivo, normalmente ellos también indican el status de vida de los componentes. En conclusión, no siempre lo mas nuevo es lo mejor, sino un compromiso entre fiabilidad y buena respuesta del mercado a cada componente que elijamos, saludos.

  2. Solo para añadir una opinion mas informal: Hace años solía cacharrear un sin número de piezas que guardaba, o deshuesaba de otros aparatos. El problema no era hacer el primer circuito, sino los siguientes que necesitemos; eso se llama repetibilidad. Sí, al iniciar un nuevo diseño, pensamos antes que nada en la repetibilidad, cómo si fuera nuestra propia responsabilidad de dar servicio posteriormente a nuestras creaciones, nos haremos el buen habito de revisar dos veces, la elección de nuestros componentes. Reparar un equipo, solo necesita que se consiga el componente defectuoso, pensemos en terminos de creación y no de reparación si buscamos crear un circuito y que este pueda venderse en muchas unidades.

  3. La triste realidad es que hoy en día practicamente no se repara nada a no ser que sea una cosa muy sencilla; principalmente porque el coste de buscar la avería y repararla normalmente es más alto que el de sustituir la pieza estropeada.

    Mis jefes aunte una avería no quieren que se invierta tiempo en reparar la pieza, salvo que no haya repuesto en el mercado, yo considero que esto es un error y una falta de perspectiva. Normalmente hay averías tipicas que si inviertes un poco de tiempo las primeras veces en buscar donde falla el asunto, despues redunda en un menor coste de mantenimiento, porque la avería o el problema despues se repara muy facilmente.

    • Hola Victor y #5 !

      La semana pasada me llamaron para reparar una cinta de correr/caminar que tiene un costo de mercado de unos US$2500 (Casi 2000 Euros). La falla no era compleja y la pude resolver en poco más de dos horas, gasté 25 Euros en materiales y cobré el trabajo 125 Euros (Intento poner el dinero en una moneda que se pueda cuantificar por la mayoría)

      #5 ¿Tú crees que es un error por parte del usuario, intentar reparar ese equipo? Como tú dices, ¿"es un error o una falta de perspectiva"? ¿O tú te refieres a atículos pequeños de poco valor (por ejemplo un reprocuctor MP3)? ¿Tú crees que 2000 Euros es un dinero menor? ¿Qué es mejor para tu jefe y su modo de ver las cosas? ¿Gastar 150E o gastar 2000E (o más)?

      @Victor
      Muchas empresas piensan sus diseños en términos de reparación. Un producto imposible (o muy difícil) de reparar, rara vez se volverá a comprar (al menos a mí no me atrae la electrónica "descartable"). Un producto sencillo de reparar, tiene más chances de seguir en el mercado como marca.

      Que buen debate amigos! 🙂
      Gracias por las opiniones!

      Saludos!
      Mario

      • #6 Quizás no me expresé bien… Yo no considero un error reparar, al contrario, es una inversión, puede que la primera vez que te pegas con la avería inviertas más tiempo del que fuera rentable, pero después ante el mismo problema inviertes una decima parte, por lo que el coste de la reparación se hace por una fracción muy pequeña de lo que costaría sustituir la pieza.

        Dejando a un margen lo que nos gustaría, la tonica general, la tendencia es a sustituir piezas, no a repararlas por eso considero que desde el punto de vista del diseñador es irrelevante que pierda tiempo en planteamientos enfocados a la reparación, salvo que se haga con planes especificamente para eso. Por ejemplo un equipo de regulación que lleve aparejado un contrato de mantenimiento.

