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  Nociones básicas de Electricidad y Electrónica


1.1 Definición de corriente eléctrica:

Entendemos como corriente eléctrica al flujo de electrones que circula a través de un conductor eléctrico. La circulación de estos electrones está determinada por las propiedades del medio a través del cual se movilizan.

La corriente se divide en dos grandes ramas: alterna y continua. La corriente alterna es las que cambia de polaridad y amplitud en el tiempo. La corriente continua es la que permanece con polaridad y amplitud constante.


1.2 Estructura atómica de los conductores y aislantes:


Los elementos tienen propiedades conductoras o no de acuerdo a su estructura atómica. El grado de conductividad de un elemento viene dado por la cantidad de electrones de la última órbita del átomo.
El cobre es un conductor. El átomo de cobre posee 29 protones en el núcleo y 29 electrones planetarios que giran en órbitas dentro de cuatro capas alrededor del núcleo. La primera capa contiene 2 electrones, la segunda 8, la tercera 18 y la cuarta, o capa más externa, 1 electrón. El número máximo permitido en la cuarta capa es de 2 x 4², o sea, 32. Entonces, este único electrón en la capa más externa no se halla ligado con fuerza al núcleo. Se puede mover fácilmente.

Un átomo de un aislante posee dos o más órbitas, con cada una de ellas completada con la cuota de electrones. Por ejemplo, si un átomo tiene un núcleo de 10 protones, tendrá 10 electrones. En la primera capa tendrá 2 electrones, y en la segunda 8. Como la segunda órbita está completa, es muy difícil desalojar a un electrón fuera del átomo.
La diferencia importante entre conductores y aislantes es que en un conductor hay uno o dos electrones en la capa externa, por lo tanto no están ligados con fuerza al núcleo, mientras que los aislantes tienen su última órbita completa o casi completa.

Los semiconductores son elementos fabricados, que no se hallan en la naturaleza. Los elementos utilizados en la producción de semiconductores (mayoritariamente silicio), no poseen ninguna propiedad que sea de utilidad para conducir electrones, pero mediante un proceso conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas (antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando dispositivos que permiten el paso de cargas eléctricas bajo determinadas condiciones.



1.3 Fenómenos asociados a la corriente eléctrica:

El paso de corriente eléctrica deja a su paso una serie de fenómenos físicos, que han sido estudiados y en algunos casos fueron aprovechados para otros usos, como por ejemplo el magnetismo. Vamos a repasar brevemente los principales fenómenos asociados a la circulación de electrones.

Temperatura: En todo aparato existe un calentamiento debido al funcionamiento. Esto se debe a que no existen conductores perfectos. Todo conductor posee una resistencia intrínseca, que aunque sea muy baja, produce un consumo extra de energía, que al no ser aprovechada por el equipo, es disipada al ambiente en forma de calor.


Campo magnético alrededor de un conductor: Cuando circula corriente a través de un conductor, se inducen campos electromagnéticos en torno al mismo. Este principio es el que se utiliza para los motores eléctricos, en los cuales el campo que generan los bobinados de alambre de cobre, son combinados con otros campos para producir esfuerzos que hagan girar al rotor del motor. Los generadores aplican el mismo principio, pero para la obtención de energía. También puede introducir interferencias, como cuando acercamos un cable con 220V de alterna a un cable que transporta una señal de audio.


Imantación: Si se introduce un metal dentro de un campo electromagnético producido por corriente continua de gran intensidad, se logra ordenar las moléculas del metal, haciendo que este tome propiedades magnéticas. Esto no se produce con corriente alterna, ya que al cambiar constantemente el sentido del campo, no se logra ningún efecto magnetizador.


Fuerza contraelectromotriz: Es una fuerza que se produce en todos los bobinados. Es debido a que toda carga eléctrica tiende a oponerse a la causa que le dio origen. Las cargas inductivas como relés, bobinas, parlantes, etc. pueden generar rebotes de corriente muy grandes.


Tensión: Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su unidad de medida es el Volt.


Corriente: Es la cantidad de electrones que circulan por un conductor en el lapso de 1 segundo. Su unidad de medida es el Ampere.

Resistencia: Es el grado de oposición que genera un material al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el Ohm.


Impedancia: Es lo mismo que la resistencia. La diferencia es que la primera se refiere a corriente continua, y la segunda para corriente alterna.


Inductancia: Fenómeno producido en las bobinas, las cuales presentan mayor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Henry.


Capacitancia: Fenómeno producido en los condensadores, los cuales presentan menor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Faradio.


Conductancia: Es la inversa de la resistencia. Su unidad es el Siemens


                                         La Ley de Ohm


2.1 La ley de Ohm:


Es una ley publicada por un científico alemán de ese apellido, que postula lo siguiente: La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Esta ley rige el comportamiento de las cargas eléctricas dentro de los circuitos.

Las fórmulas básicas se detallan a continuación:


V= tensión I= corriente R= resistencia W= potencia
V=I x R I=V / R
R=V / I
W=V x IW=I² x R
W=V² / R
Haciendo cambio de términos de las ecuaciones W
V=W / I I²=W / R
V²=W x R
Para las caídas de tensión sobre las resistencias
Vc=Va - (I x R)


2.2 Ejercicios:


Se recomienda practicar los siguientes ejercicios para asimilar correctamente la ley de ohm, pues nos será de constante utilidad en el estudio.

a) En un circuito la carga resistiva es de 150 ohms, y la tensión aplicada es de 25 volts. Calcular la corriente circulante y la potencia disipada.

b) Un circuito entrega una potencia de 50 watts sobre una carga de 4 ohms. Calcular la corriente circulante y la tensión aplicada.

c) Calcular la resistencia necesaria para provocar una caída de tensión de 5 volts, con una tensión aplicada de 15 voltios. Calcular también la potencia disipara sobre la resistencia

d) Calcular la caída de tensión sobre una resistencia de 5 ohms, con una corriente circulante de 0,58 amper.

e) Calcular la potencia disipada a partir de una resistencia de 25 ohms, con una tensión aplicada de 30 volts. Averiguar también la corriente circulante.

                                         Resistencias

3.1 Definición:

La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un elemento a la circulación de electrones a través del mismo.






Esta propiedad viene determinada por la estructura atómica del elemento. Si la última órbita de un átomo esta completa o casi completa por el número máximo de electrones que puede alojar, existirá una fuerza de ligado que hará que los electrones no puedan ser arrancados fácilmente del átomo.


3.2 Tipos de resistencias:


Las resistencias que comercialmente se utilizan son de carbón prensado, de película metálica (metal film), y de alambre. Las resistencias de carbón prensado están hechas con gránulos de carbón prensado, que ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica. Son comunes en aplicaciones de baja disipación. Típicamente se fabrican para soportar disipaciones de ¼, ½, 1 y 2 watts. Sin embargo, estas últimas ya no son tan comunes, por su tamaño relativamente grande. Además, son bastante variables con la temperatura y el paso del tiempo.


Las resistencias de película metálica o metal film, son utilizadas para aplicaciones donde se requiera una disipación elevada y gran estabilidad frente a los cambios de temperatura, y al propio paso del tiempo. Están hechas con una película microscópica de metal, la cual es bobinada sobre un sustrato cerámico.


Las resistencias de alambre son utilizadas para trabajar con altas disipaciones. Están hechas con alambre de alta resistividad bobinado sobre un sustrato cerámico. En muchos casos están vitrificadas, para funcionar a altas temperaturas. Las disipaciones más comunes son de 5, 10, 15 y 20 watts. Debido a su disipación, no es extraño encontrar resistencias de este tipo que trabajen a temperaturas de hasta 100º C.


Existen las llamadas resistencias variables, que pueden variar su resistencia por medio de un cursor que se desplaza sobre una pista de material resistivo. Los más comunes son lo potenciómetros y los preset.

Los primeros son resistencias variables, mientras que los últimos son ajustables






3.3 Asociación serie y paralelo:

Cuando se necesitan formar valores no comerciales de resistencias, o lograr obtener una menor disipación de potencia en cada una, se recurren a las asociaciones. Las resistencias pueden asociarse en serie, paralelo, y combinaciones de ambas. Vamos a estudiar cada caso, para pasar en el final de esta capitulo a ejercicios prácticos.


Asociación serie:






En este tipo, las resistencias son colocadas una a continuación de la otra. La resistencia total es la suma de todas ellas.

Rt=R1 + R2 + … + Rn

Cada resistencia produce una caída de tensión. La corriente que circula por cada una de ellas es siempre la misma. La caída de tensión total es la suma de todas las individuales.

Vo=Vcc – (I x R1) – (I x R2) - … - (I x Rn)


La potencia disipada por cada resistencia es la relación entre la corriente circulante y la caída de tensión que provoca. La potencia total es la suma de las individuales.


Pt=(VR1² / R1) + (VR2² / R2) + … + (VRn² / Rn)


Asociación paralelo:






En este tipo, las resistencias son colocadas todas juntas, uniendo sus extremos. La resistencia total es el siguiente:


Para dos resistencias Rt=(R1 x R2) / (R1 + R2)


Para más de dos resistencias Rt=1 / ( (1 / R1) + (1 / R2) + … + (1 / Rn) )


La caída de tensión producida es determinada por la resistencia resultante de la asociación. Vo=Vcc – Rt


La corriente total que circula se reparte entre las resistencias, dependiendo del valor individual de cada una de ellas. It=(VR1 / R1) + (VR2 / R2) + … + (VRn / Rn)


La potencia disipada por cada una de las resistencias es igual a la corriente que circula por cada una de ellas y a su resistencia individual. Pt=(IR1² x R1) + (IR2² x R2) + … + (IRn² x Rn)


3.4 Comprobación de resistencias:

Para realizar la comprobación del estado de una resistencia, se necesita tener la herramienta fundamental para la electrónica. El Multímetro.








