Vamos a entrar en detalle en el diseño manual de los circuitos impresos con el fin de que los lectores puedan fabricar sus propios circuitos, este proceso, es una actividad muy importante y necesaria para toda aquella persona que estudie o trabaje con electrónica.
El conocimiento del diseño manual es necesario para trabajar en diseño por computadora, proceso que se impondrá definitivamente con el tiempo.
Un circuito impreso cumple dos funciones muy importantes, por un lado interconecta eléctricamente componentes y materiales que forman un circuito eléctrico y por el otro sirve de soporte mecánico de dichos elementos. Es un conjunto de círculos o figuras similares con una perforación en su centro, que se unen por medio de líneas o trazos que toman diferentes caminos hasta lograr las conexiones requeridas por el diagrama esquemático o plano eléctrico del circuito.
LOS PUNTOS DE SOLDADURA.
Estos puntos, llamados popularmente “islas”, y que en inglés reciben el nombre de “pads”, son los que están dedicados a las perforaciones por donde se insertan los terminales de los componentes para realizar su posterior soldadura en los circuitos impresos.
En la figura 2 se muestran las formas más utilizadas para ellos: círculos, cuadrados, óvalos y otras formas compuestas. El tamaño de estos puntos depende del tipo de terminal que se va a insertar y soldar en él. Un diámetro muy pequeño del punto puede resultar en su desaparición cuando se haga la perforación, o un punto muy grande, desperdicia el espacio en la plaqueta.
CONOCIMIENTO DE LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS.
El primer paso para la elaboración de un circuito impreso es el conocimiento, desde el punto de vista de su aspecto físico, de los componentes electrónicos más comunes que se encuentran en todos los circuitos electrónicos como: las resistencias o resistores, los condensadores, las bobinas, los transformadores, los diodos, los transistores, los circuitos integrados, los interruptores, los indicadores luminosos, los conectores, etc.
Este conocimiento comprende su forma, tamaño o medidas, tipo de terminales o cables de conexión, polaridades, posibles reemplazos, etc.
De estos factores depende en gran parte el diseño del circuito impreso ya que el funcionamiento de la parte electrónica se estudia y corrige en el proceso de ensamble del prototipo en un protoboard o en un programa de simulación por computadora.
Para el diseño del circuito impreso, debemos conocer también los voltajes y corrientes que circulan por las diferentes líneas o trazos de un circuito. Esto determina su separación y espesor. Ya que no es lo mismo un circuito de baja potencia que funciona con 6 o 12 Volt de corriente continua y unos pocos miliamper, que un circuito que trabaja con los 110 o 220 Volt de corriente alterna con varios amper de corriente.
Hay algunos casos en donde también influye la frecuencia de trabajo. Los circuitos impresos para aparatos de radio frecuencia o RF, por ejemplo, necesitan un diseño especial que trataremos más adelante.
MEDIDAS DE LOS COMPONENTES.
El primer elemento con el cual debemos familiarizarnos y del cual depende el tamaño de los circuitos impresos es el de las medidas de los componentes. Esto implica determinar su forma y tamaño y en cuanto a sus terminales, la cantidad, disposición y separación. Veamos ahora las medidas de los componentes más comunes en los circuitos electrónicos.
En la figura 4, mirando por debajo del circuito impreso, tenemos varios tipos de resistencias, condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados y conectores; la línea punteada indica el cuerpo del componente que va por encima y como se puede ver, en cada terminal debe ir un punto de conexión.
La disposición de los terminales, puede tener forma lineal, triangular, rectangular, en dos filas, etc. En algunos componentes, debe existir una separación entre su cuerpo y los puntos de conexión con el fin de poder instalar fácilmente los terminales en el momento de su montaje. En las resistencias, diodos y condensadores de tipo axial, por ejemplo, se debe dejar mas o menos un milímetro entre su cuerpo y el punto en donde se dobla el terminal.
