Caja Negra Electrónica
Cómo probar un circuito integrado
Para buscar un corto dentro de un CI que tenga pines en dos de sus lados, haga lo siguiente:
2) Búsqueda visual de daños
La idea es encontrar evidencia de que el CI está dañado internamente, que haya explotado, que le falte un pedazo, que se haya sobrecalentado, o esté rajado. Para eso es importante que lo observe detenidamente con una lupa y desde todos los lados posibles. Si observa una grieta, una marca de quemadura o de alta temperatura, que le falte un pedazo o que esté roto en cualquier lado, es indicativo de que está dañado y fallará en sus funciones o directamente está en corto o malfuncionamiento.
3) Condición de sobrecalentamiento
En este método determinamos si un CI se sobrecalienta. Usualmente necesitamos la información del datasheet para determinar estos elementos importantes:
En esta investigación, debe alimentar al CI con sus voltajes V+ y V- y probar los voltajes de los pines de salida según las especificaciones del fabricante. Los pines de salida no deberían variar más allá de las especificaciones que el fabricante indicó en el datasheet.
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Cómo probar un circuito integrado
Los circuitos integrados están formados por componentes
activos y pasivos, como transistores, diodos, resistencias y condensadores que
se integran en un circuito grande y que dependiendo del mismo, puede ser muy
complicado.
Desde el punto de vista del análsis práctico, los
Circuitos Integrados ( CI desde ahora ), las etapas internas de un circuito y
las placas electrónicas funcionan como una “caja negra”.
El concepto de caja negra es usado en electrónica para
señalar el modo de razonamiento que el técnico debe tener al momento de estudiar el funcionamiento de una
etapa de circuito, una placa electrónica o un integrado cuando no se posee
información certera del componente a investiga, es decir, no se tiene el plano
electrónico ni el datasheet correspondiente.
Analizar estos elementos como una caja negra, facilita el
trabajo de investigación y clarifica los resultados obtenidos de las
respectivas mediciones que se puedan hacer mientras se revisa el componente.
Como funciona una “Caja
Negra”
La caja negra funciona de una manera simple
- Tiene entradas de alimentación (V+ y GND)
- Tiene entradas de control o regulación
- Tiene salidas
El concepto de trabajo es simple: la salida funciona
correctamente si:
- La alimentación llega adecuadamente
- Las señales de control llegan bien
- Si el interior de la caja negra funciona bien
Justamente esos son los conceptos que debemos estudiar de
la caja negra para determinar si funciona adecuadamente o hay que reemplazarla
(o repararla en el caso de una placa o circuito). Es importante recordar que
las cajas negras de CI no se reparan: se reemplazan.
Usualmente la alimentación y las señales de entrada
tienen rangos funcionales (valores máximos y mínimos) que dependen de cada
caso. Muchas veces necesitamos el plano electrónico o el datasheet para conocer
los valores y las variaciones específicas de la caja negra.
Las señales de entrada pueden involucrar pistas que
funcionan como retroalimentación del sistema (señales de feedback).
Para investigar una caja negra se siguen estas premisas:
- Si la caja negra es un sector de un circuito o es una placa electrónica, dependiendo del tipo de circuito o placa, de las habilidades del técnico, de su instrumental y de su equipamiento, puede repararse.
·
Si la caja negra es un
Circuito Integrado ( CI ) no se repara, Se reemplaza.
·
Si la caja negra es
un CI y podemos conseguir el datasheet, simplemente verificamos en la hoja de
datos la alimentación y las señales de entrada y si es posible, alimentamos el
circuito del CI para hacer las mediciones y verificar el estado de las señales
de entrada y salida
·
En el caso específico
de los CI de los cuales NO TENEMOS información del datasheet, tenemos el
problema de no poder determinar su estado interno de funcionamiento, por lo que
usando el analisis de la caja negra, diagnosticamos INDIRECTAMENTE.
Vamos a los ejemplos:
- PRIMER CASO: TODO BIEN. En condiciones normales si la alimentación y las entradas llegan bien, y las salidas también están bien, la caja negra FUNCIONA BIEN
- SEGUNDO CASO: HAY QUE REPARAR LAS ETAPAS PREVIAS. Si la alimentación o las entradas fallan individualmente o en conjunto, la salida tendrá problemas. No podemos concluir si la caja negra funciona bien o mal hasta arreglar el problema de las señales de entrada porque con alimentación o señales de control deficientes la caja negra no puede trabajar adecuadamente.