Para medir su valor y comprobar si está bien o no, tendremos que fijarnos en el código de colores de la resistencia para averiguar su valor, y compararlo con la lectura del multímetro. Para ello, seleccionaremos la escala apropiada, de acuerdo al valor de la resistencia. La convención para el código de colores es la siguiente:

En este ejemplo, la primera cifra es un 2, la segunda es también un 2, y la tercera es el multiplicador, en este caso es 10³, o sea, 1000.

El cuarto color es la tolerancia, o sea, la variación que puede tener la resistencia con respecto al valor que figura en su código.

Para evitar complicaciones, se usan múltiplos para valores grandes de resistencias Kilo ohm: Kohm=1000 Mega ohm: Mohm=1000000
Si el valor tiene una tolerancia de más o menos 10 %, podemos considerarla funcional para aplicaciones generales. Si su valor dista mucho del impreso en los colores, debemos reemplazarla por otra nueva.


3.5 Variación de la resistencia con el tiempo y la temperatura:

Toda resistencia tiene un coeficiente de variación por envejecimiento, y también por variación térmica. Las resistencias de carbón son las menos estables, ya que tienen una variación importante en los dos sentidos. Las resistencias de metal film son mucho más estables que estas últimas. Las resistencias de alambre también son estables. Las resistencias de carbón tienen un coeficiente de corrimiento por temperatura de (6/10000) x ºC negativo promedio, mientras que las de metal film poseen un corrimiento de (5/100000) x ºC positivo promedio.

Asociando en serie una resistencia de carbón y una de metal film, se puede obtener una resistencia de corrimiento térmico nulo.

Rt=Rcarbon + Rmf

Rcarbon=Rt / 13

Rmf=Rt – Rcarbon


3.6 Ejercicios:

a) Se tienen asociadas en serie cuatro resistencias: 100 ohms, 220 ohms, 1,5 Kohms y 2,2 K ohms, con una tensión de 56 volts y una corriente de 0,08 amperes (80 miliamperes). Calcular la resistencia serie equivalente, la caída de tensión total y la individual para cada resistencia.

b) Se tienen asociadas en serie tres resistencias: 270 ohms, 4,7 Kohms y 15 ohms, con una tensión de 15 voltios y una corriente de 0,05 amperes (50 miliamperes). Calcular las caídas de tensión individuales para cada resistencia, la potencia disipada por cada una de ellas y la suma de las mismas.

c) Se tienen asociadas en paralelo dos resistencias: 180 ohms y 220 ohms, con una corriente de 0,1 ampere (100 miliamperes). Calcular la resistencia paralelo equivalente y la corriente circulante por cada rama del paralelo.

d) Se tienen asociadas en paralelo tres resistencias: 1 Kohm, 2,2 Kohms y 2,2 Mohms, con una tensión de 60 volts. Calcular la resistencia paralelo equivalente, la corriente por cada rama del paralelo y la caída de tensión total del circuito.


                                     Capacitores

4.1 Definición:

El capacitor es un componente que, como su nombre lo indica, almacena energía durante un tiempo, teóricamente infinito, pero que en la realidad depende de la RSE (resistencia serie equivalente), un tipo de resistencia de pérdida que presenta todo capacitor. El capacitor se comporta como un circuito abierto para la corriente continua, pero en alterna su reactancia disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

Hay capacitores de varios tipos. Aquí vamos a centrarnos en lo más comunes




4.2 Tipos de capacitores:

Cerámicos: Son condensadores muy baratos, pero tienen la desventaja de ser muy variables con el tiempo y la temperatura. Además, su capacidad es baja en relación con su tamaño. Generalmente se utilizan como acopladores en audio.

Poliéster: Son condensadores muy grandes en función de su capacidad, pero son muy estables con el tiempo y la temperatura. Permiten obtener aislaciones muy altas (comercialmente los hay hasta de 630 volts). Generalmente se utilizan como base de tiempo en osciladores que requieran mucha estabilidad. En cuestiones de audio, presentan mejor sonido que los cerámicos.


Electrolíticos: Son capacitores que logran grandes capacidades en tamaños reducidos. Esto se debe a que presenta una construcción con una sustancia química como dieléctrico, en vez de poliéster o cerámica como los anteriores. Eso produce que este tipo de capacitor tenga polaridad. Su desventaja es que son extremadamente variables con el tiempo y la temperatura, y su costo es relativamente alto a altas capacidades o altas aislaciones. Su uso se centra generalmente en filtros de fuente y salida de audio de amplificadores.


Tantalio: Es parecido al anterior en el hecho de que permite obtener altas capacidades en pequeños tamaños, pero son más estables que los anteriores con respecto a la temperatura y el transcurso del tiempo. También presentan polaridad. Se utilizan sobre todo en audio.

Variables: Presentan la característica de poder variar su capacidad, variando la superficie de las placas del condensador, o la distancia entre ellas.

4.3 Asociación serie y paralelo:

Al igual que las resistencias, se pueden formar combinaciones en serie o en paralelo de capacitores. La diferencia radica en que el valor resultante es totalmente al inverso de las resistencias.

Asociación serie: En este tipo, los capacitores son colocados uno a continuación del otro. La capacidad total es la siguiente


Para dos capacitores Ct=(C1 x C2) / (C1 + C2)

Para m´ss de dos capacitores Ct=1 / ( (1 / C1) + (1 / C2) + … + (1 / Cn) )




Asociación paralelo:



En este tipo, los capacitores son colocados todos juntos, uniendo sus extremos. La capacidad total es el siguiente
Ct=C1 + C2 + … + Cn


4.4 Comprobación de capacitores:

Para comprobar un capacitor necesitaremos de un multímetro analógico (con aguja, no con display), o de un comprobador de capacitores, aunque este último es un instrumento bastante costoso. Como en la práctica la unidad del Faradio es muy grande, se usan submúltiplos

Micro Faradio: µF=C/1000000

Nano Faradio: nF=µF/1000

Pico Faradio: pF=nF/1000

Con un multímetro analógico en la escala de ohms, procederemos a comprobar el estado del mismo. Para ello, seleccionaremos la escala correspondiente, que se muestra en la siguiente tabla:


TABLA DE ESCALA PARA MEDICIÓN DE CAPACITORES





Los valores son aproximados
a) Seleccionamos una escala intermedia, por ejemplo Rx10.
b) Medimos los terminales del capacitor.
c) Realizamos la medición invirtiendo las patas, o sea, dando vuelta el capacitor y midiéndolo al revés que el paso anterior.
d) En el paso anterior, la aguja del multímetro debe dar un salto, y luego volver al principio (resistencia infinita).
e) Si la aguja no salta, es porque el capacitor está estropeado. En cambio, si la resistencia no se aproxima a infinito, es porque tiene fugas. Si la aguja sube hasta resistencia 0, el capacitor está en cortocircuito.


4.5 Ejercicios:

a) Se tienen asociados en paralelo tres capacitores de 220µF. Calcular la capacidad equivalente.
b) Se tienen asociados dos capacitores de 100nF en serie, y estos dos en paralelo con uno de 220nF. Calcular la capacidad equivalente de la serie, y luego la equivalente con el paralelo.
c) Se tienen asociados tres capacitores de 22µF en serie. Calcular la capacidad equivalente.
d) Se tiene un paralelo formado por un capacitor de 10µF y otro de 47µF. A su vez, en serie con este paralelo hay una serie de dos capacitores, uno de 470µF y otro de 220µF. Calcular la capacidad equivalente del paralelo, de la serie, y de todo el conjunto.


                                       Bobinas

5.1 Definición:

La bobina es un arrollado de alambre de cobre sobre un núcleo, que puede ser de aire (sin núcleo), de ferrite, hierro, silicio, etc. Con la corriente continua funciona como un conductor, oponiendo una resistencia que depende de la resistencia total del alambre bobinado. En alterna, en cambio, tiene la propiedad de aumentar su reactancia a medida que aumenta la frecuencia. Es a la inversa del capacitor. Combinado con el capacitor se pueden obtener circuitos resonantes, en los cuales la resonancia se produce cuando coinciden las frecuencias de corte de ambos elementos.





5.2 Tipos de bobinas:

Las bobinas más comunes son las detalladas a continuación.





Con núcleo de hierro: Este tipo está hecho con un bobinado de alambre de cobre sobre un soporte de hierro dulce. Este tipo de bobinas solo son apropiadas para aplicaciones de electroimán, donde la corriente a través del bobinado induce un efecto de imantación temporal sobre el hierro.

Con núcleo de aire: La bobina esta arrollada en el aire, o sea, que no lleva núcleo. La inductancia de este tipo de bobinas es muy baja, pero tiene la ventaja de que son muy apropiadas para trabajar en altas frecuencias.


Con núcleo de ferrite: Este material está hecho con hierro, carbono y otros metales, produciendo una barra a partir de un granulado muy fino de estos elementos. Se utilizan mucho en receptores de radio. Este núcleo permite aumentar la inductancia de la bobina, y son apropiados para altas frecuencias.


Con núcleo laminado: Este núcleo está compuesto por delgadas chapas de silicio, que se entrelazan formando un núcleo compacto. Permite manejar elevadas potencias, y disminuye las pérdidas y el calentamiento. Una aplicación típica de las bobinas es el transformador. Es un dispositivo que consta básicamente de un bobinado primario, al cual se le aplica una tensión alterna, y uno secundario, del cual se extrae otra tensión mediante la inducción magnética del núcleo. Esta tensión depende de la relación de espiras entre los bobinados.









