Método para construir circuitos electrónicos.

Para que nuestros desarrollos lleguen a buen fin, debemos seguir un método, dicho método consta de unos pasos bien delimitados, los cuales nos llevarán invariablemente a un mismo punto común, el éxito en nuestro proyecto. El seguimiento de estas directivas y su control será el hilo conductor que hará que cada paso que demos se convierta en la rutina que tenemos que seguir para lograr el éxito. Al documentar los pasos, ensayo-error-avance y sus resultados, nos permitirá en buena medida, volver obtener los resultados deseados.

Desde aquí, animo a los aficionados a la electrónica y profesionales o futuros ingenieros a que creen su propio método y lo documenten siempre. Alguien puede pensar que es una pérdida de tiempo, pero si lo prueban, pronto obtendrán la satisfacción de sus buenos resultados, todo debe constar por escrito. A continuación vamos a describir los que creemos más importantes.

 La idea:¿Qué tipo de condiciones quiere que cumpla el circuito electrónico?
 Partes a seleccionar: ¿Quiere hacerlo barato?
                       ¿Quiere hacerlo pequeño?
                       ¿Quiere aprovechar parte de componentes?
 Forma del circuito impreso: Distribuya los componentes del esquema sobre la placa de circuito impreso, trace o dibuje las pistas del circuito a grabar y grabe por el medio deseado.
 Ensamblado: Una vez verificado y hecho los taladros, monte los componentes en la posición adecuada sobre el circuito impreso, compruebe su posición respecto al esquema y suéldelos.
 Chequeo: Confirme que no hay ningún error, corte o corto en el circuito terminado.
 Chequeo/Ajuste: Confirme que el circuito acabado cumple las expectativas.
 Instalando: Adapte o ponga el circuito terminado en el lugar de uso.
 Combinación: Conecte el circuito con los otros equipos según la necesidad.

Tomé la decisión de realizar esta documentación después de recibir algunas consultas sobre el tema.

Preparación de las herramientas.

En el taller de reparaciones, entre las herramientas tiene un gran peso específico un surtido de destornilladores, con los distintos tipos de cabezales (cada día más extenso), unos alicates universales, unas pinzas de dimensiones medianas, un versátil polímetro y unos pocos elementos más, nos pueden salvar de buena parte de las reparaciones de cada día. Un taladro de precisión con sus piezas de apoyo, es aconsejable. Sin embargo, en electrónica, una buena soldadura es la parte más importante que llevará al éxito. De todas las herramientas, cabe destacar el soldador, es quizás, la herramienta menos preciada y sin embargo sobre ella recae de forma indiscutible la mayoría de los problemas que surgen a diario en el laboratorio. Para la mayoría de las situaciones es aconsejable seguir las siguientes reglas:

EL SOLDADOR.

En la actualidad el comercio nos proporciona una amplia gama de soldadores con diferentes potencias. Después de leer este tratado, el técnico comprenderá la importancia del uso del soldador con la potencia adecuada al caso, en segundo lugar optará por utilizar un soldador de tipo lápiz y cuidará del mantenimiento en optimas condiciones de la punta del mismo. Dicha punta debe ser adecuada al tipo de componentes implicados, más adelante se verán los distintos tipos de puntas.

 El soldador es el responsable del deterioro por exceso de calor de algunos de los delicados componentes que cada día nos surte el mercado, este problema se reduciría de forma clara si los técnicos leyeran las especificaciones del fabricante (no siempre disponibles), en muchas ocasiones el exceso de calor es el responsable directo del levantamiento del terminal de una pista con el problema que acarrea. En caso de duda la potencia del soldador a aplicar debe ser menor, veamos unas aproximaciones:

Soldar una patilla de resistencia a un terminal de pista – 20 – 25 W  – Aplicar la punta a la patilla y añadir el estaño
Soldar una patilla de resistencia a un terminal tipo ‘Faston’ – 25 – 30 W – Aplicar la punta al terminal ‘Faston’ y añadir el estaño
Soldar la patilla de un transistor de potencia a un hilo de 2’5mm –  30 W  – Aplicar la punta al hilo y añadir el estaño
Soldar un  hilo de 2’5mm a otro igual o más grueso –60 – 80 W  – Aplicar la punta al elemento de mayor masa
Caso especial. Soldar una pastilla de SMD a una pista – 20 – 25 W – Aplicar la punta a la pista y añadir el estaño fino.

