5 consejos para un diseño exitoso: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Mi nombre es Jeremy y estoy en mi tercer año en la Universidad de Kettering. Como estudiante de Ingeniería Eléctrica, he tenido la oportunidad de pasar muchas horas en laboratorios construyendo pequeños circuitos en placas de prueba. Si tiene experiencia en la fabricación de circuitos pequeños y proyectos de electrónica de bricolaje, es posible que aquí no le resulte muy beneficioso. El propósito de esta instrucción es cubrir los conceptos básicos del uso de una placa de pruebas, la introducción a los componentes comunes y la construcción de circuitos pequeños. Además, discutiré brevemente cómo organizar su circuito, así como algunas estrategias de resolución de problemas para aquellas ocasiones en las que las cosas salgan mal.

Se supone que la persona que lee esto tiene cierta familiaridad con los conceptos básicos de la electrónica y la terminología: flujo de corriente, voltaje, polaridad, conductancia, cortocircuito, circuito abierto, unión y polarización. Además, se supone que el lector está familiarizado con las fuentes de alimentación conmutadas que se utilizan en el entorno de laboratorio.

Escribo esto porque disfruto construyendo pequeños circuitos en los laboratorios y he observado algunos problemas y errores comunes en el camino. Mi esperanza es que esto ayude a alguien que se está embarcando en su viaje hacia el descubrimiento de la electrónica a encontrar algo útil que le ahorre algunos de los dolores de cabeza que he encontrado en el camino y abra la puerta a las alegrías de la construcción de circuitos pequeños.

Paso 1: la placa de pruebas

¿Qué es una placa de pruebas ?:

Una herramienta popular para la creación de prototipos y pruebas de circuitos, que permite al usuario conectar e intercambiar componentes rápidamente y realizar uniones con facilidad. El uso de una placa de pruebas permite un montaje y modificación rápidos de circuitos sin requisitos de soldadura.

La configuración:

Regletas de terminales: corren horizontalmente, con números de fila incrementados en cinco y letras de columna en grupos de cinco. La fila 1, las columnas A-E forman un punto de contacto continuo, o unión, y la fila 1, las columnas F-J forman otro

Franjas de bus: corren verticalmente en pares a lo largo de cada lado y están etiquetadas como "+" o "-". La banda + completa es una unión continua y la banda - es una unión continua, lo que permite conectar muchos componentes a una fuente de alimentación

Canal / Ranura: Corre a lo largo de la placa de pruebas verticalmente entre las tiras de terminales. Las filas son discontinuas en esta ranura, lo que permite el uso de circuitos integrados (IC)

Las placas de prueba se pueden comprar en una variedad de tamaños y estilos, pero la descripción de la configuración anterior sigue siendo la misma si tiene la mitad de la placa de pruebas o un modelo más grande con terminales de alimentación y varias placas montadas en una placa de metal.

Para tener éxito en la realización de sus circuitos, es fundamental tener una comprensión firme del diseño de los puntos de contacto en la placa de pruebas. Cuando se utiliza correctamente, la placa de pruebas es una gran herramienta para construir circuitos y realizar modificaciones sobre la marcha.

Paso 2: conozca sus componentes

Dentro del diseño de circuitos electrónicos, uno encontrará una variedad de componentes. Si bien esta no pretende ser una lista exhaustiva, destacaré algunos de los componentes más comunes, su propósito y algunas advertencias para su manejo. Se pueden evitar muchos dolores de cabeza manipulando y utilizando los componentes correctamente. Si recién está comenzando en la electrónica, se pueden encontrar muchos kits de componentes para brindarle lo básico por menos de $ 20.

Resistencia: (medida en ohmios) Resiste el flujo de corriente dentro de un circuito. Dependiendo de la ubicación dentro de un circuito, se puede usar para dividir voltaje o corriente. Las resistencias tienen bandas de colores que indican su valor de resistencia en ohmios, así como su tolerancia. Una tabla es útil para determinar los valores de resistencia. Una resistencia se puede colocar en cualquier dirección dentro de un circuito y funcionará de la misma manera (no tiene polaridad).

Foto-resistencia: Resiste el flujo de corriente. El valor de resistencia varía según la luz ambiental. Puede usarse en aplicaciones de atenuación o encender un circuito en condiciones de poca luz.

Condensador: (medido en Faradios) Un condensador almacena energía que luego se puede disipar en un circuito en un momento posterior. Actúa como un bloque para la corriente continua, pero permite el paso de la corriente alterna. Los condensadores tienen una amplia gama de aplicaciones, desde la filtración de frecuencia hasta el suavizado de ondulaciones en un circuito rectificador. Es importante tener en cuenta que, si bien los condensadores de disco cerámico no son componentes polares, se debe tener cuidado con los condensadores electrolíticos, ya que tienen un cable designado para la conexión a los terminales positivo y negativo y pueden dañarse cuando se colocan al revés.