Este tipo de dispositivos “no funciona con corriente continua”, ya que es necesario la acción de una corriente alterna para lograr una inducción magnética.
Dependiendo de su aplicación, los núcleos pueden ser también de ferrite o de aire, para altas frecuencias.
Las bobinas se miden en Henry, pero como en la práctica es una unidad muy grande, se utilizan submúltiplos:

Mili Henry: mHy=L/1000
Micro Henry: µF=µF/1000000

Diodos

6.1 Definición:


Los diodos son dispositivos semiconductores de estado sólido, generalmente fabricados con silicio, al que se le agregan impurezas para lograr sus características. Poseen dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Básicamente un diodo se utiliza para rectificar la corriente eléctrica. Su característica principal es que permite la circulación de corriente en un solo sentido. Por su construcción, el diodo de silicio posee en polarización directa (circulación de corriente de ánodo hacia cátodo) una caída de tensión del orden de los 0,6 a 0,7 voltios, y en inversa (bloqueo) tiene una corriente de fuga prácticamente despreciable. Hay diodos de uso especial, como los Zener, los Schottky, de Señal, etc. Vamos a describirlos a continuación.









6.2 Tipos de diodos:

Diodos de uso general: Estos se utilizan principalmente como rectificadores, o como protección en aparatos a baterías, previniendo su deterioro al conectarlos con polaridad inversa a la utilizada. Generalmente no se los utiliza en alterna para frecuencias superiores a los 100 ciclos (100 Hertz). Este problema se llama “tiempo de recuperación”, y es el tiempo que tarda el diodo en absorber el cambio de polaridad para bloquear la circulación de corriente. Si se hace trabajar un diodo a una frecuencia más alta que la estimada por el fabricante, el diodo comenzará a recalentarse hasta producirse un embalamiento térmico, con la consecuente quema del mismo.

Diodos Zener: Estos diodos en directa se comportan como un diodo común, pero en inversa poseen lo que se denomina “tensión de Zener”. Llegando a una determinada tensión inversa, el diodo comienza a conducir, y si se sigue aumentando la tensión, el Zener la mantendrá a un valor constante, que es su tensión de inversa. Pasando un límite, el diodo se destruye.

Diodos Schottky: Estos diodos están diseñados para cumplir la misma función que los de uso general, pero a altas frecuencias. Se utilizan, por ejemplo, en fuentes de alimentación de computadoras, donde la frecuencia de la corriente alterna puede llegar a los 100KHz (100000 ciclos por segundo).


Diodos de Señal: Son diodos para utilizar en alta frecuencia, pero generalmente de poca potencia.

Diodos LED: Son un tipo de diodos denominados “Diodo ElectroLuminiscente” (LED por sus siglas en Ingles). Tiene la propiedad de emitir luz cuando se le aplica una corriente en directa. Existen de muchos tipos, colores, e incluso destellantes y de varios colores.

Diodos de potencia: Son diodos de encapsulado metálico, generalmente de grandes dimensiones. Se utilizan, por ejemplo, en cargadores de baterías y alternadores de automotores.

6.3 Comprobación de diodos:

Los diodos se comprueban con el multímetro, utilizando la escala R x 1 o, si el modelo lo posee, la posición de la escala que tiene el símbolo del diodo. En el primer caso, el multímetro (analógico o digital), en directa debe mostrar un valor de resistencia bajo (entre 20 y 500 ohms, depende del diodo), y en inversa un valor tendiendo a infinito. En caso de que la lectura en directa muestre un valor demasiado bajo o infinito, el diodo se encuentra dañado. Si la lectura en inversa tiene poca resistencia, indica que tiene fugas y necesita ser cambiado por uno bueno




En el caso de tener la posición con el símbolo del diodo, un diodo sano tendrá en directa un valor entre 500 y 800 (dependiendo del tipo de diodo), mientras que en inversa deberá medir infinito. Caso contrario, el diodo está dañado.

6.4 Circuitos de ejemplo:


a) Rectificador de media onda: En este circuito, el diodo conduce durante la mitad del ciclo de corriente alterna. De este modo, solamente un semiciclo pasa al otro lado del circuito.
b) Rectificador de onda completa: En este circuito los diodos están configurados en puente, para hacer que ambos semiciclos de la corriente alterna pasen al positivo del circuito.
c) Regulador de tensión con diodo Zener: En este circuito, el diodo zener forma un regulador de tensión, que protege al circuito de las variaciones de tensión provenientes de la fuente de alimentación.




d) Recortador de señal: En este circuito, un par de diodos en una salida de preamplificador produce un recorte simétrico de la señal de audio.



                                                   Transistores

7.1 Definición:

Los transistores son dispositivos semiconductores de estado sólido, generalmente fabricados con silicio, al que se le agregan impurezas. Los transistores tienen distintas denominaciones, en base a su tipo de construcción. Vamos a ocuparnos de los más comunes. El transistor es un elemento de tres terminales, que tiene la propiedad de variar la corriente que circula a través de él mediante una polarización muy pequeña. Es decir, se pueden manejar grandes corrientes mediante la inyección apropiada de una corriente de control muy pequeña. Este es el principio por el cual los transistores son muy utilizados como elementos amplificadores de potencia.

7.2 Tipos de transistores:

Bipolar: Es uno de los transistores más utilizados. Consta de tres bloques de material semiconductor, que se pueden disponer en configuración NPN o PNP, y de tres terminales, Base, Colector y Emisor. Las denominaciones NPN y PNP corresponden al tipo de material con el que están dopados los bloques de silicio. Estos bloques en realidad son uno solo, el secreto es que al agregarle impurezas en lugares precisos, se producen zonas dentro del bloque, delimitadas por junturas. Esto permite que tenga propiedades semiconductoras.
Aplicando la polarización apropiada a la base del transistor, se logra variar su ganancia, produciendo una amplificación de la señal aplicada a la base. La circulación de corriente en un tipo de estos transistores se produce en dirección opuesta al del otro tipo, y las polarizaciones son de polaridad opuesta. Hay transistores bipolares de muchos tipos y potencias.

Unipolar: también llamado “Efecto de campo” (FET por sus siglas en Ingles), permite controlar el paso de la corriente eléctrica mediante un campo eléctrico. Mediante la aplicación de una polarización inversa a la compuerta, se produce un “estrechamiento” de la misma, lo que reduce la cantidad de electrones circulantes. Existen FET tipo N y tipo P, dependiendo de la disposición de las zonas dopadas.

MOSFET: Este tipo de FET posee una compuesta aislada, lo que genera una resistencia de entrada extremadamente elevada. Existen dos tipos, de canal N y canal P. A su vez, existen los de “enriquecimiento” y los de “empobrecimiento”, dependiendo de su construcción interna. Requieren muy poca corriente de compuerta para funcionar, y son sumamente eficientes.

7.3 Comprobación de transistores:

Antes de comprobar los transistores, se debe consultar en un manual de componentes su configuración de patas, ya que hay varias combinaciones existentes. Para comprobar el estado de los transistores están preparados estos gráficos, que indican cómo medir un transistor.






Los signos indican la polaridad de las puntas del multímetro a la hora de realizar las mediciones. Para realizar estas mediciones, utilizar la escala de resistencia en la escala R x 1 o R x 10. Cualquier variación anormal de las lecturas de los gráficos, indicarán un transistor dañado. Si las lecturas van a 0 ohm, el transistor presenta un corto. Si por el contrario la resistencia es casi infinita, está abierto. Si presenta resistencias muy bajas en inversa, es porque tiene fugas. En cualquier caso es necesario su reemplazo por uno nuevo.

Para medir un transistor FET tipo N, de procede de la siguiente manera:

a) Se conecta la punta positiva a la compuerta.
b) Se conecta la punta negativa al drenaje o a la fuente.
c) En cualquiera de los dos casos, la lectura en directa debe medir una resistencia de aproximadamente 1Kohm, y la inversa debe ser casi infinita. Si alguna de estas lecturas no es la correcta, el FET se encuentra defectuoso. Para los FET de tipo P, el procedimiento se realiza con las puntas a la inversa.
Para medir un MOSFET, la resistencia entre la compuerta y cualquiera de los otros dos terminales debe ser casi infinita. Una resistencia baja indicaría una falla en la aislación de la compuerta, por lo que el transistor debe ser reemplazado. Entre los terminales de drenaje y fuente, deberá mostrar un valor de resistencia intermedio.

7.4 Circuitos de ejemplo:

En este ejemplo mostramos un amplificador en miniatura, utilizando transistores bipolares. La salida es del tipo “complementaria”, o sea un transistor NPN y otro PNP.





                                              Circuitos integrados

8.1 Definición:

Un circuito integrado, como su nombre lo indica, es un conjunto de componentes concentrados dentro de una sola pastilla de material semiconductor. Se presentan en encapsulados plásticos con terminales en forma de patas de araña, que salen por el costado del encapsulado. Dependiendo del tipo de encapsulado, se los conocen como SIP (Single In-line Package = Encapsulado en hilera simple), o DIP (Dual In-line Package = Encapsulado en hilera doble). Existen otros encapsulados, pero no los trataremos por ser más específicos para ciertos tipos de integrados.

Su variedad es enorme, encontrando desde preamplificadores de audio, hasta procesadores de TV completos. El nivel de integración desde su creación ha sido sorprendente, llegando a su máxima expresión con los procesadores para computadoras, donde cientos de millones de transistores son integrados dentro de una diminuta pastilla de material semiconductor.

Recientemente, se alcanzó la barrera de la integración. Los fabricantes llegaron a un punto que no pudieron comprimir más los transistores para aumentar las prestaciones de los procesadores. Por eso, ahora comenzó una nueva era en la historia de los procesadores: los “doble núcleo”, dos procesadores totalmente independientes dentro de una sola pastilla.