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Fig. 1

LOS SECRETOS DE UNA BUENA SOLDADURA.

He oído montones de consejos dados por gente entendida en soldadura de componentes electrónicos, algunos de ellos acertados, otros no tanto. Del mismo modo que he visto alguna gente que utiliza todo tipo de residuos y afirman que hace su trabajo. Soldadores de un par de euros y otras locuras. Sí, sin duda que se puede derretir la soldadura con él y probablemente pueda obtener una conexión aceptable, pocas veces. Esto no es profesional.

Si quiere hacer una soldadura de la forma correcta, coherente, sin pelearse con el soldador y obtener resultados profesional, siga leyendo.

Le puedo asegurar que si se siguen con cuidado, las instrucciones dadas en este artículo incluso a alguien nuevo en soldadura, puede ser muy competente, con unos minutos de práctica. En realidad no es nada difícil. Hay unos soldadores buenos, hechos en Japón, que tiene un calentador de cerámica que irá de frío a estar listo para la soldadura en menos de 30 segundos.

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Tómese usted el tiempo en leer todos los detalles. Creo que algunas personas usan los soldadores de poca potencia con puntas muy finas, pensando que esto será más delicado y conveniente, pero terminan por estropear el trabajo, empleando cerca de medio minuto para conseguir la soldadura y aún así, obtienen una soldadura débil.

Si emplea una punta fina porque quiere asegurar su trabajo, por ejemplo realizando la soldadura puente entre las pastillas o pines del IC, probablemente encontrará que no sirve de mucho. En su lugar puede ser que se encuentre a si mismo sujetando la punta más tiempo porque no lo puede calentar lo suficiente y el flujo de la soldadura no suelde correctamente. Probablemente la punta no es el problema, usted puede cambiarla a una más fina y será de más utilidad. Hilo de soldadura más delgado hace que sea mucho más fácil controlar la cantidad de soldadura que alimenta en la unión, si está utilizando hilo de soldadura de alrededor de 1 m/m de diámetro, trate de cambiarlo a alrededor de 0,5 m/m de diámetro, pero mantenga la punta de tamaño normal. Para ir bien, sólo tendrá que mantener el soldador en algo como el pin de un IC, durante unos 2 o 3 segundos.

Mi consejo sería, gaste su dinero en un buen soldador de temperatura fija, probablemente le costará incluso un poco menos que uno barato de temperatura ajustable. Usted no necesita temperatura ajustable para hacer un buen trabajo, sin embargo, si usted pone una punta más pequeña en el soldador, no se transfiere tanto calor. La mayoría de la gente sólo quiere usar a una punta fina si trabajan con componentes de montaje de superficie e incluso algunos se acostumbran a usar generalmente una punta fina. Tantee las posibilidades que le ofrece un soldador de 30 a 40 W y tres tipos de punta, gruesa, mediana y fina. Experimente con ellas y obtendrá resultados sorprendentes.

soldpro1Fig. 3

Según lo descrito anteriormente, los propios elementos a soldar nos indicarán la potencia estimada a utilizar, así pues, cuando apliquemos la punta del soldador, ésta debe estar estañada y limpia (sin la típica gota de estaño) salvo en contadas ocasiones que lo requieran. Uno de los elementos es siempre más grueso o tiene mayor tamaño, a ese se le aplica la punta del soldador y 3 segundos después se aplica la punta del estaño a la punta del soldador, de modo que al derretirse el estaño con el flux, se deslice hasta cubrir los dos elementos a soldar, la cantidad de estaño aplicada debe ser mínima, pero que cubra dichos elementos ya que el exceso de estaño no sirve de nada pues requiere y retiene más calor durante más tiempo. Ver en la imagen adjunta, la forma ideal de la soldadura.