En los transistores, cuyo cuerpo y separación entre terminales es muy pequeño, los puntos de conexión se deben separar hasta permitir que éstos tengan el tamaño adecuado para admitir la perforación sin que se pierda el cobre para la soldadura.
En los circuitos integrados, las medidas de los puntos de conexión son fijas ya que los terminales son muy rígidos y cortos y no se pueden desplazar de su medida original.
Como se puede notar, los puntos para los terminales de los circuitos integrados tienen una forma diferente. Esto con el fin de facilitar, en algunos casos, el paso de líneas entre los terminales y para evitar cortocircuitos, con la soldadura, de dos puntos adyacentes. Recuerde que el diseño se debe hacer siempre pensando en el proceso de ensamble; Un buen circuito impreso lo facilita y uno malo lo hace difícil.
Las medidas de los componentes electrónicos se expresan generalmente en décimas de pulgada de acuerdo a los estándares establecidos desde hace mucho tiempo por el sistema americano. En nuestro caso, como trabajamos con el sistema decimal, se convierten estas medidas a milímetros y centímetros. Sin embargo, para los circuitos integrados es necesario conservar las medidas en décimas de pulgada, pues es muy difícil dibujar los puntos con separaciones de 2.54 mm entre ellos.
Si usted trabaja o piensa trabajar con frecuencia en el diseño de circuitos impresos, le recomendamos que tenga una regla con divisiones marcadas en décimas de pulgada (0,1").
TRAZOS DE LAS LÍNEAS.
Las líneas que unen los puntos de conexión en los circuitos impresos, deben cumplir ciertos requisitos mecánicos, eléctricos y estéticos. Desde el punto de vista mecánico, deben tener la medida exacta. Si son muy delgadas, se pueden romper en el proceso de rebajado químico y si son muy gruesas, no dejan espacio para otras líneas y puntos de conexión aumentando sin necesidad el tamaño del circuito impreso. Eléctricamente, su ancho determina la capacidad de corriente en amper que pueden manejar. Para circuitos de baja potencia, una línea de 0.5 mm es suficiente en la mayoría de los casos. Si hay espacio disponible, se puede utilizar 1 mm como espesor para todas las líneas.
Si hay partes del circuito que manejan corrientes altas, como en las líneas de la fuente de alimentación, o en circuitos de corriente alterna con cables de entrada, relés, triacs, etc., se deben utilizar líneas más gruesas. En la tabla l se especifican los espesores recomendados según la corriente a manejar por una línea del circuito.
PRIMEROS PASOS PARA EL DISEÑO.
Aunque no existen reglas o parámetros exactos para este procedimiento, vamos a dar algunas sugerencias que lo facilitan.
a) Trabaje siempre con lápiz, ya que lo más seguro es que un diseño se deba corregir muchas veces antes de quedar terminado.
b) Tómese un buen rato para analizar detenidamente el diagrama esquemático; seguramente le surgirán varias ideas sobre la manera óptima de distribuir los componentes.
c) Un circuito impreso debe tener el menor tamaño posible sin que esto dificulte su ensamble y conexión a los otros elementos del aparato.
d) Los componentes se deben colocar en forma paralela o perpendicular a los bordes de la plaqueta. En ningún caso inclinados, reservando un área para su cuerpo y marcando los puntos para los terminales.
e) Procure en lo posible distribuir los componentes en toda la superficie dejando uno o dos milímetros de separación entre ellos para que éstos se puedan montar fácilmente. Si no se deja este espacio, puede quedar uno montado sobre el otro,
f) Los elementos que producen calor como transformadores, resistencias, diodos, transistores y circuitos integrados de potencia, con sus disipadores, deben tener un área libre para que no afecten el funcionamiento de los otros componentes. Así mismo, sus partes metálicas deben quedar separadas entre sí ya que se podrían producir cortocircuitos.
g) Algunos componentes que producen campos magnéticos como los transformadores y los parlantes, deben quedar alejados de otros que se puedan afectar por esos campos, como las bobinas por ejemplo.