8.2 Algunos integrados:

PC 817: Optoacoplador. Este integrado posee en su interior un LED y un transistor, en el cual la base es polarizada por un haz luminoso, proveniente del LED. Esto produce una variación en la resistencia colector-emisor del transistor. Al aumentar la tensión aplicada al LED, disminuye la resistencia colector-emisor del transistor.




RC 4558: Amplificador Operacional Doble. Este operacional doble de alta performance es muy utilizado en preamplificadores de audio. Como muestra la figura de la derecha, cada amplificador del integrado está formado por ese circuito. Dense una idea del nivel de integración de componentes.




                          El Circuito Integrado 555.

Este muy económico circuito integrado temporizador de 8 pines probablemente sea uno de los circuitos integrados más versátiles de todos los tiempos, y se puede utilizar muchísimos proyectos. Es muy simple de utiliza, y requiere solo unos pocos componentes adicionales para realizar útiles tareas, no solo relacionadas con la temporización tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc... A pesar de ser sumamente económico, se consiguen unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de alimentación y de temperatura. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC.
Prácticamente cada fabricante de circuitos integrados tiene su propia versión del “555”, Según el fabricante recibe una designación distinta, tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque generalmente se lo conoce como "el 555"o “NE555”. Existe también una versión de 14 pines, llamada NE556 que contiene dos NE555 en su interior, compartiendo sus dos pines de alimentación. Dado que hay muchas aplicaciones en las que son necesarios más de un temporizador, es importante tener presente esta versión doble del NE555.
El NE555 se alimenta con tensiones que van desde los 4.5 a los 18 voltios, aunque existen versiones no muy fáciles de conseguir que se alimentan con solo 2 voltios. Si la tensión de alimentación se fija en 5.0 voltios, sus señales de salida son compatibles con la lógica de familia TTL.
En aquellos caso que el consumo de nuestro proyecto es un factor muy importante, podemos echar mano del ICM7555, que es un integrado 100% compatible con el NE555, incluso la disposición de sus pines es exactamente la misma, pero al estar construido con tecnología CMOS su consumo es de solamente 20 mili amperes. Frecuentemente, al cambiar el estado de sus salidas, tanto el NE555 como el NE556 producen un significante consumo sobre la fuente de alimentación, que si bien generalmente no acarrea ningún inconveniente, suele provocar algunos dolores de cabeza en circuitos más complejos. En estos casos, basta con agregar en nuestro diseño un capacitor cerámico de unos 100 µF entre los pines de alimentación del circuito integrado, lo más cerca posible del mismo.
Hecha esta breve introducción, pasemos a ver su interior, y como podemos usar este potente temporizador en nuestros proyectos. Si bien no es indispensable conocer su diagrama interno del NE555 para armar algún circuito de forma ocasional, el saber que hay en su interior nos será muy útil a la hora de crear nuestros propios diseños. En su descripción, al igual que en el resto del artículo, utilizaremos indistintamente el nombre en español o en ingles de sus pines.
Como se puede ver en la figura al final de la página, consta básicamente de dos amplificadores operacionales que están conectados como un comparador de tensión, cuyas entradas se corresponden a los pines 5 (CONTROL), 6 (“THRESHOLD” o “umbral” en español y 2 (“TRIGGER” o “disparo”).
La salida a través de la compuerta está conectada al pin 3 “OUTPUT” (salida) y puede manejar corrientes máximas de 200mA, más que suficientes para la gran mayoría de las aplicaciones. La salida del colector del transistor que tiene su base conectada al biestable se utiliza para descargar el condensador de temporización. También podemos ver en las entradas de los operacionales una red de tres resistencias iguales, utilizadas para fijar los niveles de referencia en la entrada inversora del primer operacional, y en la no inversora del segundo operacional, a 2/3 y 1/3 respectivamente de la tensión de alimentación.
Cuando la tensión en el terminal umbral (THRESHOLD) supera los 2/3 de la tensión de alimentación, su salida pasa a nivel lógico "1", que se aplica a la entrada R del biestable, con lo cual su salida negada, la utilizada en este caso, pasa a nivel "1", saturando el transistor y comenzando la descarga del condensador, al mismo tiempo, la salida del 555 pasa a nivel "0". La impedancia de la entrada THRESHOLD es de al menos 10 megohms. La entrada CONTROL se puede ajustar para fijar el nivel de umbral (THRESHOLD), aunque habitualmente no se la utiliza y se la deja conectada a 0V, pudiendo hacerlo a través de un capacitor de 0.01 µF si el “ruido” eléctrico es un problema, aunque generalmente no es necesario.
Analizando el otro amplificador operacional, podemos ver que si la tensión aplicada a la entrada inversora (el terminal de disparo o TRIGGER), desciende por debajo de 1/3 de la tensión de alimentación, la salida de este operacional pasa a nivel alto, que se aplica al terminal de entrada S del biestable RS, con lo que su salida se pone a nivel bajo, el transistor de descarga deja de conducir y la salida del 555 pasa a nivel lógico alto. La impedancia del terminal TRIGGER es mayor a 2 megohms.
Por último, el terminal de RESET del biestable es accesible desde el exterior del NE555 a través del pin 4, que se activa poniéndolo a 0 voltios y se puede utilizar para poner a nivel bajo la salida del 555 en cualquier momento, sin importar el valor de sus entradas. Cuando no se utiliza el RESET, este pin se debe conectar a +V. Los pines 1 y 8 son los que permiten alimentar al chip, correspondiendo el ultimo a +V. En el caso del NE556, el diagrama se encuentra duplicado, y cada terminal tiene en su nombre el postfijo “A” o “B” según corresponda a uno u otro de los dos NE555 que se albergan en su interior. La única salvedad es la de los pines 7 y 14, utilizados para alimentar el integrado y que no se encuentran repetidos.



Pin-out del NE555.



El NE556, dos NE555 en una misma cápsula.



Diagrama interno.



Uno de los usos más frecuentes del NE555 es como oscilador astable. En esta configuración, el circuito produce en su pin de salida OUTPUT una onda cuadrada, con una amplitud igual a la tensión de alimentación. La duración de los periodos alto y bajo de la señal de salida pueden ser diferentes. El nombre de “astable” proviene de la característica de esta configuración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados lógicos, si no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T. El periodo de tiempo T de la señal de salida es igual a la suma de los tiempos en estado alto Tm (por “Mark time” en ingles) y bajo Ts (por “Space time). En general, en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro, utilizaremos la frecuencia F de la señal de salida, igual a 1/T.

En la figura 1 podemos ver el esquema de conexión del NE555 para ser utilizado como oscilador astable. Solamente tres componentes adicionales bastan para determinar el periodo T de la señal de salida, y la relación de tiempos Tm y Ts. Un cuarto componente, el capacitor de 0.01 µF solamente se utiliza para evitar el ruido en el terminal de control.

Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de la señal, de acuerdo con las siguientes formulas:

T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1
F = 1.4 / ((R1 + 2R2) × C1)

Donde el periodo T se expresa en segundos, la frecuencia F en Hertz, los valores de R1 y R2 en ohms y la capacidad de C1 en faradios.
La relación marca-espacio (Tm y Ts), también conocida como “duty cycle”, y que es muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de corriente continua, el brillo de una lámpara, etc. se calculan mediante las tres formulas siguientes:

T = Tm + Ts
Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1
Ts = 0.7 × R2 × C1

Como se deduce de ellas, en los casos que Tm y Ts necesiten ser iguales (duty cycle del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1. Al momento de diseñar nuestro propio oscilador astable utilizando NE555 debemos elegir primero el valor de C1, que es el que determinara el rango de frecuencias a utilizar (ver la figura 2), luego el valor de R2, considerando que R2 = 0.7 / F x C1.
Y por ultimo R1, generalmente de un 10% del valor de R2, salvo que necesitemos tiempos Tm y Ts muy diferentes entre sÍ. En aquellos casos que queramos hacer la frecuencia de salida variable, la mejor opción es reemplazar a R2 por un potenciómetro del valor adecuado y una resistencia de al menos 1000 ohms en serie con el (para evitar que en un extremo del potenciómetro el valor de R2 sea cero).



Configuración como astable.



Valores típicos de R y C.



Relación de tiempos.

Duty Cycle

Como veíamos antes, el NE555 utilizado como oscilador astable permite el control de dispositivos como motores o lámparas mediante una técnica conocida como PWM (Pulse Wide Modulation) o Modulación por Ancho de Pulso. Dado que es tan utilizada, merece que veamos algunas características más asociadas a ella. La señal presente en el pin 3 se repite continuamente, a menos que se fuerce la salida a 0V mediante el terminal RESET (conectándolo a una tensión menor a 0.7V). Una baja frecuencia de oscilación puede ser utilizada para hacer destellar un LED, y una frecuencia un poco más alta (mayor a 20 Hz. aunque menor a los 20KHz.) se puede emplear para hacer sonar un parlante o buzzer conectado al pin 3 y de esta manera construir una alarma audible fácilmente.

Volviendo al control PWM, la relación entre Tm y Ts generalmente se expresa como un porcentaje. Si este porcentaje debe ser es igual o mayor al 50%, utilizamos el circuito de la figura 1, como vimos antes, y las formulas de la figura 2 nos permiten calcular exactamente su porcentaje. En el caso de que la relación deba ser menor al 50%, se debe agregar un diodo tipo 1N4148 en paralelo con R2, como se ve en la figura 3, para permitir la circulación de corriente durante el periodo Tm. En este caso, el valor de Tm y Ts dependen únicamente de R1 y C1 como se ve a continuación:


Tm = 0.7 × R1 × C1
Ts = 0.7 × R2 × C1
Duty Cycle (con diodo) = Tm / (Tm + Ts) o R1 / (R1 + R2)



Figura 1.



Figura 2.



Figura 3.


