sábado, 2 de agosto de 2014

Tutorial de Electrónica Básica. 11. Soldadura

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El presente artículo de este blog está dirigido a divulgar todo lo relativo a la soldadura empleada en electrónica, sin olvidar que éste es un tutorial básico. Veremos las herramientas mínimas necesarias, las opcionales, materiales utilizados, las técnicas y por supuesto, ejemplos.

La soldadura utilizada en electrónica no está caracterizada por tener una gran resistencia mecánica como otros tipos de soldadura (electrodos, autógena, tig, etc), aunque ofrecerá resistencia mecánica mas que suficiente para lo que se espera de ella. 

Los puntos fuertes de la soldadura electrónica son:

1. Baja temperatura de trabajo (200º-350ºC)
2. Buena conductividad eléctrica
3. En cuanto a economía, lo básico para soldar es bastante asequible.



El soldador

Hay de muchos tipos, y cada uno con unas características, vamos a ver los mas utilizados, empezamos con el que mas nos interesa, el tipo "lápiz".

Tipo lápiz


Soldador de tipo LÁPIZ

El más utilizado tanto por el aficionado como por el profesional (montaje y/o reparaciones). 

Normalmente está conectado, en funcionamiento, todo el tiempo que dure la sesión de trabajo ya que se usa a menudo y no consume mucho.

Se conectan a la red de corriente alterna (220/115V según el caso) y su potencia oscila entre 15 y 30W. No conviene usar más potencia porque los componentes que soldaremos pueden destruirse con el calor. Los soldadores tipo lápiz son muy manejables tanto por su poco peso como por su diseño.

Una de las partes mas importantes de un soldador es su punta. Es la que realiza la soldadura. Debe mantenerse en buen estado. Normalmente hay varios tipos de punta, intercambiables, para poder hacer distintos trabajos, por ejemplo, una punta grande para soldaduras de masa, y otra punta pequeña para soldar circuitos integrados.

Hay quienes se arreglan eligiendo una punta intermedia y con ella hacen ambos trabajos. Otros, prefieren tener dos soldadores y así no tener que andar cambiando punta.

No se debe lijar, limar ni realizar ningún tratamiento abrasivo sobre la punta, pues están recubiertas de un material que se perderá en ese caso, quedando la punta inservible.

Para mantener la punta limpia y en buen estado será suficiente con frotarla en una esponja de silicona ligeramente humedecida con agua que suele alojarse en el soporte del mismo soldador.

Personalmente prefiero un soldador tipo lápiz como éste:


Desarrolla 20W normalmente, pero si se pulsa el botón llega a rendir hasta 130W con lo cual se pueden hacer grandes soldaduras, incluso tubería de cobre se puede soldar con él.



Tipo pistola


No es muy utilizado por los aficionados. Está indicado para uso esporádico, ya que normalmente está apagado y al pulsar el gatillo se calienta muy rápido, de forma prácticamente instantánea. Suelen ser de potencia media-alta, y su principal problema es que su punta (la que realmente hace la soldadura) es poco precisa para trabajos delicados. 


Tienden a ser voluminosos y pesados, lo que no facilita tampoco los trabajos de precisión.



Tipo portátil, a gas



Otro tipo de soldador que merece la pena mencionar es el de gas butano. Su ventaja está clara: Podemos hacer una soldadura en cualquier parte, en cualquier lugar, sin necesidad de disponer de electricidad. 

Estos soldadores suelen llevar un juego de puntas para distintas tareas: Calor difuso, llama concentrada tipo soplete (más de 1000º C), espátula para cortar...

Y por supuesto, no puede faltar la punta para soldadura tipo electrónica.
Tienen una autonomía de al menos 20-30 minutos.



Soporte


El soldador, mientras no está siendo utilizado, necesita estar confinado en un sitio que lo contenga evitando daños a objetos cercanos o a él mismo. Si no se utiliza un soporte, tarde o temprano ocurrirá: 

Quemaremos su propio cable... o algo peor: El equipo que estamos reparando, alguna herramienta, la propia mesa de trabajo...





Algunos modelos de soporte (no todos) también permiten que el soldador se libere del calor excesivo por no estar siendo utilizado.

La mayoría de soportes tienen un espacio o cavidad para albergar una esponja de silicona sobre la cual pasaremos la punta del soldador para limpiarlo. Previamente habremos humedecido esa esponja con un poco de agua.



Estaño



Al igual que en otros tipos de soldadura, hay que aportar material para hacer una soldadura. Ese material es el estaño. En realidad, no es estaño puro: Es una aleación compuesta por un 60% de estaño y un 40% de plomo. Esto es para bajar el punto de fusión de ese material.


El estaño para soldar tiene la apariencia de un hilo o alambre mas o menos grueso. En su interior lleva vetas de un producto conocido como "pasta de soldar" o "colofonia" que impide la oxidación de la soldadura por las altas temperaturas.

A pesar de la conocida toxicidad del plomo, en la soldadura de electrónica no se alcanzan temperaturas como para que el plomo emita vapores, simplemente se funde, se vuelve líquido, pero no emite gases, por lo que no hay que preocuparse por esto. El humo que puede verse al soldar proviene de la colofonia o pasta de soldar que el estaño lleva en su interior, no son vapores metálicos (ni estaño ni plomo).

El estaño se sirve en rollos de mas o menos peso. Los hay de unos pocos gramos (muy manejables) o de medio kilo o incluso mas (poco manejables pero a mejor precio). Una buena solución es comprarlo en formato grande y enrollar unos pocos metros en un carrete pequeño.