h) Tenga en cuenta la orientación de los pines o terminales en los componentes que van polarizados (diodos y condensadores electrolíticos) o que tienen una distribución única de ellos (transistores y circuitos integrados) para que en el diseño no queden cambiados.
i) Si hay algún componente que necesite un ajuste mecánico como potenciómetros tipo trimmer, bobinas y condensadores variables, se debe dejar el espacio y la forma adecuadas para realizarlo sin dificultad.
j) Si hay componentes que tienen un peso mayor de lo normal, deben tener algún soporte mecánico para asegurarlos del circuito impreso, o montarlos por fuera de éste.
Antes de distribuir los componentes, hay que tener en cuenta dos factores: primero, la determinación sobre cuales van montados por fuera del circuito impreso y segundo, la proximidad entre ellos en el diagrama esquemático.
COMPONENTES EXTERNOS.
Lo ideal en un circuito electrónico es que todos sus componentes vayan montados sobre el circuito impreso. Esto facilita su ensamble y garantiza un mejor funcionamiento. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esto no es posible ya que hay algunos componentes que por su forma y tamaño deben ir montados sobre los paneles (frontal y trasero) o en el chasis de los aparatos. Tal es el caso de los transformadores, interruptores, potenciómetros, indicadores (LED’s, LCD’s, voltímetros, etc.), conectores, portafusibles y cables de alimentación, entre otros.
Mirando otro ejemplo y observando su prototipo, o fijándose en el diagrama esquemático, determine cuales son los componentes externos y márquelos con líneas punteadas.
Recuerde que debe dejar un punto de conexión para un terminal o para insertar el cable que va hacia al elemento externo. Muchas veces se agrupan varios puntos de conexión externos por medio de conectores de los que existe una gran variedad y con los cuales se debe ir familiarizando. La utilización de estos elementos es muy recomendable, ya que facilitan el ensamble y la reparación de los circuitos y aparatos.
El conocimiento del diseño manual es necesario para trabajar en diseño por computadora, proceso que se impondrá definitivamente con el tiempo.
Un circuito impreso cumple dos funciones muy importantes, por un lado interconecta eléctricamente componentes y materiales que forman un circuito eléctrico y por el otro sirve de soporte mecánico de dichos elementos. Es un conjunto de círculos o figuras similares con una perforación en su centro, que se unen por medio de líneas o trazos que toman diferentes caminos hasta lograr las conexiones requeridas por el diagrama esquemático o plano eléctrico del circuito.
LOS PUNTOS DE SOLDADURA.
Estos puntos, llamados popularmente “islas”, y que en inglés reciben el nombre de “pads”, son los que están dedicados a las perforaciones por donde se insertan los terminales de los componentes para realizar su posterior soldadura en los circuitos impresos.
En la figura 2 se muestran las formas más utilizadas para ellos: círculos, cuadrados, óvalos y otras formas compuestas. El tamaño de estos puntos depende del tipo de terminal que se va a insertar y soldar en él. Un diámetro muy pequeño del punto puede resultar en su desaparición cuando se haga la perforación, o un punto muy grande, desperdicia el espacio en la plaqueta.
CONOCIMIENTO DE LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS.
El primer paso para la elaboración de un circuito impreso es el conocimiento, desde el punto de vista de su aspecto físico, de los componentes electrónicos más comunes que se encuentran en todos los circuitos electrónicos como: las resistencias o resistores, los condensadores, las bobinas, los transformadores, los diodos, los transistores, los circuitos integrados, los interruptores, los indicadores luminosos, los conectores, etc.
Este conocimiento comprende su forma, tamaño o medidas, tipo de terminales o cables de conexión, polaridades, posibles reemplazos, etc.
De estos factores depende en gran parte el diseño del circuito impreso ya que el funcionamiento de la parte electrónica se estudia y corrige en el proceso de ensamble del prototipo en un protoboard o en un programa de simulación por computadora.