        Saludos

        • #11
          Yo trabajo haciendo mantenimiento de instrumentación de campo (no haciendo diseño) hace ya casi 7 años. Lo que comentas muy pocas veces sucede. (reutilizar la "experiencia" de una falla para "abaratar" la reparación). Después de tantos años pretendía que fuese de esa forma, pero te puedo asegurar que a mismos síntomas, siempre son fallas distintas, y después de 7 años seguimos encontrando… (trabajo con instrumental de campo en el ámbito petroleo)
          Lo que si, es el tema del reemplazo y no reparación. Eso es "casi" indiscutible en ciertos niveles. Pero creo que esta nota habla mas de los diseños pequeños y medianos, no se si los de gran escala (usamos PLC siemens, koyo, telemecanique, ROC de fisher, radares VEGA, Caudalimetros ultrasonicos Krohne,y otro sin fin de marcas conocidas, y esas cosas es "imposible" repararlas).

      • #6 Saludos Mario: Quizas no me di a entender bien en mis comentarios.
        A lo que me refiero es a que es imprescindible pensar en las reparaciones de los equipos que diseñemos cuando estas sean necesarias, de tal manera que este sea un factor decisivo en los componetes que elegimos para nuestros proyectos. Creo que mi ejemplo no fue claro anteriormente. Como anecdota, alguna vez me pidieron el diseño de receptores de FM, para musica ambiental, que usan SCA, con subportadora suprimida. Saque de mis cacharros un chip receptor de FM, que use años atras y funciono perfecto… Cuando me pidieron 100 circuitos identicos, sali a las tiendas de mi ciudad y el receptor de FM que elegí era más que obsoleto, ahí me di cuenta de la importancia de primero investigar de que disponemos en el mercado, con un buen stock, antes de diseñar con material que tengamos como "curiosidades". Saludos

  4. Escelente trabajo al contruir un tocador de musica con partes antigua..es saber como comenzo todo lo de escuchar musica…tambien creo la musica antigua era muco mejor que el tarrerio que se escucha hoy en dia…

  5. Que tal! Tengo alrededor de 3 años leyendo Neoteo y es la primera vez que escribo :), te felicito Mario Sacco, de hecho por tus artículos comencé a visitar diario esa web. Felicidades por la calidad y el contenido que has desarrollado en tus artículos.

    Hace pocos meses diseñé unas tarjetas muy simples en base a microcontrolador PIC para poder ensayar programas que utilicen entradas y salidas analógicas para estudiantes en mi facultad. Dos estaban basadas en el PIC16F873A y una en el PIC18F2550 (que de hechó utilicé tu entrenadora NEOTEO como base). Igualmente me encontré con el problema de selección de componentes… por ejemplo, estas tarjetas necesitaban un DAC de 8 bits, para ello busqué alternativas donde encontré DACs empaquetados en un solo chip que me parecieron muy interesantes (ejemplo: un modelo DAC de microchip con interfaz I2C) sin embargo algunas eran de fabricantes desconocidos y/o poco accesibles en mi región y de hecho la idea era de que un estudiante pudiera conseguir fácilmente los componentes y construir la placa él mismo. Por ello decidí que el DAC de las placas sería con una configuración R-2R, es decir un arreglo de resistencias y dos opamps 741 bien conocidos, económicos y sumamente accesibles, además de que esta configuración es muy didáctica y por lo mismo de adecuaba más al tipo de placa. Una cosa sí, en la tienda de electrónica más popular de mi región se consiguen los cristales de 4MHz, 8MHz y 12MHz en el mismo precio por lo que cambié la especificación de 4MHz que se tenía por la de 8MHz ya que costaban lo mismo y por el contrario le daría el doble de velocidad. Pienso que los diseños, sean para empresas, industria, escuelas, etc.. deben adecuarse a las necesidades y requerimientos balanceando los factores: mínima expresión + robustez + accesibilidad + precio + tendencia… Porque precisamente, talvez en este momento conozcamos muy bien cierta configuración de algo que funciona, pero si un componente tiene más puntos a favor (incluyen un estudio previo para determinar más o menos su presencia futura en el mercado) deberá utilizarse en el diseño final para así evolucionar de manera segura nuestros productos.

    Una disculpa por el comentario si le di muchas vueltas, lo escribí con prisa, espero de aquí en adelante seguir respondiendo y escribir mejores comentarios en artículos próximos 😉 Saludos!

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