Otra característica es el grosor del estaño. Lo hay muy fino, para trabajos de precisión y mas grueso para trabajos mas "rústicos". Lo ideal es disponer de un carrete de cada tipo. Diámetros aconsejables son:

- por debajo de 1 mm para trabajos delicados
- 1 mm (o más) para trabajos menos delicados.



Flux o pasta de soldar



La pasta de soldar no es otra cosa que "colofonia", un producto derivado de la resina vegetal. Su función es evitar que la soldadura se oxide por efecto de las temperaturas relativamente elevadas.

Normalmente, el estaño para soldar lleva en su interior un poco de esta pasta de soldar, a modo de finas venas, lo que permite aportarla de forma sistemática a todas las soldaduras.

Hay veces en que es deseable incorporar a la soldadura una cantidad extra de pasta de soldar porque no es suficiente la que lleva el mismo estaño (o en el improbable caso de que el estaño no lleve esa resina). 

Para eso hay envases de esta pasta de soldar. Se pone una pequeña cantidad a los elementos a soldar y a continuación se aplica el soldador. Cuando la pasta se hace transparente, es el momento de hacer la soldadura como de costumbre.




Desoldador

Desoldar es la acción de quitar o eliminar una soldadura con el fin de liberar un componente, un cable, o simplemente eliminar el estaño que pudiera haber en algún punto.

Mas adelante veremos las distintas opciones y herramientas para esta labor, así como la técnica a utilizar y ejemplos para cada una de esas opciones.



Ejemplo de equipo para empezar

Esto es algo muy personal y muy al gusto de cada uno, pero sugiero este pequeño kit de herramientas para empezar:

- Un soldador tipo lápiz de 20-30W
- Soporte para ese soldador, con esponjilla de silicona
- Estaño, con alma de resina, diámetro 1mm
- Desoldador de pistón




CONSEJOS Y TIPS, ANTES DE EMPEZAR A SOLDAR...

Qué se puede soldar con soldadura de electrónica

No todos los materiales aceptan la soldadura de estaño. Los que la aceptan son básicamente: Cobre, hierro y latón.

Por el contrario, el acero y el aluminio la rechazan. 


Superficies limpias, sin óxido
Los elementos a soldar deben ofrecer el típico brillo metálico, señal de que están limpios y sin óxido. Es muy difícil por no decir imposible hacer una soldadura en, por ejemplo, una pista de cobre que tenga aunque sea un poco de óxido o algún tipo de esmalte. Y si se consigue, no será fiable.

Lo mismo para los terminales de los componentes o los cables. Deben lucir brillo metálico.

Para ello, debemos limar o rascar, con cuidado, los elementos a soldar hasta obtener dicho brillo. Un papel de lija muy fino o una pequeña lima nos servirá.

Para eliminar el esmalte que suelen llevar las pistas de cobre es útil un pequeño destornillador (plano) de relojero. Rascaremos sobre la pista y veremos como se desprende el esmalte apareciendo el brillo metálico del cobre.


¡No soplar! 

Se debe evitar el soplar sobre la soldadura recién hecha "para que se enfríe antes". Esto provoca que el estaño solidifique en una forma conocida como "soldadura fría", que es defectuosa: Mala conductividad eléctrica y poca resistencia mecánica.

La soldadura debe dejarse que enfríe por sí sola, lo que por cierto tarda sólo unos pocos segundos. Así el estaño solidifica en forma cristalina, resultando una soldadura mucho más conductora y con mayor resistencia mecánica.


El estaño en el suelo, en la ropa...

Hay que llevar cuidado con las gotas de estaño fundido que pueden desprenderse del soldador (o desoldador). No provocan quemaduras graves pero sí son dolorosas o al menos molestas.

En cuanto a los objetos, debe evitarse que sean alcanzados por el estaño fundido ya que si se trata de plástico puede deformarse por el efecto del calor, y aunque la gota de estaño se suelte con facilidad, queda la marca, siendo un daño estético.

Cuanto una gota de estaño cae al suelo, si es de tipo cerámico (baldosa, terrazo, losas), no le provocará el menor daño pues la temperatura no es suficiente para dejar mella. Simplemente la gota cae al suelo, se hace una "torta" y se desprende con mucha facilidad, no se pega.

Referente a la ropa y tejidos, mi experiencia es que cuando una gota de estaño cae en una de ellas no la quema, pero se introduce por los tejidos en estado líquido y cuando solidifica se queda anclada, siendo muy difícil de retirar.


4. SOLDADURA. EJEMPLOS PRÁCTICOS

4.1. Soldar un componente al circuito impreso

El orden de actuación en el proceso de soldadura será así:

1) Aplicar el soldador para calentar tanto la pista de cobre como el terminal o patilla del componente a ser soldado

2) Aplicar estaño, el justo, ni más ni menos. Por supuesto, el soldador sigue calentando la zona de soldadura. No debemos moverlo. Veremos que el estaño se difundirá por capilaridad envolviendo tanto al terminal como a la zona de pista de cobre por donde asoma ese terminal.

3) Dejamos de aportar estaño pero mantenemos el soldador un par de segundos más.

4) Retiramos el soldador.

La soldadura ya está hecha




Ejemplo 1: Un condensador

En el vídeo podemos ver en 12:10 como soldar un componente como un condensador, que tiene solo dos terminales.

Ejemplo 2: Un circuito integrado

Dejando de lado la posibilidad de utilizar un zócalo, en cuyo caso no hay que soldar el circuito (pero sí el zócalo), un circuito integrado es uno de los componentes mas delicados a la hora de soldar. En el vídeo en 13:58

Una vez insertado el integrado en el circuito nos aseguramos de que está bien asentado y doblaremos ligeramente las patillas de los extremos para impedir que se salga.