En estos casos el técnico debe reparar los problemas de
alimentación o los problemas de las señales de entrada ANTES de saber si la
caja negra funciona o no
- TERCER CASO: LA CAJA NEGRA NO FUNCIONA. En el tercer caso, determinamos que la caja negra está FUNCIONANDO MAL cuando la alimentación y las entradas llegan bien y las salidas están mal. La caja negra no es capaz de producir señales adecuadas aún en el caso de que los voltajes de alimentación y las señales de control llegan adecuadamente.
Muchas veces, para verificar el razonamiento, podemos
implementar procedimientos adicionales de control:
- Aislamos la caja negra y alimentamos con la fuente regulable del laboratorio simulando alimentación y señales de entrada para verificar las salidas.
- En el caso que tengamos en el laboratorio otra caja negra igual que funcione bien (un circuito, una fuente o un CI semejantes), alimentamos y probamos en estos circuitos medir electrónicamente y comparar las mediciones con el componente que estamos analizando. En muchos laboratorios electrónicos los técnicos contamos con elementos de reemplazo o que simplemente tenemos de arreglos anteriores. Estos elementos son muy valiosos al hacer pruebas de comparación.
La caja negra aplicada
al Circuito Integado
Los Circuitos Integrados ( CI ) no se pueden reparar y en
caso de ser posible, tampoco debe hacerse, porque su costo es muy bajo en
comparación con los circuitos que contienen.
La gran pregunta que le surge al técnico es cómo probar
un CI y cuándo debemos reemplazarlo.
Si el CI es del tipo digital, resulta relativamente fácil de probar usando la
lógica positiva. El estado lógico de las entradas y salidas de un CI digital se
puede representar como alto ( o estado 1 ) o bajo ( o estado 0). En la mayoría de los circuitos digitales, un
nivel alto es un nivel constante de 5V+ y un nivel bajo es de 0V. Para estos
estados los técnicos usamos sondas lógicas (aunque también se puede usar el
multímetro). Por supuesto, para probar un CI digital es necesario tener el
datasheet para saber cómo alimentar las puertas y verificar los estados a
partir de los diagramas internos.
Para los
otros CI, dependiendo del circuito analizado, las pruebas pueden ser sencillas
o complejas y dependen mayormente del grado de integración del CI mismo. Algunos
desempeñan funciones simples y son fáciles de probar.
Pero los de
categorías superiores (como microprocesadores y microcontroladores) requieren
de la búsqueda de toda la información posible para realizar un diagnóstico del
mismo.
Existen
algunos métodos generales que nos pueden ayudar a diagnosticar un posible fallo
en un CI:
1) Búsqueda
de cortocircuito
Para buscar un corto dentro de un CI que tenga pines en dos de sus lados, haga lo siguiente:
- Ajuste el multímetro en modo de continuidad o diodo.
- Conecte todos los pines de uno de los lados del CI a uno de los cables exploradores del multímetro.
- Tome el otro cable explorador del multímetro y conéctelo a los pines del otro lado uno por uno y por separado.
·
Normalmente en nigún
contacto habrá resistencia cero en el display. Es posible que encuentre en
algunos contactos resistencia infinita ( representada por el valor de 1 en el
display ) y también valores aleatorios (800, 1117, 580, etc). Si en alguno de
los contactos se produce el beep que indica que hay continuidad ( representado
en el display por un valor de cero ), entonces hay una buena posibilidad de que
el CI esté en corto por dentro porque es muy poco probable que no haya al menos
un componente entra una pata y otra. Cualquier componente que se encuentre
insertado internamente en el conexionado generará resistencia ( algún valor diferente
de uno o cero en display ) o directamente falta de continuidad o resitencia
infinita ( valor de uno en el display )
2) Búsqueda visual de daños
La idea es encontrar evidencia de que el CI está dañado internamente, que haya explotado, que le falte un pedazo, que se haya sobrecalentado, o esté rajado. Para eso es importante que lo observe detenidamente con una lupa y desde todos los lados posibles. Si observa una grieta, una marca de quemadura o de alta temperatura, que le falte un pedazo o que esté roto en cualquier lado, es indicativo de que está dañado y fallará en sus funciones o directamente está en corto o malfuncionamiento.
Con el paso
del tiempo los pines de los CI pueden oxidarse, degradarse, y sulfatarse (esto
último en condiciones de humedad), lo que puede interrumpir una o varias de sus
funciones. Si los contactos están sucios o sulfatados, debe limpiarlos y
verificar su conectividad con la PCB.