Transistor: un transistor es un semiconductor que regula el flujo de corriente, amplifica las señales o actúa como un interruptor. Hay muchos tipos diferentes de transistores, pero la consideración más importante en el diseño inicial del circuito (asumiendo que tiene el transistor correcto para la aplicación) es que se debe tener cuidado para evitar descargas estáticas en estos componentes.

Diodo: Un diodo es un semiconductor que actúa como una válvula de retención unidireccional para el flujo de corriente. Cuando se polariza hacia adelante, la corriente entra en el ánodo (cable +) y sale por el cátodo (cable -). Sin embargo, cuando tiene polarización inversa, actúa como un interruptor abierto y no fluye corriente a través del componente. Se debe tener en cuenta la orientación, ya que colocar un diodo al revés dará como resultado un comportamiento indeseable del circuito o un diodo quemado.

Diodo emisor de luz (L. E. D): un diodo especial que emite luz cuando está conduciendo. Se utiliza en muchas aplicaciones pequeñas donde se necesitan indicadores. Los beneficios incluyen un consumo de energía extremadamente bajo y una vida útil extremadamente larga.

Circuito integrado: El último componente que presentaré es el circuito integrado (IC). Hay demasiadas variaciones para enumerarlas aquí, pero algunas son el amplificador operacional, los temporizadores, los reguladores de voltaje y las matrices lógicas. Los circuitos integrados proporcionan un circuito completo dentro de un pequeño chip y pueden contener resistencias, diodos, condensadores y transistores, todo dentro de un chip más pequeño que una moneda de diez centavos. Existe una convención de numeración para los pines en un chip IC, hay una sangría o un punto en la superficie del chip, y esto corresponde al pin n. ° 1, los pines se numeran secuencialmente en el lateral y retroceden por el otro..

¡PRECAUCIÓN! Los circuitos integrados pueden destruirse por descargas estáticas.

Junto con los componentes anteriores, hay inductores, relés, interruptores, potenciómetros, resistencias variables, pantallas de siete segmentos, fusibles, transformadores… ¡ya entiendes la idea! Una búsqueda rápida en línea proporcionará mucha información útil (por ejemplo: descripciones generales de componentes, ¿qué hace un transistor ?, tipos de condensadores).

Conocer la información básica sobre los componentes que está utilizando, si son o no sensibles a la electricidad estática y si tienen polaridad o no, será muy beneficioso. No solo ahorrará tiempo, dinero y dolores de cabeza; ¡pero es más probable que el circuito funcione como se desea mucho más rápidamente!

Paso 3: la organización es esencial

Organización - ¿Por qué importa?:

Los circuitos anteriores (lado derecho) son los mismos funcionalmente, pero con una apariencia notablemente diferente. Si bien el primero utiliza menos cableado, no es el método preferido para construir circuitos pequeños. Hay mucho espacio en una placa para circuitos pequeños; ¡No tenga miedo de utilizar este espacio!

Si bien la elección de qué usar para los clientes potenciales es personal, un par de cosas pueden hacer la vida mucho más fácil. Mucha gente usará alambre de cobre y fabricará sus propios cables, pero mi preferencia son los puentes de tablero que se pueden comprar a bajo precio en línea. Los puentes están hechos de hilos de alambre en lugar del alambre de cobre rígido, y tienen un alfiler en el extremo para facilitar su uso. La ventaja de los hilos es que el cableado es mucho más flexible, por lo que es menos probable que se rompa una conexión y hay una mayor flexibilidad en el enrutamiento. Una última nota sobre el cableado, es muy útil "codificar con colores" su cableado de una manera que le sea fácil de rastrear (figura de la izquierda arriba). Por ejemplo, me gusta mantener mi cableado rojo y negro para mis voltajes positivo y negativo (respectivamente), a menudo uso gris o naranja para mi tierra común, azul para la señal de entrada y blanco o amarillo para las uniones internas. Si tiene varias fuentes de energía, así como entradas de un generador de señales, es útil hacer etiquetas para sus cables y etiquetarlos para garantizar una conexión adecuada más adelante.

Cuando se trata de seguir un diagrama esquemático, las cosas son mucho más fáciles si coloca sus componentes en la placa lo más cerca posible del diseño en el esquema. De esta manera, puede ver los valores de sus componentes de un vistazo, además de facilitar el rastreo de rutas de señal / solucionar fallas. Los laboratorios de la mayoría de las escuelas a menudo le indicarán que tome una medición de voltaje o corriente en un punto específico del circuito; en estos casos, tener su circuito reflejando físicamente el esquema es de GRAN ayuda. Por último, a medida que se adentra en circuitos más complejos y avanzados, es importante mantener los componentes más sensibles (como los circuitos integrados) alejados de inductores, relés y otros componentes donde podrían dañarse con los campos magnéticos.

Si el circuito que está construyendo tiene uno (o más) circuitos integrados, la cantidad de componentes y cables necesarios para construir el circuito puede complicarse bastante rápido. Para ayudar a reducir el desorden y hacer las cosas más fáciles para usted, a menudo es útil colocar el circuito integrado lejos de todo lo demás en la placa y colocar los otros componentes con cables a los pines IC. de esta forma, es mucho más fácil descifrar las cosas después. Si el circuito se va a construir de forma permanente más adelante, puede consolidar todo para que quepa en un espacio más pequeño.