Y comenzamos a soldar los terminales. Evitaremos soldarlos secuencialmente para impedir que el calor de la soldaduras se acumule en la misma zona. Mejor iremos soldando los terminales de forma alterna, lo mas alejados posible el uno del otro, y dejando pasar unos segundos entre soldadura y soldadura para que el integrado se enfríe.



5. Soldar dos cables entre sí

Dejando aparte la posibilidad de unir mecánicamente ambos cables (es decir, hacer un empalme), la forma más básica de unir mediante soldadura un par de cables es la siguiente, y resulta ser más que suficiente la mayoría de veces:

1) Pelamos los extremos de los cables a ser soldados, es decir, retiramos el aislante que recubre a ambos cables. Depende de cada caso concreto, pero 5 mm de cobre desnudo serán suficientes.

2) Estañamos los extremos de ambos cables. Esto hará mucho más fácil la soldadura posteriormente: Sujetamos el cable y lo calentamos unos segundos, hay que tener en cuenta el tipo de cable ya que los hay tan delicados que bastan tres segundos para dañar su funda, otros por el contrario aguantan perfectamente mucho más tiempo. Cuando estimamos que el cable está caliente aplicamos estaño. Movemos el soldador a lo largo del cobre desnudo y también giramos el cable. Lo que antes era cobre ahora debe lucir con el color del estaño. Es opcional poner pasta de soldar a los extremos antes de estañarlos.

3) Juntamos los cables. Los calentamos brevemente con el soldador y aplicamos un poco de estaño. Como los cables ya estaban estañados (punto 2 anterior) la soldadura se hará rápidamente.

En el vídeo, en 15:50


6. Soldando una clavija tipo jack

Soldar una clavija tipo jack, macho o hembra, ya sea de alimentación o de sonido, es una tarea tan frecuente, que quiero darle cobertura en este tutorial. Con esto podremos salvar auriculares y/o alimentadores que a veces lo importante no es lo que costaría uno nuevo sino que simplemente no encontramos uno igual. Muchas averías en estos dispositivos consisten precisamente, en que algún terminal de la clavija (o el cable que sale de ella) está cortado, interrumpido.

En el vídeo en 18:00

Seguiremos los siguientes pasos:

1) Cortamos "por lo sano", desechando la clavija dañada. Insisto en que muchas veces lo que está dañado es el trozo de cable que está soldado a dicha clavija.

2) Quitamos la funda a la clavija nueva y la metemos en posición correcta en el cable. Fallo muy típico de principiante olvidar este paso.

3) Pelamos los dos (o tres) cables según el caso. Serán dos si se trata de un alimentación o cargador (positivo y negativo), y tres cables en caso de auriculares stéreo (masa + los dos vivos, aunque a veces hay 4 cables: dos negativos y dos vivos, es decir, el negativo no sería común sino uno para cada canal). Cuando pelamos cada cable hay que dejar a la vista una longitud exacta de cobre en cada uno de ellos, y también respetaremos la polaridad. Anotar la posición de los cables ANTES de cortar, pues luego puede que no nos acordemos qué posición tenían los cables.

4) Estañamos los extremos de esos cables

5) Estañamos los terminales de la clavija

6) Hacemos la soldadura de cada uno de los cables a la clavija

7) Deslizamos la funda de la clavija a través del cable y la fijamos sobre la clavija. Normalmente van a rosca.



7. Soldaduras grandes

7.1. Soldaduras de "masa" o de elementos de gran tamaño.

En este tipo de soldaduras, la diferencia reside en el tamaño de la soldadura, en la cantidad de material puesta en juego. A veces se trata de cables de gran sección, otras veces son las sujeciones de los disipadores en el circuito impreso, también los blindajes o "jaulas" suelen ir soldados en el circuito impreso, y cualquier elemento que suponga una soldadura de gran tamaño.

La dificultad en este caso consiste en que al ser una soldadura de gran superficie, el calor se disipa al aire con tanta rapidez que el soldador no tiene potencia suficiente para elevar la temperatura hasta el punto de fusión del estaño. El calor se evacua al mismo ritmo que ingresa.

La solución consiste en emplear un soldador de mayor potencia.

Por eso es tan práctico el soldador tipo lápiz que comenté anteriormente: El que tiene un botón que al presionarlo desarrolla hasta 130W. Prácticamente ninguna soldadura en electrónica se resiste a esa potencia. No al menos las soldaduras "normales" con las que nos vamos a encontrar.


7.2. Soldaduras para cosas que no son de electrónica

Es posible utilizar la soldadura de estaño para trabajos que no tienen nada que ver con la electrónica, pero hay que tener en cuenta que esta soldadura no tiene elevada resistencia mecánica como la llamada "soldadura fuerte": eléctrica, TIG, autógena...

Sólo se utilizará para aplicaciones que vayan a soportar poco esfuerzo.


7.3. El estaño-plata


Estaño-plata y su flux (distinto del estaño-plomo)

Otro tipo de "estaño" para aportar a la soldadura es el estaño-plata (en lugar de estaño-plomo). Tiene una resistencia mecánica mayor que el estaño-plomo (pero sin llegar ni mucho menos al nivel de las soldaduras "fuertes" como he mencionado antes.

Los hay de distintas composiciones, siendo lo habitual un porcentaje de plata del 2% al 10%.





7.4. Ejemplo 1: Soldar una tubería de cobre a la tapa de un frasco.

Un ejemplo de uso para la aleación estaño-plata es soldar unas espigas a la tapa metálica (de hierro) de un frasco. Podéis ver en el 23:28 del vídeo cómo con la acción conjunta del soldador de 130W y el estaño plata, las espigas quedan sólidamente unidas a dicha tapa.

Esta soldadura también podría haberse hecho con estaño-plomo convencional.