Y sobre todo, mantenga siempre limpia la punta del soldador, límpiela con frecuencia, utilice un elemento auxiliar para su limpieza. Puede emplear una esponja natural húmeda, un estropajo de aluminio (de los de uso en la cocina) parecen que están hechas de virutas de metal, no lana de acero. Sé que el plomo es malo para usted y que va a ser prohibido en algunos países, mi consejo: abastecerse de hilo de estaño de 60/40, mientras que todavía se pueda. Por supuesto, estará a salvo de él, lávese las manos después de trabajar y procure no respirar los vapores, esto vale para todos los tipos de soldadura.

EL ESTAÑO.

El estaño, es un metal de aspecto plateado, cuyo punto de fusión son los 295 – 310ºC, el plomo es un metal de aspecto gris, cuyo punto de fusión está alrededor de los 330 – 345ºC. El estaño que recomendamos para terminar una soldadura excelente, es una aleación del 60% de estaño-plomo, nos permitirá una soldadura muy buena, siempre que su aspecto se aproxime a la imagen anterior. El estaño se presenta en rollos de distintos tamaños y peso y también en un tubo enrollado como un muelle de unos 40gr. Un detalle a tener en cuenta es el diámetro del hilo de estaño, debemos obtener hilo de estaño con fundente incorporado en el centro (con 2, 3 o cuatro estrías de flux), esto hará que el estaño fluya mejor entre los componentes y nuestras soldaduras presenten un aspecto brillante inmejorable.

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Hay otras aleaciones como la de estaño-plata cuya composición es del 60% estaño, 3% plata y 37% plomo, la finalidad es mejorar la conductividad y su aspecto, en cambio no es muy habitual encontrar esta variedad de aleación, en el mercado.

EL DESOLDADOR.

En muchas ocasiones es deseable disponer de un medio para eliminar el estaño que formaba un punto de soldadura que necesitamos desoldar, para deshacernos de dicho estaño, dependiendo de la situación disponemos de distintos medos, como describimos ahora:

  • Si la placa de circuito impreso es pequeña, siempre debemos tener limpia la punta del soldador, sda_bomprobaremos a calentar la soldadura hasta la fusión y luego debe procederse a sacudir con violencia el circuito impreso en una posición tal que permita al estaño salir despedido, esto dejará libre los objetos. Lleve sumo cuidado, puede alcanzarle la gota de estaño que haya sacudido y esto quema.
  • Si el circuito impreso no se puede sacudir por su anclaje u otro motivo, debemos disponer de unadsda_1 bomba de succión con la punta de plástico anti-térmico para que, una vez fundido el estaño la bomba lo absorba, esto suele dejar libre los objetos.
  • Si fuera posible, se puede aplicar un adaptador con una perilla de goma como se muestra en una imagen anterior. La punta aporta el calor para fundir el estaño y la perilla de goma que se mantendrá apretada, cuando esté fundido el estaño, al soltarla (la perilla), lomallasold absorberá, esto dejará libre los objetos.
  • En caso de no disponer de estos recursos, hay en el mercado una cinta de malla desoldadora para este fin. Aunque, siempre tendremos a mano un trozo de cable coaxial de antena, en este caso, procedemos como se indica:
    1. -Pelamos la capa de plástico externo y luego extraeremos la malla de modo que esté entera. 
    2. – Ahora utilizaremos un decapante (como resina de pino diluida con alcohol, hasta formar una pasta) este se disuelve con alcohol y se impregna una punta de la malla cuando la necesitemos. 
    3. – Una vez fundido el estaño, aplicaremos la malla sin quitar el soldador, observaremos cómo se desplaza el estaño por la malla, el caso es que con este contacto absorberá todo el estaño que formaba la soldadura, esto dejará libre de estaño o casi libre los objetos, entonces retiramos la malla y le cortamos el trozo utilizado, dejando la malla disponible para otra ocasión.