Paso 4: Solución de problemas básicos

Todo está bien, ¡hasta que no!

Así que ha hecho su tarea, comprende sus componentes y el circuito está construido exactamente como muestran las instrucciones. Activa el interruptor de encendido … y … ¡NADA! No es raro construir un circuito pequeño y luego descubrir que algo anda mal. Todo esto es parte del proceso de aprendizaje. Saber por dónde empezar con la resolución de problemas puede reducir la molestia y la irritación de los problemas.

Fuente de energía: en general, es mejor comenzar a solucionar problemas asegurándose de que la energía llegue al circuito. Si el circuito funciona con una batería, use un multímetro para verificar el voltaje y asegúrese de que haya suficiente "jugo" para alimentar el circuito. Si se utiliza una fuente de alimentación, hay muchos factores a considerar:

Modo de fuente de alimentación: muchas fuentes de alimentación tienen la capacidad de suministrar corriente constante (cc) o voltaje constante (cv). Es importante asegurarse de seleccionar la configuración adecuada para que funcione correctamente. La mayoría de los proyectos pequeños estarán conectados a una fuente de alimentación en modo de voltaje constante

Voltaje de tierra / negativo: si su proyecto funciona con una batería, no es probable que esto sea un problema. Cuando se usa una fuente de alimentación, a menudo los circuitos tendrán un voltaje negativo aplicado (como a un amplificador operacional) además de tener una tierra común. Es importante comprender la distinción aquí y NO considerar que el voltaje negativo y la tierra común son intercambiables

Configuración de la fuente de alimentación: si se aplica voltaje negativo, asegúrese de saber cómo ajustar la configuración de la fuente de alimentación. Esto variará entre los fabricantes, pero normalmente se logrará a través de los interruptores de selección en la parte frontal de la unidad. La primera vez que utilicé una fuente de alimentación para suministrar -12 voltios a un amplificador operacional, no verifiqué que la configuración de voltaje se hubiera ajustado tanto para la fuente + como para la -. Como consecuencia, pasé más de una hora reconstruyendo / revisando mi circuito

Configuración del circuito

Realice una comparación del esquema y el circuito, si ha construido su circuito para reflejar el esquema en el diseño, este paso es mucho más simple.

Compruebe la orientación de los componentes polares (diodos, condensadores, transistores)

Asegúrese de que los cables de los componentes no se toquen creando condiciones de cortocircuito

Verifique las regletas de terminales, asegúrese de que todos los conductores y cables de los componentes estén firmemente insertados en el punto de contacto y que todos los componentes que se supone que forman una unión lo hagan. Es fácil moverse accidentalmente a otra regleta de terminales cuando las cosas se desordenan. Esto crea una ruptura (o circuito abierto)

Si todo se ve bien con la alimentación, la orientación de los componentes y el cableado, comience a sospechar que hay un componente defectuoso. Si el circuito contiene un circuito integrado, a veces simplemente intercambiarlo puede resolver el problema. Además, si se encuentra en un entorno de laboratorio y recicla componentes, es posible que tenga un capacitor, diodo o transistor defectuoso que un grupo haya cableado previamente de manera incorrecta y destruido

Los pasos anteriores deberían resolver muchos de los problemas encontrados en la construcción de circuitos básicos, pero si todo se ve bien y aún no funciona, puede ser el momento de desglosar todo, verificar todos los valores de resistencia y verificar todos los componentes que están capaz de ser probado con el equipo disponible. La mayoría de los diagramas esquemáticos, especialmente los que se utilizan para laboratorios en el entorno académico, se han construido y probado varias veces, por lo que es muy poco probable que el problema esté en el diseño esquemático. Sin embargo, si está creando un prototipo de su propio circuito y no puede resolver los problemas mediante la resolución de problemas, puede ser más beneficioso volver al tablero de dibujo y analizar su modelo de circuito en busca de fallas.

Paso 5: no te rindas

Es muy fácil frustrarse al construir circuitos pequeños. Hay literalmente innumerables variaciones de cómo las cosas pueden salir mal. Algunos problemas son mucho más difíciles de solucionar que otros. Aunque es más fácil decirlo que hacerlo, no permita que la frustración empañe el juicio. Dé un paso atrás, relájese y evalúe la situación desde una perspectiva lógica. Casi salgo de los laboratorios en múltiples ocasiones debido a la frustración, solo para descubrir que un cable estaba desconectado en algún lugar o que no se había encendido una salida de señal. La mayoría de las veces, el problema en un circuito es solo un pequeño detalle. Tomar pasos lógicos y metódicos para evaluar el circuito e identificar el problema generalmente conduce a una resolución. Hay tantas facetas de la electrónica para explorar, ¡no permita que los contratiempos o fallas le permitan renunciar a este esfuerzo gratificante!