3) Condición de sobrecalentamiento
En este método determinamos si un CI se sobrecalienta. Usualmente necesitamos la información del datasheet para determinar estos elementos importantes:
- Conocer el voltaje de alimentación del CI
- Determinar del pin de entrada de voltaje V+
- Determinar el pin de V-
- Saber exactamente su temperatura normal de funcionamiento
Una vez determinados estos puntos:
- Alimente al CI con los voltajes de alimentación V+ y V-
- Con un termómetro de contacto o la pistola infrarroja de temperatura determinamos su temperatura de funcionamiento
- Espere unos 15 segundos para que su temperatura esté estable
·
Si el CI esta
sobrecalentado por encima de su temperatura normal de funcionamiento, indica
corto interno. Lo mismo sucede si su temperatura está por encima del normal y no
logra estabilizarse.
Algunos técnicos que no tienen termómetros o pistola
infrarroja, suelen tocar el CI para determinar si “quema”. Es un método
PRIMITIVO, pero suele funcionar.
Si no conoce la temperatura normal del CI porque no
encontró el datasheet, se toma un rango de alrededor de 50 ºC como temperatura
límite del CI. Pero recuerde que algunos componentes pueden trabajar por encima
y por debajo de ese valor.
4) Medición de los
voltajes de salida
También
requiere del datasheet para conocer los pines y los voltajes de
alimentación, los pines y los voltajes
de salida y sus variaciones.
En esta investigación, debe alimentar al CI con sus voltajes V+ y V- y probar los voltajes de los pines de salida según las especificaciones del fabricante. Los pines de salida no deberían variar más allá de las especificaciones que el fabricante indicó en el datasheet.
5) Medición por
comparación
Se
necesita tener un CI idéntico preferentemente recién comprado y que no se haya
utilizado. Este es el CI “sano”.
Deberá
leer el datasheet para conocer los pines y los voltajes de alimentación, así como los pines y los voltajes de salida y
sus variaciones.
Tome el
CI “sano”, aliméntelo con sus voltajes V+ y V- y verifique los pines de salida
así como sus respectivos voltajes. Anote sus valores.
Ahora vaya
al CI que desea investigar, aliméntelo en V+ y V- y mida las salidas. Compárelas
con el CI “sano”. Los valores deben ser similares, en caso contrario, el CI
está dañado.
También se puede medir el componente por comparación sin alimentarlo y
verificar con continuidad del tester las resistencias entre patas y patas del
elemento testigo, anotarlas y luego verificar las mediciones en el componente
investigado. Ambas mediciones (en condiciones optimas) DEBERÍAN ser iguales. Remarco
el potencial deberían porque recuerde que los componentes envejecen y el
envejecimiento altera las mediciones, así como también usted puede tener dos
componentes idénticos y sus valores pueden diferir en centésimas o décimas.
Conclusión
Si llegó hasta aquí, puede ver que la ciencia de la investigación en
taller es bastante precisa. He intentado describirle los mejores métodos de
análisis de caja negra para que mejore el nivel de sus mediciones.
Una de las cosas que he notado es que los técnicos más precisos al
momento de investigar fallas en circuitos suelen ser los que tienen un mayor
dominio de su instrumental.
Si bien un técnico eficaz no necesite imperiosamente ciertos
intrumentales como osciloscopio, frecuencímetro o generador de señales, por nombrar algunos. SI
REQUIERE que en estos últimos años se han convertido en instrumentos
imprescindibles para el técnico reparador. Se los nombro para su información:
- Multimetro digital ( un par de ser posible )
- Multimetro analógico (uno como mínimo )
- Un capacímetro
- Un medidor de ESR
- Un inductómetro
Este es el instrumental MINIMO que debe tener un tallerista actual. Los
viejos tiempos en los que los técnicos electrónicos teníamos sólo un multímetro
y eso era suficiente… han pasado.
Los circuitos actuales requieren de la mayor precisión instrumental
posible y hoy por hoy no es posible trabajar sin capacímetro, sin medidor ESR y
sin inductometro porque se dejan muchos factores sin investigar cuando medimos
componentes.
Uno de las mayores ventajas que tiene el técnico reparador eficaz es
tener la CERTEZA de que un componente está bien o esta fallado. Sin esos
instrumentos se hace muy difícil tener certeza en algunos componentes claves
como (entre otros) los capacitores. Las múltiples mediciones de capacitores que
podemos hacer con un multímetro no nos dan la certeza que nos dan el
Capacímetro y el medidor ESR. Un capacímetro actual requiere de los tres
instrumentos para verificar con certeza su funcionamiento.
Por Ricardo Ponce
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