Un circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un solo estado: el nivel bajo. En efecto, si conectamos el NE555 de manera que se comporte como un monoestable (figura 1), su salida permanecerá en estado bajo, salvo en el momento en que reciba una señal en su pin TRIGGER, en cuyo caso la salida pasara a nivel alto durante un tiempo T, determinado por los valores de R1 y C1, de acuerdo a la formula de la figura 2, donde el periodo T se expresa en segundos, R1 en ohms y la capacidad de C1 en faradios.

Al presionar el pulsador identificado como “trigger”, la salida del Ne555 pasara a estado alto hasta que transcurra el tiempo fijado por el valor de R1 y C1 o hasta que se presione el pulsador “reset” (lo que ocurra primero). En general, no se desea interrumpir el periodo en que el integrado tiene su salida en nivel alto, por lo que el pulsador conectado al RESET puede no ser necesario. Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los 10 minutos) se deben utilizar capacitores electrolíticos, y estos presentan fugas que afectan su confiabilidad, es que tenemos que recordar en el momento de hacer nuestros diseños que pueden ser posibles errores de hasta un 20% en los tiempos determinados por R1 y C1.

Es importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que no transcurra el tiempo T (o se resetee el temporizador) cualquier actividad en el TRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado alto de la salida será ignorado. En algunos casos puede ser deseable que el circuito efectúe un reset automáticamente al ser conectado a la alimentación, o bien que se auto dispare al encender el dispositivo. En estos casos, se puede utilizar un circuito como el que vemos en la figura 3, y que conectaremos al pin RESET o TRIGGER según corresponda.



Figura 1.



Figura 2.



Figura 3.

Otra configuración habitual para el NE555 es la de biestable. En ella, ambos estados, alto y bajo, son estables, y la salida permanece en ellos hasta que se modifican mediante los pines TRIGGER o RESET. En este caso, al no haber tiempos implicados en ninguno de los dos estados, no hay formulas para aplicar. Simplemente, al aplicar 0V al pin TRIGGER, la salida pasara a estado alto, y permanecerá en el hasta que se desconecte la alimentación o se ponga a 0V el terminal RESET, en cuyo caso la salida se mantendrá en estado bajo hasta una nueva conexión del TRIGGER a 0V. El esquema de esta configuración se puede ver en la figura 1.



Figura 1.


Nuestro primer circuito de ejemplo, el de la figura 1, utiliza un 555 para general una señal cuadrada que excita al transistor TR1, que a su vez está conectado a un transformador elevador de tensión que permite encender un pequeño tuvo fluorescente de 4 Watts con solo 12v. Este circuito es ideal para ser alimentado con baterías o desde el encendedor del automóvil, para ser utilizado como luz de emergencia o en actividades al aire libre. Es muy importante mantener las manos lejos de la sección de 230V del transformador, para evitar descargas desagradables. La resistencia variable entre los pines 6 y 7 nos permite ajustar la frecuencia de la salida, de forma de obtener el brillo adecuado en el tubo fluorescente. Podemos utilizar un reset, ya que una vez logrado el ajuste óptimo del circuito no necesitaremos volver a tocarlo. Incluso, si se lo desea, en ese momento se puede reemplazar por una resistencia fija equivalente.
En la figura 2 tenemos un 7555, la versión CMOS del NE555 (que también podría ser utilizado aquí), conectado como monoestable, en el que la resistencia que fija el tiempo en el estado alto de la salida se ha reemplazado por un conmutador que permite elegir una de 6 resistencias puestas en serie, de manera que se obtienen temporizaciones que van desde los 5 a los 30 minutos. Por supuesto, el lector podrá cambiar estos valores para obtener tiempos mayores o menores, usando las formulas que vimos. Un transistor BC109C o equivalente se utiliza para comandar un relay, al que podremos conectar cualquier artefacto eléctrico que queramos controlar con este circuito.

Nuestro tercer circuito de ejemplo (Fig. 3) consiste en una luz parpadeante construida con 40 diodos LED para utilizar en una bicicleta, como baliza, etc. El circuito se alimenta con 4 pilas de 1.5 V, y los LEDs divididos en dos grupos de 20 cada uno parpadean alternativamente. Como se puede ver, el NE555 está configurado como oscilador astable. La corriente a través de los LEDs está limitada por las resistencias de 100 ohms, y se utilizaron transistores para poder manejar el consumo de cada rama de LEDs. En caso de ser necesario, se puede armar este circuito con menos leds, por ejemplo, con solo cinco: un grupo de dos en cada rama, y el LED que esta entre la resistencia de 160 ohms y el transistor 2N2905.
No dejen de experimentar, y crear sus propios diseños, utilizando como base alguno de los ejemplos que comentamos, siempre teniendo a mano las formulas de la primera parte del artículo, para obtener los tiempos que deseemos.




Existen miles de aplicaciones posibles para este pequeño circuito integrado. Con esta pequeña guía el lector podrá crear sus propios diseños, ya que generalmente bastara con utilizar alguno de los diagramas que presentamos a lo largo del artículo, y modificar los valores de algunos de los componentes de acuerdo a las formulas enunciadas. Es muy recomendable comprar un par de NE555, un puñado de resistencias, capacitares y algún potenciómetro, y usando un protoboard o alguna placa de circuito impreso de las que ya vienen perforadas, realizar experimentos modificando los valores de los componentes y analizando los resultados. No es mala idea conectar un diodo LED entre la salida (pin 3) y 0V, con una resistencia en serie (de unos 470 ohms) para poder ver en qué estado se encuentra en cada momento. Recordemos que si la frecuencia de oscilación es elevada, probablemente el ojo humano sea incapaz de distinguir si el LED está encendido o apagado, en esos casos puede ser conveniente reemplazarlo por un pequeño parlante.

Práctica: Aplicación del circuito integrado 555 – Semáforo

Los siguientes elementos fueron empleados en el montaje del circuito:

• Fuente: Batería 9V DC.
• Resistencias: R1 (6.8 KΩ), R2 (33, 82 y 100 KΩ) y R3 (220 Ω).
• Condensadores: C1 (10 y 100 μF).
• Diodos LEDs.
• Circuito integrado: LM 555.




aplicaciones del C.I. 555


Las aplicaciones más comunes del C.I. 555 es como elemento temporizador. Aunque combinándolo con otros elementos se usa como generador se señales, modulador, contador entre otros usos

• Temporizador de precisión.
• Generador de pulsos.
• Temporizador secuencial.
• Generador de retardos de tiempo.
• Pulsos con modulación.

En general el C.I LM 555 es un controlador altamente estable capaz de producir retardos de tiempo u oscilación bastante exactos. En el modo de operación de retardos de tiempo, el tiempo es precisamente controlado por una resistencia y un condensador externo. En el modo de operación astable como oscilador, la frecuencia y el ciclo de trabajo son controlados con precisión por dos resistencias externas y un condensador.

 En el circuito implementado se encuentra operando en modo astable o monoestable?

De acuerdo con la hoja de especificación del circuito LM 555, en el modo de operación astable la frecuencia de trabajo está controlada por dos resistencias y un condensador. De acuerdo con la figura del montaje, las dos resistencias R1 de 6.8K, R2 de 82K y el condensador C1 de 10 μF son los elementos que componen el funcionamiento astable del integrado. En este modo se genera un pulso continuo controlado por las dos resistencias y el condensador. La siguiente figura ilustra el comportamiento del pulso en modo astable:






tipo de señal que sale del pin 3 del C.I. 555

De acuerdo con la hoja de especificación del C.I. 555, el pin 3 es el pin de salida, es decir, el pin que genera el resultado de la operación del temporizador. Cuando la salida es alta, el voltaje de salida será el voltaje de alimentación (VCC) menos 1.7 voltios. Por lo tanto, la señal que sale del pin 3 del C.I. es una señal digital.

Qué pasa si cambia los elementos R1, R2 y el condensador; averigüe para el circuito implementado el periodo de oscilación y compare valor teórico con el real; realice la ecuación en Excel para calcular con diferentes valores y grafique la señal.

La variación de los elementos R1, R2 y C1 en el circuito implementado hace que el período de oscilación sea más corto o más largo dependiendo de los valores de estos tres elementos, veamos:

Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =82 KΩ y C1 = 10 μF

El período de oscilación está dado por la siguiente expresión:

TT = 0.693 (R1 + 2R2) C1

Entonces:

TT = 0.693 [6800Ω + 2(82000Ω)] 1 x 10-5 F
TT = 1.183644 Segundos.



En esta consideración, el período de oscilación real fue el siguiente:


TE = Tiempo Encendido + Tiempo Apagado
TE = 0.6 Segundos + 0.5 Segundos
TE = 1.1 Segundos.

Lo que indica que el valor real (1.1 Segundos) se ajusta con casi la misma exactitud al valor teórico (1.183644 Segundos).

Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =82 KΩ y C1 = 100 μF


TT = 0.693 [6800Ω + 2(82000Ω)] 1 x 10-4 F
TT = 11,83644 Segundos.



En esta consideración, el período de oscilación real fue el siguiente:


TE = Tiempo Encendido + Tiempo Apagado
TE = 5.5 Segundos + 4.5 Segundos
TE = 10 Segundos.

Lo que indica que el valor real (10 Segundos) se ajusta con un valor muy aproximado al valor teórico (11,83644 Segundos)


Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =33 KΩ y C1 = 10 μF

TT = 0.693 [6800Ω + 2(33000Ω)] 1 x 10-5 F
TT = 0.504504 Segundos.




Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =33 KΩ y C1 = 100 μF

TT = 0.693 [6800Ω + 2(33000Ω)] 1 x 10-4 F
TT = 5.04504 Segundos





Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =100 KΩ y C1 = 10 μF TT = 0.693 [6800Ω + 2(100000Ω)] 1 x 10-5 F
TT = 1.433124 Segundos




Consideremos R1 = 6.8KΩ, R2 =100 KΩ y C1 = 100 μF
TT = 0.693 [6800Ω + 2(100000Ω)] 1 x 10-4 F
TT = 14.33124 Segundos





Mida el voltaje que hay en el diodo led.

Cuando el diodo LED está encendido, el voltaje medido fue de 1.93 Voltios. Cuando el diodo LED está apagado, el voltaje medido fue de 378 milivoltios. Lo anterior, se observa en la siguiente figura:






¿Cómo identifica en un diodo LED los terminales?

En un diodo LED, el terminal más corto, llamado cátodo es el negativo, mientras el ánodo (terminal más largo) es el positivo.




 Emplee la herramienta de identificación de resistencias según sus códigos de colores.






Resistencia de 6.8 KΩ: Azul|Gris x Naranja = 68×10^3 Ω
Resistencia de 33 KΩ: Naranja|Naranja x Naranja = 33×10^3 Ω
Resistencia de 82 KΩ: Gris|Rojo x Naranja = 82×10^3 Ω
Resistencia de 100 KΩ: Café|Negro x Amarillo = 10×10^4 Ω
Resistencia de 220 Ω: Rojo|Rojo x Cafe = 22×10^1 Ω

Montaje en la protoboard




Vea pues para que le quede bien simple: el mismo montaje anterior pero en mi segunda versión de protoboard.




Montaje circuito 555 aplicación semáforo en protoboard (clic para expandir)


Iniciación a la soldadura con estaño.

La soldadura con estaño es la base de todas las aplicaciones electrónicas porque permite la realización de conexiones entre conductores y entre éstos y los diversos componentes, obteniendo rápidamente la máxima seguridad de contacto.
Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión, sobre todo desde el punto de vista electrónico.
Ésta es una tarea manual delicada que sólo se consigue dominar con la práctica. Recuerda que tu habilidad para soldar con efectividad determinará directamente el buen funcionamiento del montaje a lo largo del tiempo. Una soldadura mal hecha puede causar que el producto falle en algún momento. Esto es como aprender a andar en bicicleta, una vez que se domina ya nunca se olvida.

El estaño.

La soldadura que se utiliza en electrónica viene en forma de alambre y es una aleación o combinación de dos metales, estaño y plomo. Existen diferentes tipos de aleaciones pero la más utilizada es la que contiene un 60% de estaño y un 40% de plomo, llamada comúnmente 60/40 lo que permite que el punto de fusión se logra a los 370º F lo cual se obtiene fácilmente con los cautines fabricados para este propósito. La soldadura trae en su interior un compuesto químico fundente o resina, que sirve para acelerar la fusión, limpiar los contactos y para que el punto de unión quede con aspecto brillante. El diámetro de la soldadura debe ser pequeño, del orden de 1mm, para que su fusión sea rápida. Ésta viene generalmente en carretes de ¼, ½ y 1 libra.


El cautín para soldar.


En Electrónica se suelen utilizar soldadores de potencia reducida, ya que generalmente se trata de trabajos delicados.
El cautín es una herramienta que tiene una masa de cobre (punta), que se calienta indirectamente por una resistencia eléctrica conectada a una toma de energía eléctrica (generalmente el enchufe de 220v). Los tipos que se encuentran generalmente en el mercado pueden clasificarse en soldadores comunes o "de lápiz" y soldadores de pistola.

En ciertas ocasiones, para la soldadura de cables o alambres gruesos, o para la unión de dos piezas metálicas, caso que se puede presentar en algunos proyectos, es necesario tener un cautín de mayor potencia, entre 45 y 60W. Nunca se deben utilizar en electrónica las pistolas para soldar que se empleaban anteriormente ya que éstas producen demasiado calor y dañan fácilmente los semiconductores (diodos, transistores y circuitos integrados) y los otros elementos tales como resistencias y condensadores.





Estañado del cautín.

Cuando se adquiere un cautín lo primero que se debe hacer es estañar su punta; esto también debe hacerse periódicamente cuando ésta se vaya gastando. Esta operación es muy importante, ya que facilita la fundición rápida de la soldadura, asegurando una buena calidad. Cuando se detecta que el cautín ya no funde la soladura o lo hace muy mal, debe ser estañado nuevamente. Para hacerlo, se debe limpiar muy bien la punta con una cuchilla, una lima fina o papel de lija, después se aplica soldadura en buena cantidad sobre la punta y, finalmente, se limpia muy bien con un pedazo de tela, teniendo cuidado de no quemarnos


Cómo hacer buenas soldaduras.

Para hacer una buena soldadura son necesarias varias condiciones a saber: tener el cautín bien estañado, que su punta está a una buena temperatura, y que los terminales de los componentes, alambres y el circuito impreso, estén muy limpios. También hay que montar los componentes y más elementos que van a ser soldados, colocándolos en la posición correcta. Una vez que se ha instalado el componente, alambre o terminal que se va a soldar, se sigue los siguientes pasos:


Paso 1: Se limpia muy bien, con una cuchilla, la parte de los componentes y el circuito impreso en donde se va aplicar la soldadura.





Paso 2: Una vez que el cautín esté bien caliente, aplique con firmeza calor con la punta a las dos superficies simultáneamente (el circuito impreso y el terminal del componente), haciendo perfecto contacto entre ellas y dejándolo así unos tres o cuatro segundos.




Paso 3: Aplique soldadura moderadamente durante dos o tres segundos y retírela dejando aún el cautín en el punto de contacto. El estaño se fundirá y fluirá por toda la zona del punto tomando la forma de los conductores soldados. Retire el cautín y deslícelo por el terminal hacia arriba; deje enfriar el punto,
procurando no hacer ningún movimiento hasta que hayan transcurrido unos 10 segundos.




Paso 4: Una vez hecha la soldadura, se deben cortar los terminales sobrantes en el caso de los componentes montados en un circuito impreso. Aquí hay un ejemplo de algunas malas soldaduras y una buena soldadura.




Cómo desoldar componentes.

Para desoldar hay varios métodos, aunque nosotros nos vamos a centrar sobre los que se basan en la succión del estaño. Vamos a describir los desoldadores y los chupones.

El desoldador de pera: Es un soldador de tipo lápiz sin punta. En lugar de la punta se le coloca el accesorio que se ve debajo y ya tenemos un desoldador, que suele recibir el nombre de desoldador de pera. Como se puede observar, el accesorio tiene una punta, un depósito donde se almacena el estaño absorbido, una espiga para adaptarlo al soldador y una pera de goma que sirve para hacer el vacío que absorberá el estaño. Aquí vemos en detalle la punta y el depósito del accesorio para desoldar. Ésta se calienta de la misma manera que la punta normal.




El modo de proceder es el siguiente: Presionar la pera con el dedo, luego acercar la punta hasta la zona de donde se quiera quitar el estaño, luego si la punta está limpia, el estaño de la zona se derretirá en unos pocos segundos. En ese momento, soltar la pera para que el vacío producido absorba el estaño hacia el depósito. Presionar la pera un par de veces apuntando hacia un papel o el soporte para vaciar el depósito. Tener precaución, ya que el estaño sale a 300ºC. Estos cuatro pasos se pueden repetir si fuera necesario.





El desoldador de vacío o chupón: Ahora vamos a describir el otro tipo de soldador, el denominado chupón. Este desoldador de vacío es una bomba de succión que consta de un cilindro que tiene en su interior un émbolo accionado por un muelle. Tiene una punta de plástico, que soporta perfectamente las temperaturas utilizadas. El cuerpo principal (depósito) suele ser de aluminio. Para manejarlo debemos cargarlo venciendo la fuerza del muelle y en el momento deseado pulsaremos el botón que libera el muelle y se produce el vacío en la punta. Nos servirá para absorber estaño, que estaremos fundiendo simultáneamente con la punta del soldador.





El modo de proceder es el siguiente: Cargar el desoldador. Para ello presionaremos el pulsador de carga, venciendo la fuerza del muelle, luego aplicar la punta del soldador a la zona de donde se quiera quitar el estaño. Si la punta del soldador está limpia, el estaño se derretirá en unos pocos segundos. Asegurarse de que el desoldador está listo. En ese momento, sin retirar el soldador, acercar la punta del chupón a la zona y pulsar el botón de accionamiento.



Se disparará el émbolo interno produciendo un gran vacío en la punta y absorbiendo el estaño hacia el depósito. Si es necesario, repetir este último paso cargando previamente el desoldador. Retirar el soldador y el chupón. En la foto vemos el resultado de la desoldadura. Si después del proceso aún queda algo de estaño sujetando el componente que queremos quitar, entonces será necesario repetir el proceso.




Este dispositivo tiene un depósito suficientemente grande como para no necesitar vaciarlo cada vez que se usa, como ocurre con el desoldador de pera. Para limpiarlo, generalmente hay que desmontarlo desenroscando sus partes.



Unos ejercicios para practicar...