LOS DESTORNILLADORES.

Una gran variedad de destornilladores están a nuestro alcance, sin embargo, son unos pocos los elegidos por cada uno de nosotros, quién no tiene un montón de destornilladores y en cambio siempre se sorprende por estar utilizando los dos mismos. Es recomendable disponer de un juego de los de boca plana y otro de los llamados ‘philips’ (de cruz), entre ellos los de caña larga y los más manejables, eso a gusto del consumidor, últimamente se aconseja utilizar prioritariamente los del tipo ‘philips’ por más seguridad.

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Fig. 8

LOS ALICATES.

Esta es una herramienta que debemos mimar, si es posible una de tipo universal, otra de puntas planas y otra de puntas redondas, estas herramientas deben ser de buena calidad, un vistazo a sus pinzas nos indicará si es adecuada para nuestro trabajo. Ver imágenes (estas pesan menos que las fotos).

3-alicatesFig. 9

LOS CORTA-CABLES.

Esta herramienta debe ser ligera cómoda y manejable, el modelo de la imagen suele disponer de una hendidura que se utiliza para pelar los cables, además estaría bien disponer de un uñero de corte transversal. Ver imágenes.

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Fig. 10

LAS PINZAS Y OTROS OBJETOS.

Esta herramienta es de gran ayuda en multitud de ocasiones y por supuesto debe ser fuerte y ligera al mismo tiempo, otro elemento muy interesante es disponer de un soporte y por supuesto de una lupa. Ver imágenes.

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Fig. 11  Pinzas y Soporte con lupa

Digamos que estas son algunas de las más importantes entre las herramientas, luego están otras que dependen de otros factores.

OTRAS PARTES.

Componentes.

Estos dependerán del proyecto que emprendamos. Se pueden dividir en dos tipos genéricos los componentes: pasivos y activos. Pasivos son los componentes que no necesitan alimentación propia para realizar su función en el circuito general, los condensadores, resistores, transformadores, interruptores y un largo etc. Activos, por definición son todos los dispositivos que requieren de un aporte de tensión y producen un consumo añadido, justo para desempeñar su función, sea del tipo que sea (analógica o digital), naturalmente existe un inmenso número de componentes en el mercado y muchos en todos los equipos electrónicos.

EL CIRCUITO IMPRESO.

Siempre que podamos debemos utilizar placas de circuito impreso y estás que sean de fibra de vidrio, son mejores por sus características de trabajo y aislamiento. En el comercio las hay disponibles en distintos formatos y tamaños:

Se dispone de placas uniformes, isletas perforadas, tiras perforadas, ect.

tarjeta-3Fig. 12

Para muchos casos de pruebas de circuitos previos a los definitivos se hace una evaluación de resultados para los que se utilizan los paneles o tableros de prueba, con el término anglosajón ‘breadboard’, similares al mostrado a continuación.

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En este tablero de pruebas, los contactos de los agujeros están distribuidos en cuatro partes horizontales distintas y tres espacios libres de contactos, arriba suelen llevar una o dos líneas de contactos horizontales, conectados entre sí en cada línea. En la parte central separado por un espacio libre de contactos, se dispone de cinco líneas de contactos, en este caso los agujeros están unidos por columnas, con esto se facilita conexiones de un mismo punto, aislando los cinco contactos que la compone del resto, debajo otro espacio igual con otros cinco contactos. Un nuevo espacio libre de contactos separa la última parte, de otra línea o dos de contactos como los primeros de arriba. Estas líneas de contactos se suelen usar la de arriba del todo, para la línea de positivo la siguiente si la hay para el negativo, en otro caso el negativo se aplicará a la última línea horizontal de abajo.

LOS HILOS O CABLES DE CONEXIÓN.