Para el diseño del circuito impreso, debemos conocer también los voltajes y corrientes que circulan por las diferentes líneas o trazos de un circuito. Esto determina su separación y espesor. Ya que no es lo mismo un circuito de baja potencia que funciona con 6 o 12 Volt de corriente continua y unos pocos miliamper, que un circuito que trabaja con los 110 o 220 Volt de corriente alterna con varios amper de corriente.
Hay algunos casos en donde también influye la frecuencia de trabajo. Los circuitos impresos para aparatos de radio frecuencia o RF, por ejemplo, necesitan un diseño especial que trataremos más adelante.
MEDIDAS DE LOS COMPONENTES.
El primer elemento con el cual debemos familiarizarnos y del cual depende el tamaño de los circuitos impresos es el de las medidas de los componentes. Esto implica determinar su forma y tamaño y en cuanto a sus terminales, la cantidad, disposición y separación. Veamos ahora las medidas de los componentes más comunes en los circuitos electrónicos.
En la figura 4, mirando por debajo del circuito impreso, tenemos varios tipos de resistencias, condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados y conectores; la línea punteada indica el cuerpo del componente que va por encima y como se puede ver, en cada terminal debe ir un punto de conexión.
La disposición de los terminales, puede tener forma lineal, triangular, rectangular, en dos filas, etc. En algunos componentes, debe existir una separación entre su cuerpo y los puntos de conexión con el fin de poder instalar fácilmente los terminales en el momento de su montaje. En las resistencias, diodos y condensadores de tipo axial, por ejemplo, se debe dejar mas o menos un milímetro entre su cuerpo y el punto en donde se dobla el terminal.
En los transistores, cuyo cuerpo y separación entre terminales es muy pequeño, los puntos de conexión se deben separar hasta permitir que éstos tengan el tamaño adecuado para admitir la perforación sin que se pierda el cobre para la soldadura.
En los circuitos integrados, las medidas de los puntos de conexión son fijas ya que los terminales son muy rígidos y cortos y no se pueden desplazar de su medida original.
Como se puede notar, los puntos para los terminales de los circuitos integrados tienen una forma diferente. Esto con el fin de facilitar, en algunos casos, el paso de líneas entre los terminales y para evitar cortocircuitos, con la soldadura, de dos puntos adyacentes. Recuerde que el diseño se debe hacer siempre pensando en el proceso de ensamble; Un buen circuito impreso lo facilita y uno malo lo hace difícil.
Las medidas de los componentes electrónicos se expresan generalmente en décimas de pulgada de acuerdo a los estándares establecidos desde hace mucho tiempo por el sistema americano. En nuestro caso, como trabajamos con el sistema decimal, se convierten estas medidas a milímetros y centímetros. Sin embargo, para los circuitos integrados es necesario conservar las medidas en décimas de pulgada, pues es muy difícil dibujar los puntos con separaciones de 2.54 mm entre ellos.
Si usted trabaja o piensa trabajar con frecuencia en el diseño de circuitos impresos, le recomendamos que tenga una regla con divisiones marcadas en décimas de pulgada (0,1").
TRAZOS DE LAS LÍNEAS.
Las líneas que unen los puntos de conexión en los circuitos impresos, deben cumplir ciertos requisitos mecánicos, eléctricos y estéticos. Desde el punto de vista mecánico, deben tener la medida exacta. Si son muy delgadas, se pueden romper en el proceso de rebajado químico y si son muy gruesas, no dejan espacio para otras líneas y puntos de conexión aumentando sin necesidad el tamaño del circuito impreso. Eléctricamente, su ancho determina la capacidad de corriente en amper que pueden manejar. Para circuitos de baja potencia, una línea de 0.5 mm es suficiente en la mayoría de los casos. Si hay espacio disponible, se puede utilizar 1 mm como espesor para todas las líneas.
Si hay partes del circuito que manejan corrientes altas, como en las líneas de la fuente de alimentación, o en circuitos de corriente alterna con cables de entrada, relés, triacs, etc., se deben utilizar líneas más gruesas. En la tabla l se especifican los espesores recomendados según la corriente a manejar por una línea del circuito.