8. Desoldar

"Desoldar" es la operación de eliminar una soldadura. Operación necesaria para liberar un componente electrónico, un cable, un conector o cualquier elemento soldado.

Hay veces en que desoldar es una operación trivial y rápida, y otras en que no es tan fácil,... o sí lo es, pero es pesada por tratarse de un componente con un número elevado de terminales: Desoldar un chip de 64 patillas es fácil, pero pesado).

Como siempre, las opciones son muchas... y los precios también. Dependerá del nivel de implicación que tengamos con la electrónica, el presupuesto disponible...

Vamos a ver las formas más comunes de hacer una desoldadura y las herramientas empleadas:



8.1. ...con el propio soldador

Es la forma más sencilla y económica, pero lamentablemente no siempre es posible. Sirve por ejemplo, para quitar un simple cable. También podemos extraer un componente de dos patillas (resistencias, condensadores, diodos, bobinas) soltando primero uno de los terminales: aplicando el soldador a ese terminal tiramos levemente del componente para extraer ese terminal. Después aplicamos el soldador al otro terminal y al tirar del componente éste debería salir del circuito impreso.

Este método se vuelve especialmente arduo, o simplemente imposible, con componentes de tres o más terminales.



8.2. ...con el pistón de vacío

Esta ya es una herramienta específica para desoldar. Las hay muy económicas (la de la foto costó unos 5€), y también las hay profesionales, con boquillas intercambiables, pero con un precio bastante mayor. Necesitan la acción conjunta del soldador, no calientan por sí solos.

Su funcionamiento: 

1. Presionamos el émbolo hasta el final, éste quedará fijado por un resorte

2. Calentamos la soldadura con el soldador, el estaño se funde

3. Aplicamos la boquilla del desoldador a la soldadura y liberamos el émbolo

4. El pistón retrocede bruscamente aspirando el estaño


Como el estaño se acumula en el interior del pistón, de vez en cuando hay que abrirlo para limpiarlo.


Desoldador de pistón



8.3. ...con malla absorbente

Para desoldar con la malla, aplicar ésta sobre la soldadura, y sobre la malla aplicar el soldador. Cuando veamos que el estaño se ha fundido y la malla ha absorbido el estaño, retiraremos al mismo tiempo ambas cosas (malla y soldador).

Iremos recortando la malla llena de estaño según la vayamos gastando.

Un formato común es el de rollo con una longitud de 1 metro (mas o menos)


Malla desoldadora


...desoldador comercial por vacío


Desoldador por vacío, comercial

Indudablemente es una de las mejores opciones

El desoldador por vacío es rápido, fácil de usar y muy eficiente. Funciona como el pistón desoldador pero se aplica el calor con el propio desoldador, todo en uno, de modo que no hace falta soldador para fundir el estaño.

La succión no se realiza por un simple émbolo ni tampoco accionando la clásica pera de goma, sino con una bomba eléctrica de vacío que, al presionar un botón, funciona de forma continua.

Pueden intercambiarse las puntas para adaptarse a distintos componentes (desde los terminales mas finos hasta terminales gruesos de transformadores, etc). También es común que pueda regularse la temperatura de la punta desoldadora mediante el correspondiente control.

Disponen de varios filtros para impedir que el estaño aspirado pueda alcanzar la bomba de vacío. Estos filtros pueden limpiarse muchas veces, pero llega un momento en que hay que sustituirlos.

En mi canal de Youtube tengo un vídeo dedicado a esta herramienta, por lo que no me extenderé mucho aquí y mejor os remito a ese vídeo.

Vídeo dedicado al DESOLDADOR POR VACÍO, COMERCIAL


8.5. ...desoldador casero

Esta es una opción tan buena como la anterior, pues siendo tan eficiente y cómodo, es mucho mas barato. Consiste en montar tu propia estación desoldadora partiendo de material bastante asequible.

A continuación, la desoldadora que construí el año pasado (y que sigo utilizando hasta hoy en todas las reparaciones y trabajos). No me ha dado ningún problema y después de más de un año, puedo asegurar que es fiable y robusta.


Desoldador casero, con bomba de vacío... también casera.

El funcionamiento es básicamente igual que el comercial. Presionamos un botón (en este caso, un pedal en el suelo, accionado por un pie) y la bomba de vacío produce la succión del estaño. El desoldador es el típico de pera, al que se le conecta la manguera que viene desde la bomba de vacío.

Por cierto, la bomba de vacío también la construimos nosotros y por menos de 25 euros. Os paso el enlace de los dos vídeos:

Cómo hacer una bomba de vacío casera
Desoldador casero, con bomba de vacío



9. El vídeo


viernes, 25 de julio de 2014

SORTEO AGOSTO 2014

NUEVO SORTEO PARA ESTE MES DE AGOSTO 2014


Bases


1. ¿Quien puede participar?

Todo aquél que esté suscrito a mi canal de youtube


2. ¿Cuáles son los regalos?

En principio eran (y siguen siendo) dos:

Primer premio: Desoldador casero
Segundo premio: Fuente alimentación 0-30V  4A

Sin embargo, a última hora me dí cuenta que tengo seguidores por muchos temas distintos, y los regalos anteriores puede que no sean de utilidad para muchos, así que añado la posibilidad de sustituir los artículos anteriores por otra cosa que se supone del gusto de todos:

Una Tablet NUEVA marca Samsung, de 10 pulgadas y 16 GB de memoria

Será a elección del ganador escoger uno de los dos premios.


3. ¿Qué alcance tiene este sorteo?

El alcance de este sorteo es mundial. Todos los suscriptores de mi canal pueden participar.


4. ¿Cómo participar?

