Autor:  Ing. Horacio D. Vallejo (SE17920).

Si bien los equipos de calidad suelen ser del tipo digital, con un simple instrumento de aguja (aunque sea de muy baja calidad) es posible medir gran cantidad de componentes con suma facilidad. En esta nota veremos el proceso de medición de algunos componentes digitales que pueden realizarse con cualquier multímetro.

El multímetro es el primer instrumento que adquiere todo "electrónico que se aprecie como tal", no importa si es digital o analógico, ni si le costó $10 (4 d’olares) o $500.

Pero, ¿cuál es mejor, el analógico o el digital?.

Sin dudas, los que están en electrónica y servicio de equipos dirán que el digital es mejor, mientras que los que se dedican a diseños preferirán los analógicos. Tal como suelo explicar en varias notas, un buen multímetro analógico con bobina apoyada en ejes con punta de diamante, medición de 1µA a fondo de escala y circuito electrónico de entrada de alta impedancia, puede costar más de $1.000. y le puedo asegurar que con él podrá hacer medidas que difícilmente pueda lograr con un multímetro digital.

Por otra parte, un buen multímetro digital, de 3 1/2 dígitos, memoria digital y proceso de datos con interfase de PC, puede costar $800 y seguramente realizará medidas más precisas que con el analógico y podrá localizar fallas en TVs, videos, equipos de audio, etc. con mayor facilidad.

Pero entonces, me pregunto nuevamente: ¿cuál es mejor?. Como mi intención no es entrar en una polémica, diré que a igual costo de instrumento, con un multímetro digital obtendré mejores resultados pero estaré privado de realizar ciertas mediciones en componentes cuando no sé mucho sobre él, por ejemplo: ¿cómo sabe cuál es la base de un transistor que posee en un cajón perdido?, ¿será de audio o de RF?, y la bobina de choque de esa placa que está tirada ¿sirve?. ¿Está seguro que el tiristor del dimmer dispara correctamente?...

Estas son sólo algunas de las dudas que puede tener en más de una oportunidad y, si bien instrumentos sofisticados como el osciloscopio, el trazador de Bode o el analizador lógico facilitan la tarea de reparación de sistemas electrónicos especiales, cabe aclarar que con un simple multímetro analógico de $10 "puede lograr maravillas".

No es el motivo de éste artículo explicar que son los circuitos integrados digitales ni cómo es su funcionamiento; nos limitaremos a dar lineamientos generales para poder explicar como se realizan las diferentes mediciones. Es sabido que los niveles lógicos de los integrados TTL están en un rango bien definido de tensiones. Así, para el nivel "bajo" tenemos la franja de 0 a 0,8V y para el nivel "alto" la franja de 2,4 a 5V. Los valores fuera de éstas bandas se consideran prohibidos. Lo dicho se muestra en la figura 1.

Para los integrados TTL la fuente de alimentación debe ser de 5V y para los CMOS debe estar comprendida entre 3 y 15V. El primer paso para analizar el funcionamiento de circuitos digitales es la medición de la tensión de fuente y de la alimentación de cada integrado. Debe tener en cuenta que las pistas interrumpidas en una plaqueta de circuito impreso, pueden interrumpir la alimentación de un integrado o un sector del equipo.

1) Ponga la llave selectora del multímetro en una escala de tensión contínua que permita leer 5 V (TTL) o hasta 15 V (CMOS).

2) Coloque la punta negra a la masa del circuito.

3) Encienda el equipo.

4) Mida la tensión a la salida de la fuente en función de lo mostrado en la figura 2.

Si la tensión está entre 4,5 y 5,5V, la fuente para TTL está bien. Si la tensión está fuera de ese rango, la fuente debe revisarse la fuente. Si la tensión para CMOS está debajo de 5V o fuera de las especificaciones, la fuente tiene problemas.

Los reguladores de tensión integrados como el 7805 son bastante precisos con tensiones muy próximas a 5V, por lo cual suelen utilizarse en etapas con circuitos integrados digitales. Siempre se debe verificar una tensión normal en la salida de estos integrados.

Si la tensión es menor de lo normal o hay calentamiento del integrado, puede ser indicio de sobrecarga, ya sea debido a un dimensionamiento incorrecto de la fuente o debido a fallas en la etapa.

1) Ponga el multímetro en una escala de tensión contínua que permita leer 5V para el caso de circuitos TTL y hasta 15V para circuitos CMOS.

2) Coloque la punta de prueba negra del multímetro al negativo de la fuente.

3) Coloque la punta roja en la patita de alimentación de cada integrado (la mayoría de los integrados tiene la alimentación en la pata 14, si son de cubiert DIL de 14 terminales).