Los montajes electrónicos requieren de conexiones entre los dispositivos que los componen y estas conexiones utilizan hilos de cable. Los diferentes tipos de cable, pueden ser divididos en dos grandes categorías: el hilo rígido y el cable torcido. No importa realmente qué tipo usa para una aplicación dada, pero normalmente, el hilo rígido se usa para conectar los dispositivos (las resistencias, los condensadores, ect., partes que no se mueven) unidos a la placa de circuito impreso. También se usa para la instalación eléctrica de puentes.

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Fig. 14

El cable trenzado puede doblarse fácilmente, por lo que puede usarse para ensamblar la placa de circuito impreso y también para conectar partes discretas del equipo. Si se usa hilo rígido para conectar un equipo distante, se romperá pronto, por no ser muy flexible.

Es conveniente usar el hilo rígido de aislamiento PVC de diferentes colores, estañado de 0’32 mm diámetro para la instalación eléctrica de circuitos impresos. Si el diámetro es más mayor, será algo más difícil de soldar. Y si el diámetro es demasiado delgado, será difícil de mantener doblado el hilo cuando así lo quiera. Es mejor usar el hilo que le resulte cómodo y preocuparse de otras cosas.

Porqué usar distintos colores para las conexiones; es conveniente utilizar colores diferentes para partes diferentes, otro motivo es que, con los colores se pueden localizar y hacer un seguimiento mucho más rápido y mejor a la hora de revisar un error o defecto de conexión.

LAS RESISTENCIAS.

En cuanto a los componentes, por citar algunos, debe utilizar resistencias en buen estado y del 5 por cien de tolerancia, respete la potencia que debe utilizar y no desprecie este dato, puede tener graves consecuencias para su seguridad y la diferencia de costo no merece el riesgo que corre. Ajústese a los valores requeridos por las resistencias en cada punto del circuito (atienda al código de colores), es el mejor sistema para obtener los resultados deseados.

tabla-resistiva_pFig. 15

Cuando la potencia disipada por una resistencia lo requiera, utilice las de tipo cerámico o vitrificadas (más gruesas) y además doble sus terminales a suficiente distancia de la placa para evitar su recalentamiento y destrucción. Si está diseñando el circuito, procure disponer las resistencias de mayor vataje en los extremos o parte exterior y superior del impreso, mirando la dirección para evacuar el calor disipado de forma natural (hacia arriba), esto alargará la vida del resto de componentes y del diseño en general.

LOS CONDENSADORES.

La función de los condensadores es almacenar la electricidad o energía eléctrica. La característica más importante de los condensadores es separar la corriente continua entre circuitos, dejando pasar únicamente los impulsos, cambios rápidos o frecuencias. Es decir, dejan pasar las corrientes alternas y bloquean las continuas. El símbolo -||-  se utiliza para indicar una capacidad o condensador.

condensdors02Fig. 16

La unidad de capacidad es el Faradio, la capacidad del condensador se expresa en submúltiplos de Faradio, como el microfaradio (µf = 10-6F), el nano faradio (nf = 10-9F) y el pico faradio (pf = 10-12F) son los más usados. El gran tamaño y sus perdidas suelen ser lo más negativo.

Existe gran variedad de condensadores, dependiendo del dieléctrico que los constituye, aunque básicamente se pueden separar en tres grandes grupos, los condensadores electrolíticos o químicos, los cerámicos o de paso y los variables. Estos de la derecha, son algunos de los modelos que posemos encontrar en el mercado y en los equipos que manejemos a menudo.

Cuando aplicamos una corriente a sus terminales, para intentar comprobarlos con la ayuda de un polímetro, el condensador se carga con la polaridad de la corriente que se usó,  si es de gran capacidad del orden de los 10 µf o más, se apreciará mejor, cuando se aplican de nuevo los terminales del polímetro con la polaridad cambiada, se vuelve a cargar. En cada caso, al principio se aprecia una corriente de carga que se demuestra con un movimiento de la aguja del polímetro, seguido de una extinción o bajada lenta de la aguja. Esta corriente es la que se encarga de cargar el condensador.