Simplemente, deja un comentario en el vídeo, puedes poner cualquier texto, por ejemplo: "Participo". 


                                      El vídeo para participar es éste:





Una persona participa sólo una vez, es decir, no vale poner muchos comentarios, cosa que detectaré cuando ordene alfabéticamente la lista de participantes. Sin embargo, si tienes algo que decir, puedes poner mas de un comentario, no pasa nada, xD


5. ¿Cómo seguir el sorteo?

Ahora estás en el sitio adecuado: En este artículo del blog que estás leyendo ahora mismo. Aquí iré poniendo información conforme vayan ocurriendo los hechos en el sorteo:

- Apertura del plazo para participar
- Cierre del plazo para participar
- Publicación de la lista de participantes
- Plazo para reclamar sobre la lista anterior
- Fijar la fecha para los dos sorteos
- Resultado de ambos sorteos
- Confirmación de los ganadores


6. ¿Cuándo comienza y finaliza el plazo para participar?

El plazo comienza nada mas subir el vídeo del sorteo: El día 13 de agosto de 2014. A partir de ese momento podéis poner un comentario en ese vídeo para participar

El plazo termina 10 días después, el 23 de agosto de 2014 a las 24:00 horas (hora española)


7. Elaboración de la lista de participantes

Una vez cerrado el plazo para participar no se incluirán los comentarios que pudieran llegar. Comenzaré a elaborar una lista de participantes a partir de todos los comentarios que se hayan hecho en el plazo correcto.

Esa lista la publicaré en forma de hoja de cálculo en google para que todo el mundo pueda consultarla, guardarla, etc. Lógicamente no será posible modificarla, sólo consultarla.

A cada participante se le asociará un número comenzando por el 0 hasta llegar al último, por ejemplo, si hay 3000 comentarios válidos, la numeración será desde el 0000 hasta el 2999. En este caso, para cubrir todos los números con cuatro dígitos se asignará un segundo número a cada participante (desde el 3000 hasta el 5999) y un tercer número (desde el 6000 hasta el 8999). Así, sólo quedarán unos 1000 números "libres": del 9000 al 9999. Si aún así el día del sorteo, el número premiado recae sobre uno de estos números "libres", el sorteo se trasladará al día siguiente. Hasta que forzosamente caiga sobre un número "ocupado".

Para obtener los dos números ganadores recurriremos al sorteo de la ONCE, en la fecha que fijaré (con antelación) mas adelante. Para los que son de fuera de España aclaro que la ONCE es la Organización Nacional de Ciegos Españoles y hacen un sorteo de lotería diario desde hace muchos años, siendo un sorteo oficial completamente formal.

Este método da las mismas probabilidades a todos y a cada uno de los participantes.


8. Fecha del sorteo:

Está por determinar, pero será claramente en septiembre, pues aún queda el período de 10 días para que la gente participe, tiempo para elaborar la lista de participantes, y tiempo para solucionar posibles errores.

En realidad serán dos sorteos, dos regalos, dos ganadores, y serán días consecutivos. Como dije antes, nos basaremos en el sorteo de lotería de la ONCE.


9. Sobre los ganadores

Una vez hayan dos ganadores, contactaré con ellos por medio de un mensaje privado para obtener los datos que me permitan hacerles llegar el regalo. No publicaré ninguna información confidencial, sólo el nick y el país, y como mucho, la provincia.

Si un ganador no contesta a mi mensaje en un plazo de 15 días se entiende como renuncia y el premio pasará a la persona siguiente en la lista de participantes.


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 A partir de aquí iré poniendo información del sorteo según ocurran las cosas

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- FECHA DE INICIO DEL PLAZO PARA PARTICIPAR: 13 AGOSTO 2014

- FECHA DE FINALIZACIÓN DEL PLAZO PARA PARTICIPAR: 23 AGOSTO 2014 a las 24 horas (hora española en la península)

- Cerrado el plazo para participar. Hoy es 23 agosto 24h.

- Youtube dice que hay 2.840 comentarios, pero es previsible que haya que borrar unos cuantos (duplicados) y los míos (yo no participo)

- Ahora necesitaré unos días para convertir todos los comentarios del vídeo del sorteo en una hoja de cálculo, asignando además los números para el sorteo. Cuando esté lista esa hoja la publicaré en google y lo anunciaré en mis redes sociales

31-Agosto 2014
Publicada la lista de participantes en la siguiente hoja de cálculo:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1PzGeNEeySGy2w4iurn-MlXMh_xqmqXY8XTtj-4ep6ug/edit#gid=217853013

Hay 1497 comentarios válidos por lo tanto se jugará a 4 dígitos (diez mil números) en el sorteo de la ONCE. Para cubrir ese intervalo de diez mil números con 1497 participantes se asignarán seis números a cada participante con lo cual se abarca desde el número 0000 hasta el 8981. Quedan libres los números 8982 hasta el 9999. Si el número agraciado resultara estar comprendido entre estos dos últimos números, el sorteo se trasladaría al día siguiente.

Las columnas en la hoja de cálculo son:

A (Número de orden): Es un contador, para saber cuántos participantes hay

B, C, D, E, F, G: Cada participante tiene asignados seis números. Con esto se cubre el intervalo desde 0000 hasta 8981.

Participa: El nick del participante.

A partir de este momento hay un plazo de 10 días para reclamar, es decir, hasta el día 10 de septiembre. Por favor, recordad que el plazo de inscripción terminó el 23 de agosto a las 24:00 horas. Las reclamaciones se pueden formular como un simple comentario en el vídeo del sorteo.