4) Anote los valores leídos.

Es importante hacer notar que en los circuitos integrados montados en zócalos la medición debe realizarse en la patita del integrado y no en la pista debajo de la plaqueta ya que este procedimiento permite detectar falsos contactos en el mismo zócalo.

Por ejemplo, si hay tensión debajo de la plaqueta y no en la patita del integrado, indica que existe un mal contacto. El procedimiento descripto se ejemplifica en la figura 3.

Si la tensión está en torno de 5V para los TTL y en torno de VCC (3 a 15V) para los integrados CMOS, la fuente está bien.

Si la tension es nula o debajo de 3 V para CMOS, la fuente está mal.

Se puede usar el multímetro en la escala de tensión alterna más baja o la que resulte adecuada para verificar la oscilación de los relojes de equipos digitales. El límite de operación depende únicamente del diodo usado para hacer la medición, según se muestra en la figura 4, pero en la mayoría de los casos llega a 100MHz.

a) Ponga la llave selectora del  multímetro en una escala de tensión alterna (5V) o una tensión próxima a la alimentación para CMOS.

b) Coloque la punta de prueba negra a la masa del circuito (0V).

c) Coloque la punta roja a la salida del reloj.

Si hay tensión, el reloj está oscilando.

Si no hay tensión, no hay oscilación.

Tenga en cuenta que la tensión de oscilación debe ser menor que la de alimentación, caso contrario puede ocurrir que el integrado esté en cortocircuito. Se usa un capacitor en serie con la punta de prueba roja para evitar la lectura de una falsa tensión contínua, quedando con la salida permanentemente en nivel "alto", y su valor depende de la frecuencia de reloj. A continuación damos una tabla de valores aproximados para el capacitor a utilizar:

En la salida de un integrado TTL o CMOS en el nivel "alto" tenemos una tensión que varía  según la alimentación del circuito y la tecnología e m p l e a d a (CMOS, TTL, etc).

En el nivel "bajo" la tensión debe estar cercana a 0. Para probar el integrado, podemos usar llaves para aplicar tensiones en algunos terminales mientras que otros estarán conectados a tierra, y con el multímetro averiguamos si las salidas tienen las tensiones esperadas.

Por ejemplo, si tenemos una compuerta NAND de dos entradas y queremos hacer la prueba, realizamos la conexión de la figura 5.

Con la tabla de verdad de esta compuerta, podemos saber exactamente lo que debe leer el multímetro en cada situación. En este circuito, con las entradas en nivel "alto", la salida será 0V o cercana a 0. La tabla de verdad de una compuerta NAND es la siguiente:

1) Ponga la llave selectora del multímetro en una escala de tensión continua que permita leer 5V (para TTL) o hasta 15 volt (para CMOS).

2) Aplique los niveles lógicos a las entradas (conectándolas a masa o a VCC) en secuencia, de modo de tener todas las combinaciones posibles de 1 ("alto") y 0 ("bajo") según la tabla de verdad del componente.

3) Mida la tensión de salida.

Esta prueba debe realizarse con el integrado funcionando con niveles fijos y no a alta velocidad como es lo usual, para la prueba debe remitirse a la figura 6. Recordamos que el nivel "bajo" o "0" estará entre 0 V y 2,7V para integrados TTL. El rango para los CMOS está cerca de 0 V para nivel "bajo" y cerca de VCC para nivel "alto".

Si el nivel "alto" está alrededor de 5V y el "bajo" cerca de 0V, el integrado está  funcionando correctamente.

Si los niveles hallados a la salida son diferentes a los previstos, el integrado debe ser reemplazado.

Los flip-flops son circuitos digitales secuenciales en los cuales el valor de su salida no sólo depende del valor actual de las entradas sino también del estado anterior del circuito.

Es decir, poseen "memoria".

Que se debe hacer

1) Ponga la llave selectora del multímetro en una escala de tensión que permita leer 5V (TTL) o hasta VCC (3 a 15V) para integrados CMOS.

2) Coloque el multímetro a la salida de cada flip-flop (una prueba por vez).

c) Coloque a la entrada del flipflop los niveles lógicos que lleven al cambio de estado.

d) Mida los niveles lógicos de salida según lo mostrado en la figura 7.

Si hay cambio en los niveles lógicos, el integrado está bien. Si no hay cambio, el integrado debe ser reemplazado.

El uso de una  punta digital (punta de prueba lógica) de baja frecuencia (0,5 a 1Hz) puede ser una buena ayuda para ésta prueba.

Lo dado hasta aquí es una simple muestra de las simples mediciones que pueden realizarse con un multímetro para verificar el estado de circuitos digitales.