Máxima corriente permitida
Cobre
de 1 oz.
|
||
Ancho
de la pista
(mm)
|
Amperes |
|
0.12
|
0.5
|
|
0.25
|
0.8
|
|
0.5
|
1.4
|
|
0.75
|
1.8
|
|
1.25
|
2.2
|
|
1.75
|
3.5
|
|
2.5
|
4
|
|
5
|
6
|
|
PRIMEROS PASOS PARA EL DISEÑO.
Aunque no existen reglas o parámetros exactos para este procedimiento, vamos a dar algunas sugerencias que lo facilitan.
a) Trabaje siempre con lápiz, ya que lo más seguro es que un diseño se deba corregir muchas veces antes de quedar terminado.
b) Tómese un buen rato para analizar detenidamente el diagrama esquemático; seguramente le surgirán varias ideas sobre la manera óptima de distribuir los componentes.
c) Un circuito impreso debe tener el menor tamaño posible sin que esto dificulte su ensamble y conexión a los otros elementos del aparato.
d) Los componentes se deben colocar en forma paralela o perpendicular a los bordes de la plaqueta. En ningún caso inclinados, reservando un área para su cuerpo y marcando los puntos para los terminales.
e) Procure en lo posible distribuir los componentes en toda la superficie dejando uno o dos milímetros de separación entre ellos para que éstos se puedan montar fácilmente. Si no se deja este espacio, puede quedar uno montado sobre el otro,
f) Los elementos que producen calor como transformadores, resistencias, diodos, transistores y circuitos integrados de potencia, con sus disipadores, deben tener un área libre para que no afecten el funcionamiento de los otros componentes. Así mismo, sus partes metálicas deben quedar separadas entre sí ya que se podrían producir cortocircuitos.
g) Algunos componentes que producen campos magnéticos como los transformadores y los parlantes, deben quedar alejados de otros que se puedan afectar por esos campos, como las bobinas por ejemplo.
h) Tenga en cuenta la orientación de los pines o terminales en los componentes que van polarizados (diodos y condensadores electrolíticos) o que tienen una distribución única de ellos (transistores y circuitos integrados) para que en el diseño no queden cambiados.
i) Si hay algún componente que necesite un ajuste mecánico como potenciómetros tipo trimmer, bobinas y condensadores variables, se debe dejar el espacio y la forma adecuadas para realizarlo sin dificultad.
j) Si hay componentes que tienen un peso mayor de lo normal, deben tener algún soporte mecánico para asegurarlos del circuito impreso, o montarlos por fuera de éste.
Antes de distribuir los componentes, hay que tener en cuenta dos factores: primero, la determinación sobre cuales van montados por fuera del circuito impreso y segundo, la proximidad entre ellos en el diagrama esquemático.
COMPONENTES EXTERNOS.
Lo ideal en un circuito electrónico es que todos sus componentes vayan montados sobre el circuito impreso. Esto facilita su ensamble y garantiza un mejor funcionamiento. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esto no es posible ya que hay algunos componentes que por su forma y tamaño deben ir montados sobre los paneles (frontal y trasero) o en el chasis de los aparatos. Tal es el caso de los transformadores, interruptores, potenciómetros, indicadores (LED’s, LCD’s, voltímetros, etc.), conectores, portafusibles y cables de alimentación, entre otros.
Mirando otro ejemplo y observando su prototipo, o fijándose en el diagrama esquemático, determine cuales son los componentes externos y márquelos con líneas punteadas.
Recuerde que debe dejar un punto de conexión para un terminal o para insertar el cable que va hacia al elemento externo. Muchas veces se agrupan varios puntos de conexión externos por medio de conectores de los que existe una gran variedad y con los cuales se debe ir familiarizando. La utilización de estos elementos es muy recomendable, ya que facilitan el ensamble y la reparación de los circuitos y aparatos.
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