Una vez terminado este plazo de reclamación propondré dos fechas para el sorteo ya que son dos regalos dos sorteos.

viernes, 27 de junio de 2014

Tutorial de Electrónica Básica. 10. Circuitos Integrados

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ÍNDICE

01. Definición. Qué es un circuito integrado
02. Historia.
03. Clasificación según su construcción
     3.1. Monolíticos
     3.2. De película delgada o gruesa
     3.3. Híbridos
04. Clasificación según el tipo
     4.1. Según la función: Analógicos y digitales
     4.2. Según la escala de integración
05. Saber lo esencial de un circuito integrado. El Datasheet
06. Encapsulados. Zócalos.
07. Reconocer el orden de los terminales en un circuito integrado.
08. Algunas funciones típicas de los circuitos integrados
     8.1. Propósito general
     8.2. Memorias
     8.3. Microcontroladores / Microprocesadores
09. Ejemplo de utilización de un circuito integrado: Pequeño amplificador de 
     audio

10. RINCÓN DE LA TEORÍA. El EFECTO LARSEN.

11. El vídeo




Circuitos integrados, también conocidos como chips o "IC" abreviatura del inglés: Integrated Circuit



1. Definición. Qué es un circuito integrado.

Un circuito integrado es una pequeña superficie o pastilla (chip) hecha con material semiconductor en la que se construye un circuito electrónico que puede constar desde unos pocos componentes hasta miles o incluso millones de ellos. Este chip -al igual que otros semiconductores: Transistor, diodo, triac, etc.- va protegido por un encapsulado, y de él asoman los terminales o pines para ser conectado al circuito que lo incorpore.
 


2. Historia.

La necesidad de miniaturizar los equipos fue la que propició el invento del circuito integrado. Casi de forma simultánea fueron al menos tres personas las que hicieron realidad este componente:

- Jack Kilby, trabajaba para la empresa Texas Instruments, se le ocurrió integrar seis transistores en una única pastilla semiconductora para hacer un circuito oscilador con el mínimo tamaño. 

- Werner Jacobi, un ingeniero alemán que también contribuyó a la expansión y auge de los c.integrados.

- Rober Noyce, uno de los fundadores de la empresa Intel, fue de los primeros en comercializar un circuito integrado. También fundó la conocida empresa "Fairchild Semiconductor".

Desde entonces y hasta hoy, estos primeros (y "sencillos") circuitos integrados han visto mejorar sus prestaciones en una carrera meteórica. Se han solucionado infinidad de problemas que tenían estos primeros c.integrados, y sobretodo, se ha conseguido un proceso de fabricación que permite hacer cantidades ingentes, lo que permite un precio final bastante bajo, teniendo en cuenta lo complejo y costoso del diseño de uno de estos circuitos integrados



3. Clasificación según su construcción

3.1. Monolíticos
A esta clase pertenecen la gran mayoría. Como su nombre deja ver, constan de un sólo cristal de semiconductor en donde van todos los componentes. Tienen la limitación de que sólo sirven para potencias reducidas (del orden de uno o pocos W).

Circuito 555, típico representante de fabricación en formato monolítico


3.2. De película delgada o gruesa.
Para potencias mayores que los monolíticos, también ocupan mas espacio aunque siguen siendo de tamaño mas reducido que el equivalente con componentes "discretos". Se entiende por componente "discreto" aquél "de toda la vida", es decir, componentes por separado, clásicos: resistencias, condensadores, transistores, diodos, bobinas...

 
3.3. Híbridos
Es una combinación de los dos anteriores. Los circuitos híbridos se usan también para potencias relativamente altas, como los amplificadores de audio. La conocida serie STK pertenece a esta categoría.

Circuito integrado HIBRIDO



4. Clasificación según el tipo

4.1. Según la función: Analógicos y digitales

- Analógicos: Tratan señales de tipo analógico. Por ejemplo, amplificadores, osciladores, procesadores de señal (audio, vídeo, señal de radio, datos, tensiones que equivalen a una magnitud física...).

Suelen tener una función concreta y definida, aunque a menudo tienen cierta flexibilidad en su uso según qué componentes se asocien a ellos: A sus terminales se conectan una serie de componentes externos, discretos. Según la disposición y el valor de estos componentes discretos, el integrado se comportará de una manera u otra. Ejemplo de esto son los circuitos operacionales.

- Digitales: Emulan el álgebra de boole, por lo tanto en lugar de trabajar con cualquier valor de tensión como los analógicos, funcionan mas bien con dos tensiones bien diferenciadas que simulan ser el "1" y el "0". Así, se puede establecer una correspondencia entre cada uno de estos dos valores de tensión y el álgebra de Boole:

0: Falso, no conectado, tensión cero
1: Verdadero, conectado, tensión 5 voltios

Estos integrados digitales llevan en su interior muchos transistores que simulan el 1 y el 0 según conduzcan o no.

Existen las llamadas puertas lógicas, que son la unidad básica en electrónica digital (dedicaré un capítulo a las puertas lógicas). Hay integrados que contienen varias puertas lógicas en su interior, y es el usuario quien conecta estas puertas por medio de los terminales del circuito integrado.

El siguiente dibujo es un circuito integrado "7408" que incorpora cuatro puertas "and". Emulando el Álgebra de Boole, la salida de cada puerta sólo es "verdad" si ambas entradas son verdad:

Circuito 7408, consta de cuatro puertas "AND" de dos entradas cada una.


Otro tipo de integrado digital, ya mas avanzado, son las memorias, los microprocesadores, multiplexores y demultiplexores, codificadores y decodificadores...



4.2. Según la escala de integración

Un circuito integrado, atendiendo al número de componentes que contenga en su interior, puede ser:

SSI. Short Scale Integration: Es la escala menor. Comprende hasta unos 100 transistores.