LOS CIRCUITOS INTEGRADOS.

Merecen una atención especial estos dispositivos que cada día se hacen más imprescindibles en nuestro entorno. A pesar de todo esto, es un elemento más delicado de lo que la mayoría de la gente puede imaginar, si bien los fabricantes hacen ímprobos esfuerzos por mejorar la manejabilidad de estos dispositivos, evitando en lo posible que les afecten las cargas estáticas que por otra parte son muy habituales en los entornos de trabajo y que podemos decir de los lugares de ocio y descanso.

sop1Fig. 17

El técnico en electrónica ha de manejar estos dispositivos con sumo cuidado, evitando las descargas electrostáticas, los CI siempre que sea posible se deben soldar, vigilando que no tomen excesiva temperatura, si por alguna razón se usan zócalos que sean adecuados y cuando se trate de integrados digitales se procurará de un condensador de 10nf a 100nf entre los terminales de alimentación. Estas son las normas más tolerantes que se deben seguir.

OTROS COMPONENTES.

Un apartado especifico para todo un mar de componentes pasivos quedan por describir, son tantos que se hace interminable y sólo nos ocuparemos en presentar estos pocos que son más habituales, como son los zócalos, refrigeradores, transistores, CI’s, puentes rectificadores, transformadores, relés, etc. etc.

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Los dispositivos activos no los describimos ni mostramos ya que sus características están detalladas en las hojas del fabricante. No debemos olvidarnos del software especializado que tanto ayuda a los técnicos. El software requiere un apartado muy extenso y pormenorizado a tener en cuenta y por si sólo requiere un estudio especial que cada fabricante adjunta al mismo.

Errores comunes y consejos prácticos

   1. Todas las tierras (masas) deben estar conectadas entre sí en un punto.
   2. Truco del Echo para TX/RX: Cuando tengas dudas sobre una conversión serial, une los pines TX y RX para producir un echo.
   3. Longitud normal para cables: No uses un cable de 20 cm, donde uno de 5 cm alcanza.
   4. En el cableado del protoboard, minimizar los posibles corto circuitos: no peles un centímetro de cable, si todo lo que necesitas es 1/2 centímetro.
   5. Comienza con un proyecto "simple". No crees el proyecto "robot mascota del hogar" para empezar.
   6. Google es, por supuesto, tu amigo. Cuando no sepas algo, haz algo de investigación googleando.
   7. for(x=0;x<400;x++): Si x se define como un int de 8 bit, entonces este 'for' funcionará como un loop infinito (8 bit=255 valores).
   8. Principios de la soldadura: humedece SIEMPRE la esponja y úsala cada vez que tomes el cautín.
   9. Toma tu tiempo (calentando el conductor más grueso o plano de tierra en las uniones de soldadura. No te dejes engañar por una soldadura fría.
  10. Nunca te dejes llevar por el optimismo pensando que todo está bien. Imprime 1:1 y compara ambos.
  11. Verifica que TX y RX estén conectados correctamente a todos los periféricos. El cambio de TX/RX es la mayor causa de fallas de PCB.
  12. Cuando dibujes un PCB con micros en encapsulado SMD, no olvides incluir el puerto de programación.
  13. Si diseñas, no coloques la serigrafía sobre los pads.
  14. Pérdida de números en la imprimación de los conectores PCB: verifica siempre los números de pin de tu conector. Pueden haber esquemas muy complicados.
  15. En EAGLE, usa sólo vectores en el momento de escribir la serigrafía.
  16. Revisa tus archivos GERBER antes de enviarlos a fabricar.

Bueno, estos son algunos que se me ocurren en estos momentos.

 Como siempre, comentarios, criticas y sugerencias para mejorar este artículo, son bienvenidos y apreciados.

Métodos de Diseño Introducción.

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