Llegó el momento de ponerse manos a la obra. Como ya hemos dicho, practicando es como se aprende, así que vamos a hacer unos ejercicios muy sencillos de soldadura, que ayudarán a usar correctamente las herramientas. Necesitamos estos elementos:

1 Soldador.
1 Estaño.
1 Hilo de cobre desnudo de 1.5 mm de diámetro (un par de metros).
1 Alicate de puntas redondas.
1 Alicate de corte.
1 Alicate de puntas planas.
Con el hilo de cobre vamos a construir estos símbolos de componentes electrónicos:




Con las herramientas debemos cortar y doblar el hilo hasta adoptar las formas de los tramos que se observan. Después, en los puntos de unión deberemos soldar los hilos según se ha explicado en los apartados anteriores. En caso de que una soldadura no quede bien o resulte demasiado voluminosa, deberemos desoldarla y repetirla. Para hacer estos montajes de forma más fácil y puesto que estamos empezando, vamos a proporcionar unos trucos y detalles. Nota: el círculo grande de estas figuras tiene un diámetro de unos 5 cm., para hacernos una idea de los tamaños. Vamos a centrarnos en el ejercicio:





1. Es un diodo, en su simbología antigua (cuando aún se rodeaba al diodo con una circunferencia). En sus extremos tiene unas anillas que se pueden hacer con el alicate de puntas redondas de forma que queden como se observa (detalle en rojo). La circunferencia grande se puede hacer doblando el hilo alrededor de un objeto redondo de unos 5 cm. de diámetro. El triángulo se hace de una pieza, doblando dos de los vértices con el alicate de puntas redondas, tratando de que el radio de curvatura sea pequeño. El cátodo del diodo (hilo corto vertical a la derecha del triángulo) será un trozo de hilo corto y habrá que sujetarlo bien cuando haya que soldar. El proceso de soldadura se hará según se ha explicado. Hay que tener en cuenta que al soldar hilos de cobre del grosor que estamos utilizando pueden ser necesarios unos tiempos mayores de aplicación del soldador hasta que las piezas se calientan. Asimismo hará falta más tiempo para que el estaño se distribuya por toda la zona de soldadura. Las soldaduras se harán en los puntos que se indica en azul en el dibujo de arriba y tienen que quedar de la forma mostrada para que estén bien hechas y tengan una buena resistencia mecánica. El orden de operación aconsejable es 2-3-5-4-1-6. Habrá que prestar un cuidado especial a la 4 (detalle en violeta), que es especialmente difícil (hay que unir 5 hilos sin que se muevan y el estaño debe formar una sola gota que cubra los 5).

Se suele decir que una forma de enseñar cómo se hace algo es enseñar cómo no debe hacerse, así que vamos a ver ahora una serie de soldaduras que están mal hechas. Aparentemente podrían parecer correctas, pero hay detalles que se deberían mejorar. Algunas de estas soldaduras tendrían una resistencia mecánica mala y se romperían al primer tirón. En el dibujo de aquí al lado vemos una serie de chapuzas que no se deben hacer. Las "soldaduras", si es que se las puede llamar así, están numeradas para poder referirnos mejor a ellas:



1. Ésta realmente no hace ningún efecto. El estaño está en los dos lados pero no hace la unión. Esto se corrige aplicando el soldador en el punto intermedio, aportando más estaño si es necesario y esperando a que se unan las dos gotas formando una sola.

2. La parte superior está bien, pero el hilo que viene desde abajo no está sujeto. Se corrige igual que la anterior.

3. La unión está bien hecha desde el punto de vista mecánico aunque el fallo salta a la vista: tiene demasiado estaño. Las soldaduras no deben adoptar forma de bola, como ésta. Para corregirlo, deberemos eliminar gran parte del estaño utilizando el desoldador y luego repetir la soldadura, esta vez sin que quede tan grande.

4. Ésta está un poco escasa. El cátodo está bien unido al tramo 4-6, pero el vértice del triángulo está tocando el punto 4, no soldado a dicho punto. Se corrige aplicando de nuevo el soldador, aportando estaño por las zonas que no lo tienen y esperando a que se forme una gota única antes de retirar el soldador.

5. Aquí lo que pasa es que falta cubrir con el estaño los 4 conductores que llegan al punto 5. Actualmente la soldadura está bien por la parte derecha del punto 5, pero la parte izquierda está un poco escasa. Se corrige igual que el caso 4.

6. Curiosa forma de cerrar la anilla. Debe quedar como el punto 6 del dibujo de más arriba.

El resto de los ejercicios se hacen de la misma manera. El del transistor tiene cierta dificultad en los puntos 3, 4, 5 y 8. El del MOSFET es en cierto modo el más sencillo y no presenta excesiva dificultad.

Ejercicios resueltos.

Ahora veremos el aspecto final de los ejercicios, una vez hechas las soldaduras. Aquí también se ve por dónde hay que doblar y cortar el hilo de cobre.




Realmente, en estos dibujos, el tamaño de las soldaduras y el grosor de los hilos está exagerado un poco con respecto al tamaño de las figuras, pero de esta forma se aprecian mejor.

Como se puede observar, la mayoría de las piezas de estos símbolos se pueden construir doblando tramos de hilo de cobre en lugar de cortar todos los segmentos. Véase, en la figura del MOSFET, que el terminal de la izquierda tiene una anilla, un tramo horizontal y un tramo vertical que se han hecho sin cortar, simplemente doblando el hilo.


                            código de colores.

Muchas veces nos habremos preguntado por qué algunas resistencias tienen unas bandas o líneas de colores alrededor de su cuerpo. Estas bandas tienen un significado específico determinado por un código especial llamado el código de colores.

Para las resistencias de alambre o de carbón de 1 vatio en adelante es fácil escribir el valor en su cuerpo, pero para las resistencias más pequeñas es muy difícil hacerlo ya que su tamaño lo impide.

Para las resistencias pequeñas de carbón y película de carbón, que son las más utilizadas en los circuitos electrónicos, existe un método de identificación muy versátil llamado el código de colores. Este método, que utiliza tres, cuatro o cinco líneas de colores pintadas alrededor del cuerpo de la resistencia, sirve para indicar su valor en Ohmios y su precisión.

El sistema de las líneas de colores resuelve dos problemas principalmente: Sería demasiado difícil ver números grandes marcados en resistencias pequeñas. Por ejemplo: 1.000.000 ohmios en una resistencia de 1/4 de vatio no se vería muy bien. Si la resistencia queda en cierta posición en el circuito, se taparía este número y no se podría leer su valor.

Las bandas de colores que tienen este tipo de resistencias alrededor de su cuerpo, parece que resuelven todos estos problemas. En este código, cada color corresponde a un número en particular. Hay dos códigos de colores para las resistencias de carbón. El de 3 o 4 bandas y el de 5 bandas.

Para leer el código de colores de una resistencia, ésta se debe tomar en la mano y colocar de la siguiente forma: la línea o banda de color que está más cerca del borde se coloca a la izquierda, quedando generalmente a la derecha una banda de color dorado o plateado.




En el sistema de tres o cuatro bandas, el color de la primera banda es el primer número, el segundo color es el número siguiente, el tercer color es el número de ceros o multiplicador, y la cuarta línea o banda es la tolerancia o precisión. El concepto de tolerancia lo explicaremos más adelante.

Cuando leemos el código de colores debemos recordar:

La primera banda representa la primera cifra.
La segunda banda representa la segunda cifra.
La tercera banda representa el número de ceros que siguen a los dos primeros números.
(Si la tercera banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100).

La cuarta banda representa la tolerancia. Esta es usualmente dorada que representa un 5%, plateada que es del 10%, café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si no tiene banda es del 20%.
Para comprender mejor este sistema, en la figura tenemos varios ejemplos de utilización.

El código de las cinco bandas se utiliza para resistencias de precisión así:

La primera banda representa la primera cifra.
La segunda banda representa la segunda cifra.
La tercera banda representa la tercera cifra.
La cuarta banda representa el número de ceros que siguen a los tres primeros números.
(Si la cuarta banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100).
La quinta banda representa la tolerancia. El café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si es verde tiene una tolerancia del 0.5%.

En las resistencias de 6 bandas, la ultima banda especifica el coeficiente térmico expresado en ppm/ºC (partes por millón por cada grado Centígrado). Este valor determina la estabilidad resistiva a determinada temperatura.
Es muy importante practicar mucho con este código hasta que se aprenda de memoria ya que las resistencias que lo utilizan se encuentran en todo tipo de circuitos. Si tenemos que consultar un libro o manual cada vez que tengamos que identificar una resistencia, vamos a perder mucho tiempo. Después de algún tiempo de trabajar en electrónica, este código se hace tan familiar que ya se identifica una resistencia con sólo mirar brevemente su combinación de colores.



Tolerancia

Se ha mencionado que la cuarta banda indica la tolerancia de la resistencia. Esta tolerancia o precisión significa que el valor real no es necesariamente el mismo que indica el código. Un 10% de tolerancia significa que el valor real puede ser un 10% mayor o menor que el valor que indica el código.
Por ejemplo, para una resistencia de 10.000 ohmios con una tolerancia del 5% se puede tener en la práctica, cualquier valor entre 9.500 y 10.500 ohmios. El 5% de 10.000 es 500. Esta tolerancia se debe a la precisión del proceso de fabricación de esas resistencias ya que las máquinas depositan una capa ligeramente mayor o menor del compuesto resistivo.
Se fabrican resistencias con tolerancias del 20%, 10%, 5% (que son las más comunes), 2 %, 1%, 0.5 %,0.1 % y más.

El costo de las resistencias sube considerablemente a medida que su precisión aumenta. Debemos utilizar por lo tanto las resistencias más económicas posibles pero que no alteren la operación del circuito. Por lo general, para los circuitos y proyectos básicos se utilizan resistencias con una tolerancia del 5 %.

                  Cómo hacer circuitos impresos.


Todo aficionado a la electrónica tarde o temprano se topa con la necesidad de fabricar sus propios circuitos impresos. En general, esta tarea es vista como algo muy complicado, cuando en realidad se trata de una labor que fácilmente podemos llevar a buen término.
A lo largo de este artículo aprenderemos a desarrollar placas de circuito impreso (PCB, por Printed Circuit Board) para nuestros proyectos, utilizando para ello elementos de fácil adquisición, y que tendrán un acabado muy profesional. Sobre ellas montaremos los componentes de nuestros proyectos de electrónica, y si somos prolijos, resultaran indistinguibles de uno comercial


Elementos Necesarios:


Para encarar la realizaron de un PCB, deberemos tener a mano una serie de elementos que resultan indispensables para dicha tarea.