MSI. Medium Scale Integration: Hasta 1000 transistores

LSI. Large Scale Integration: Hasta 10.000 transistores, lo que permite implementar mas de 1000 puertas lógicas. Con esto ya se puede hacer un circuito que realice operaciones concretas, como un display digital, una calculadora básica, un driver...

VLSI. Very Large Scale Integration: Hasta 100.000 transistores. Esta escala de integración hizo posible la miniaturización y simplificación de la electrónica de consumo. El concepto "portátil" comienza a hacerse realidad.

ULSI. Ultra Large Scale Integration: Hasta 1.000.000 de transistores.

GLSI. Gyga Large Scale Integration: Más de 1.000.000 de transistores. Los microprocesadores con esta escala de integración son realmente potentes y son la base de los actuales ordenadores, tablets, smartphones, etc.




5. Saber lo esencial de un circuito integrado: El datasheet

Como con el resto de semiconductores (transistor, diodo, triac, tiristor) hallaremos en datasheet la información mas relevante de un circuito integrado. Lo mas importante es:

- Qué función realiza
- Orden y función de las patillas o terminales
- Configuraciones (cuando proceda, y no siempre)

Por ejemplo, tenemos a continuación la información del conocido circuito 555 en versión LM555 (National Semiconductor) en datasheet donde podemos ver dos de las doce páginas de información. Allí se describe para qué sirve este integrado, sus características principales, el orden y función de los terminales...





Internet puede ser nuestro aliado para obtener esta información. Basta con poner en un buscador el código del circuito para que aparezcan páginas con información.
6. Encapsulados. Zócalos

Como ocurre con todos los semiconductores, el verdadero componente va recubierto de una envoltura protectora que se conoce como "encapsulado", que suele ser de plástico o cerámico. Hay gran variedad de formatos y encapsulados para circuitos integrados, incluyendo el formato SMD que se usa de forma casi exclusiva para los dispositivos modernos como ordenadores y smartphones. 

Los encapsulados mas comunes son:

DIP (Dual In line Package)

Los terminales van dispuestos en dos hileras paralelas a ambos lados del integrado. El número de patillas puede variar desde un mínimo de 8 (cuatro a cada lado) hasta 64 patillas (32 a cada lado) como es el caso de los microprocesadores de algunos electrodomésticos como TV, los antiguos vídeos...

Circuito integrado DIP

Este encapsulado es de los más antiguos, se usa en integrados de baja y media escala de integración. El integrado se inserta en el circuito impreso por el lado de los componentes de la misma forma que un componente discreto, y se sueldan sus terminales por el lado de las pistas de cobre.

Para este encapsulado existe la opción de usar un zócalo de modo que no se suelda el integrado sino que se acopla a dicho zócalo, lo que hace más rápida y cómoda la operación de poner/quitar el integrado en el circuito, además de evitar el stress de la soldadura. Esto es muy útil para circuitos integrados programables ya que tienen que ser retirados del circuito para programarlos.

Zócalos para circuitos integrados DIP


SIP (Single In line Package)

También es uno de los primeros formatos de encapsulado, y al igual que el DIP, se usa en pequeña y mediana escala de integración. Constan de una sola hilera de terminales (de 4 a 24). Se fijan al circuito igual que los DIP: Por el lado de los componentes y soldando sus terminales por el lado del cobre.

Encapsulado SIP
 
Los dos encapsulados anteriores son los mas sencillos de manejar por el aficionado, pues se sueldan en un circuito como un componente más, además, la distancia entre terminales es relativamente grande, lo que hace que su soldadura/desoldadura no sea problemática. 

A continuación veremos unos cuantos formatos más de encapsulado, ya no tan fáciles de manejar, pues son SMD (montados en superficie), es decir, se sueldan directamente en el lado del cobre y sus terminales están bastante próximos, lo que hace necesaria una gran pericia para manipularlos y en ocasiones disponer de estaciones de soldadura específicas.


SOIC (Small Outline Integrated Circuit)

Recuerdan al formato DIP, pero éstos son para montaje SMD. También se les conoce como "alas de gaviota" por la forma de sus terminales.
Encapsulado SOIC

SOJ (Small Outline J-Lead)

Sus terminales recuerdan la letra "J" y de ahí su nombre. 
Este encapsulado se utiliza para hacer memorias DRAM

Encapsulado SOJ




TSOP (Thin Small Outline Package)

Se utilizaron inicialmente para hacer módulos de memoria SIMM, ahora también forman módulos de memoria DRAM. Este encapsulado tiene terminales con la forma de "ala de gaviota", como las SOIC.

Encapsulado TSOP

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

Los terminales aparecen ahora por los cuatro lados del chip. El chip puede ser cuadrado o rectangular. Los terminales tienen forma de J para ahorrar espacio. Pueden tener más de 100 terminales. Existen zócalos para este tipo de encapsulado.
Encapsulado PLCC


QFP (Quad Flat Package)

Una variante del anterior, ahora los terminales vuelven a tener forma de "ala de gaviota" en lugar de forma de "J". Los hay desde unos pocos pines (terminales) hasta más de 200. Se sueldan con una pasta especial y también existe la opción del zócalo para este encapsulado.
Encapsulado QFP


PGA (Pin Grid Array)

En este encapsulado la novedad consiste en que los pines o terminales del chip van por debajo (y no a los lados), lo que reduce notablemente el espacio. Es el formato típico de los microprocesadores.
Encapsulado PGA

BGA (Ball Grid Array)

Parecido al anterior, la mejora consiste en que en lugar de terminales con forma de pin, son de forma esférica. Esto permite aumentar el número de pines sin aumentar el volumen del integrado ni disminuir mucho la distancia (ya bastante reducida) entre pines.
Encapsulado BGA


Hay muchos mas formatos de encapsulado que los aquí expuestos, y además, surgen nuevos formatos con frecuencia debido al gran avance de estas tecnologías.