En primer lugar, necesitamos una impresora láser o una fotocopiadora. Como veremos más adelante, el tóner de la impresión es el que formara las pistas de nuestro PCB, así que el dibujo de las pistas que podemos realizar con algún programa especializado, como Eagle o cualquiera de los que usan los integrantes hobbystas, o hasta con el mismísimo Microsoft Paint incluido en todas las versiones de Windows. Luego debe ser impreso con una impresora de tecnología láser. Si no disponemos de una, podemos usar cualquier impresora, y luego llevar el impreso a una fotocopiadora y hacer una copia. Las fotocopias también son hechas mediante toner, por lo que mediante este procedimiento nos haremos de un original para nuestro PCB.
También deberemos comprar en una tienda especializada en componentes electrónicos (donde compramos los demás componentes para nuestros circuitos) una placa de PCB virgen, del tamaño adecuado para nuestro proyecto. Estas placas generalmente se consiguen fabricadas en pertinax o sobre fibra de vidrio. Cualquiera de las dos sirve. Prestar atención a que tenga solo una de sus caras cobreadas, salvo que queramos hacer un circuito impreso de doble faz.

También compraremos un cuarto litro de percloruro férrico (o cloruro férrico, el nombre puede variar de un lugar a otro, pero se trata de la misma substancia), que es el elemento que atacara la superficie de cobre, para eliminar todas las partes que no necesitamos. Para acondicionar la placa virgen vamos a necesitar algún polvo limpiador y un poco de lana de acero, de los mismos que se utilizan para lavar los cacharros de cocina, que utilizaremos para dejar bien limpia y desengrasada la superficie de la placa. Deberemos tener a mano alguna hoja de papel ilustración, como el papel transfer, como explicaremos más adelante.

Por último, necesitamos algunas herramientas o accesorios, como ser una agujereadora, con una broca de 1.00 mm y otra de 0.75 mm, un recipiente plástico en el que entre nuestra placa, uno metálico en el que entre el recipiente plástico, una sierra de cortar metales y una plancha, de las usadas normalmente para planchar nuestra ropa.

Impresión del circuito.

Una vez que tenemos listo el dibujo de nuestro circuito impreso, ya sea que lo hayamos realizado nosotros en el ordenador o que lo hayamos bajado de Internet, debemos transferirlo al papel.

En este punto, debemos tener en cuenta un par de consejos para que el resultado final sea óptimo. En primer lugar, la escala del dibujo debe ser la adecuada para que cuando vayamos a montar los componentes en nuestro PCB, las medidas coincidan. Por ejemplo, la separación estándar entre dos pines consecutivos de un circuito integrado es de 0.1 pulgada (2,54 mm). Si nos atenemos a esto, no tendremos problemas. En segundo término, como veremos más adelante, al transferir el dibujo del papel al cobre la imagen quedara invertida, como si la viéramos en un espejo, así que debemos tener esto en cuenta al dibujarlo en el ordenador para no terminar con una imagen invertida en el PCB. No es conveniente imprimir nuestro circuito con la opción de economía de tinta activada, ya que necesitamos una buena cantidad de toner en la copia, dado que es el que se va a transferir al cobre.

Si nuestra impresora no es láser, como dijimos antes, llevaremos nuestra impresión a una fotocopiadora y haremos una copia de ella, cuidando que la escala sea exactamente 1:1 (no todas las fotocopias son idénticas al original) y que la copia no presente rayas o cortes, ya que de ser así, estas imperfecciones se transferirán al PCB. Si no estamos conformes con la calidad de la fotocopia, hagamos sacar otra hasta que veamos que no tiene defectos.

Respecto del papel a utilizar, los mejores resultados los he obtenido utilizando papel ilustración, que es un papel de una calidad mayor al de resma común, con un grano más fino y ligeramente satinado, llamado papel transfer o papel de transferencia térmica. Respecto a este punto, lo mejor es hacer algunas pruebas hasta encontrar el adecuado antes de comprar grandes cantidades de papel.

Transferencia al cobre.

En esta etapa del proyecto, deberemos transferir el toner del papel al cobre, para lo cual utilizaremos el calor que nos brindara la plancha. Una vez cortada la placa virgen a las medidas de nuestro PCB con la sierra de cortar metales, comenzaremos la limpieza concienzuda la placa de circuito impreso virgen, para que quede libre de suciedad, grasa, etc. Utilizaremos para ello el polvo limpiador y la lana de acero, que debe ser lo más fina posible para que no queden rayas. Algún agente químico puede resultar útil, como por ejemplo un limpia metales y un trapo en lugar de la lana de acero. Podemos probar distintos métodos, de acuerdo a los elementos que tengamos a mano. Mientras llevamos a cabo esta tarea, podemos aprovechar a enchufar la plancha para que vaya tomando temperatura. Una vez que el cobre está limpio, alinearemos sobre el PCB el papel con la impresión que hemos hecho, con las pistas hacia el cobre (debemos ver la parte sin imprimir), de manera que cuando apliquemos calor, el tóner se funda y se transfiera al cobre.

Con la plancha bien caliente, y con cuidado de no mover el papel (puede ser una buena idea agarrarlo por detrás del PCB con alguna cinta adhesiva) “planchamos” la hoja durante uno o dos minutos, aunque este tiempo puede variar de acuerdo al tipo de toner y la temperatura exacta de la plancha, con lo que casi todo el toner habrá pasado de la hoja de papel a la cara de cobre del PCB. Para remover el papel del PCB deberemos sumergir todo en agua del grifo durante unos 5 o 10 minutos (depende del tipo de papel), y luego con los dedos iremos desmenuzando el papel hasta eliminarlo por completo del PCB. En este momento deberíamos tener la placa con el dibujo listo. Solo resta asegurarnos que todas las pistas y nodos se hayan calcado correctamente, y que no hayan quedado pedacitos de papel que puedan evitar la acción del percloruro, dando lugar a cortocircuitos en nuestro PCB terminado.

Eliminado el cobre sobrante.

El proceso que llevaremos a cabo a continuación tiene como fin eliminar todas las zonas de cobre que sobran de nuestra placa virgen, es decir, las que no están cubiertas por el tóner.

Para ello, pondremos algo de agua en el recipiente metálico que mencionamos al principio de la nota, y dentro de él ponemos el recipiente plástico con el percloruro. Ponemos todo el conjunto en una hornalla de la cocina, a fuego mínimo, como para que el agua caliente a unos 40 o 50 grados el percloruro que se encuentra en el recipiente plástico. Esto hará las veces de un catalizador positivo, provocando que el percloruro ataque con mayor velocidad las zonas de cobre desnudo.

Ponemos la placa dentro del percloruro, y esperamos unos 5 o 10 minutos hasta que el cobre que esta sin cubrir desaparezca. A veces, da buen resultado mover suavemente la placa durante este tiempo, para evitar que el percloruro que ya se combino con el cobre se deposite sobre la placa y actúe como un “aislante” que evita el contacto del PCB con el percloruro sin combinar.

Esta operación no reviste peligro, pero por las dudas conviene llevarla a cabo en un lugar ventilado para no aspirar los vapores del percloruro férrico, y por supuesto evitar salpicaduras, ya que si bien el percloruro es inocuo para la piel, nos puede manchar permanentemente la ropa. Un vez que terminamos este proceso, lavamos todo con abundante agua.

El percloruro que utilizamos podemos guardarlo para otra placa, ya que en general, y dependiendo de la superficie del PCB realizado, se puede emplear varias veces. Cuando notemos que el tiempo necesario para acabar el trabajo es demasiado largo (25 o 30 minutos) será el momento de comprar otro bidón de percloruro.

Con la placa ya libre de percloruro, utilizamos nuevamente la lana de acero con el polvo limpiador para remover todos los restos de tóner que hay sobre el PCB, y ya deberíamos tener nuestro PCB casi listo, restando solamente efectuar los agujeros para los componentes.

Para agujerear la placa, usaremos el taladro y las brocas, cuidando de que los agujeros queden centrados sobre los pads del PCB, y que el diámetro de los mismos sea el adecuado para los terminales de los componentes que usaremos. Agujeros demasiado grandes o pequeños impedirán que el resultado final sea prolijo.

Consejos Finales

Para terminar, vamos a mencionar algunos consejos para que nuestro trabajo resulte más prolijo y satisfactorio.

Para dibujar el PCB en el ordenador, se puede utilizar programas comerciales de uso general, como Corel Draw, Autocad, o incluso el sencillo Paint, siempre cuidando de que las dimensiones de los objetos que dibujemos sean las correctas.

No es mala idea imprimir en un papel común una copia y sobre ella “medir” los componentes para ver si las distancias entre pines son las adecuadas. Existen programas específicos para la realización de PCB, como PCBWizard, Pad2Pad, FreePCB o Spicycle, algunos de ellos disponibles en forma gratuita. De todos modos, si nuestro proyecto no es muy complejo, se puede realizar el diseño del PCB tranquilamente sin necesidad de software especializado. Por último, cuando hagamos nuestros dibujos, podemos “pintar” los espacios que quedan entre componentes o entre pistas, para que sea menor la superficie que debe atacar el percloruro. Esto hará que el tiempo necesario para llevar a cabo la tarea sea menor, y que el percloruro nos sirva para un mayor número de placas. El liquido sobrante deberemos guardarlo bien tapado, en un lugar fresco y si es posible que no esté expuesto a la luz del sol directa, para evitar que se degrade prematuramente.

Este pequeño video muestra todo el proceso para realizar el circuito impreso.


Fabricación de circuitos impresos con papel PCB Fácil.

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