7. Reconocer el orden de los terminales en un c.integrado

A la hora de hacer alguna medición en un pin concreto de un integrado, o simplemente por conocer el orden de dichos pines, vamos a ver cómo reconocer en que orden van dispuestos.

Lo más práctico y fiable es el la hoja de especificaciones o datasheet

En circuitos con:

encapsulado DIP:

Orden de los pines (terminales) en un circuito integrado DIP, SIP y SMD

En el dibujo sobre estas líneas vemos una señal en un extremo del chip (el chip mas a la izquierda). A veces esta señal es una muesca o hendidura, otras veces es un punto impreso en el encapsulado. Esta señal marca el pin número 1. A continuación, siempre en sentido contrario a las agujas del reloj, iremos contando progresivamente 2, 3, 4 hasta llegar al final de la hilera.

A continuación subimos a la otra hilera de pines y ahora numeramos de derecha a izquierda. Iremos numerando siempre en sentido contrario a las agujas del reloj. Y así hasta llegar al pin más de la izquierda.


encapsulado SIP

En el mismo dibujo anterior, el chip del centro es de tipo SIP.
Aquí es bastante intuitiva la cosa: Mirando hacia nosotros el chip por la parte que pone su código, numeramos de izquierda a derecha, empezando por la patilla "1" tal como si estuviésemos leyendo.


Tipos SMD

Para los restantes tipos de encapsulado (chip a la derecha del dibujo), suele haber una marca en una esquina que determina el pin número uno. También aquí, en sentido contrario a las agujas del reloj, iremos numerando.



8. Algunas funciones típicas de los circuitos integrados

8.1. Propósito general

No hay prácticamente función o trabajo que no pueda hacer un circuito integrado. Se diseñan para cualquier propósito. Los hay que realizan funciones básicas, tales como amplificadores, osciladores, contadores, divisores de frecuencia, comparadores, funciones lógicas, interpretación de melodías musicales; y también los hay que realizan funciones mas complejas e incluso una función completa por sí misma, como el control de una calculadora, un receptor de ondas de radio, alarmas, el control de un GPS, un mando a distancia codificado...


8.2. Memorias

Como los circuitos integrados están basados en miles o millones de componentes y uno de los componentes más fáciles de incluir es el transistor, esto lo hace candidato ideal para hacer memorias con ellos, ya que un transistor puede emular la lógica de boole que está basada en el código binario (ceros y unos) según el transistor adopte uno u otro de los dos estados que le son caracteristicos: En corte (no conduce) o en saturación (conduce).

Cada día se hacen memorias con más y más capacidad. Hace unos pocos años, los PC tenían unas pocas K de memoria. El mismo Bill Gates dijo: "Con 640 Kb de RAM se debería poder hacer cualquier cosa". Hoy, cualquier ordenador tiene varios miles de veces mas memoria RAM. Por ejemplo, dos GB (que hoy ya no es nada espectacular) son unas 3000 veces mas memoria que 640 Kb...

Y nada parece indicar que la carrera de mejora en las memorias se vaya a detener...

Módulo de memoria con ocho chips


 
8.3. Microcontroladores / Microprocesadores

Otro uso por excelencia para los circuitos integrados. De no ser por ellos no existirían los ordenadores tal y como los conocemos en la actualidad. 

Los primeros ordenadores (sin circuitos integrados) ocupaban habitaciones enteras e incluso la planta entera de un edificio, toda llena de electrónica "clásica", y con un consumo digno de una pequeña central. Así eran los primeros ordenadores, y no tenían la potencia de los actuales, ni mucho menos...

Microprocesador actual



9. Práctica con un circuito integrado: Pequeño amplificador de audio

En el vídeo del siguiente enlace, de la colección "circuitos útiles", podemos hacer un circuito práctico basándonos en un circuito integrado como componente principal.

Pequeño amplificador de sonido con circuito integrado LM386



10. Rincón de la Teoría. El EFECTO LARSEN

También conocido como Realimentación o -del inglés- "feedback".
Es un fenómeno que ocurre en la naturaleza y también puede suceder en los equipos electrónicos.

Este fenómeno ocurre cuando un hecho "A" favorece que se produzca otro hecho "B", y a su vez el hecho "B" favorece que se produzca el hecho "A", y así se establece un bucle que va en aumento hasta que algún límite impide que vaya a más.

Esto tiene especial importancia en el mundo del sonido. Todos hemos escuchado de un escenario ese potente y molesto pitido. Decimos que hay "acople", nombre con el que también se conoce este fenómeno.

Realimentación. Efecto Larsen


En el dibujo vemos cómo se produce este fenómeno:

a) Por ejemplo, la voz del cantante es captada por el micrófono

b) La señal del micrófono se envía al amplificador y actúa sobre los altavoces

c) El sonido proveniente de los altavoces actúa de nuevo sobre el micrófono, que vuelve a enviar la misma señal al amplificador y de ahí a los altavoces...

d) Y se repite el proceso en un bucle, originando ese molesto pitido cuya intensidad y frecuencia dependerá de muchos factores: Distancia entre micro y altavoces, direccionalidad del micro, curva de respuesta del equipo...


Cómo evitar el efecto Larsen:

- Usar micrófonos direccionales
- No dirigir el micrófono a los altavoces
- Situar los micrófonos lejos de los altavoces
- El micrófono, siempre detrás de los altavoces
- Si se dispone de ecualizador, atenuar la banda de frecuencia a la que se produce el acople.
- Reducir el volumen del equipo




11. El vídeo