Electrónica

 «Terminología electrónica»

La pasividad o un componente pasivo es una característica de ingeniería de sistemas, más comúnmente utilizada en ingeniería electrónica y sistemas de control. Un componente pasivo, según el campo, puede ser un componente que consume (pero no produce) energía, o un componente que es incapaz de poder tener ganancia. Un componente que no es pasivo se considera un componente activo. Un circuito electrónico integrado formado por componentes pasivos se denomina circuito pasivo, y tiene las mismas propiedades que un componente pasivo.Es ese componente en el que relación tensión/corriente no es lineal, es decir es capaz de aplicar un ganancia.

Un componente activo no cumple la condición de pasividad, es decir la energía eléctrica de la señal que sale es mayor que la de la señal que entra.

Son componentes activos por ejemplo: un transistor, un amplificador operacional.

Contrasta la amplia gama de componentes activos, con el otro gama igualmente numerosa de componentes pasivos, que incluye componentes de un uso muy general como son: resistencias, condensadores, bobinas, etc.

Hablemos del Ruido Eléctrico

Introducción Definición y clasificación del Ruido Eléctrico Elementos que participan en la reducción del Ruido Eléctrico Condensador Bobina Bobina y Condensador Consideraciones al Diseñar un Circuito Impreso ó PCB Bibliografía Documentos de Descarga 17 Julio del 2007 Introducción: Este artículo describe los fenómenos relacionados al ruido eléctrico que causan perturbaciones en los circuitos impresos PCB, y los diversos elementos que entran en acción que lo generan y que pueden ayudar a disminuir sus efectos en pistas circundantes. estos son impresiones que he recogido de diversas fuentes sobre lo que hacen acerca de los efectos de cualquier fenómeno de interferencia desde/hacia un circuito. volver arriba Definición y clasificación del Ruido Eléctrico Una tarjeta de circuito impreso (PCB por sus siglas en inglés) desde una perspectiva general puede llegar actuar como una antena transmisora y/o receptora, depende como se haga el diseño (layout) tendremos una balanza con la inductancia por un lado y la capacitancia por el otro, y es aquí donde entra el estudio de mantener la balanza equilibrada y así mantener al sistema (circuito) estable y aislado de otros sistemas cercanos. El siguiente artículo es una recopilación de los tópicos más importantes acerca de lo que hacen los expertos para combatir los fenómenos de interferencia desde/hacia un circuito eléctrico. En un sistema puede ocurrir lo siguiente:   clasificación del ruido eléctrico Clasificados en: EMI = Interferencia Electromagnética. RFI = Interferencia de Radiofrecuencia. ESD = Descarga Electrostática. Y los parámetros involucrados: Amplitud Frecuencia Velocidad Impedancia Distancia Temperatura La Figura 1 es interesante porque en el caso, de los que usamos los uC PIC puede actuar como fuentes emisoras o receptoras de EMI. Cabe decir que existe una norma regulatoria llamada Compatibilidad Electromagnética (EMC) para establecer un estándar en cada equipo electrónico en el mercado y regular la interferencia generada respecto a otros equipos cercanos. volver arriba Elementos que participan en la reducción del ruido eléctrico Condensador Bobina Diseño del PCB Caso del Condensador Un condensador ó capacitor real se representa:   Representación de un condensador real Como podrán notar posee una resistencia y una inductancia llamada ESR y ESL respectivamente. ESR es la resistencia serie equivalente y ESL es la inductancia serie equivalente, ambos son elementos de perdidas y se tienen que tomar en cuenta. Por ello se debe elegir correctamente el tipo de condensador de acuerdo a la etapa donde se usará. He aquí una tabla:   Tipos de Condensadores En etapas de filtrado para fuentes de alimentación, se utilizan capacitares electrolíticos para mantener un nivel mínimo de rizado. También se usa agrupaciones de capacitores en paralelo:   Condensadores en Paralelos Cuya finalidad es que los capacitores en conjunto disminuyan el ESR y el ESL y permita manejar altos rizos de corriente sin aumentar demasiado la temperatura interna. Otro ejemplo comúnmente usado es el capacitor de desacoplo en los pines de alimentación de los circuitos integrados   condensador de desacoplo volver e elementos Caso de la Bobina Una bobina es frecuente conseguirla en filtrados de fuentes altamente estables, como en las fuentes de poder AT(X) que alimentan la CPU de los ordenadores. La función de las bobinas es la de suprimir corrientes parasitas que circulen en el circuito, se usa mayoritariamente en filtros de fuentes de alimentación y tiene una componente resistiva, a baja frecuencias (<100khz 100khz="" a="" bobinas="" cambia="" cleo="" como="" comportamiento="" de="" dentro="" encima="" es="" existen="" ferrita.="" gama="" inductivo="" la="" las="" lido="" los="" material="" n="" nbsp="" por="" que="" resistivo.="" s="" son="" span="" style="text-decoration: underline;" su="" tienen="" y="">CARACTERÍSTICAS DE LAS FERRITAS

:

• Excelentes para frecuencias encima de los 25KHz.
• Disponible en variadas formas y tamaños incluyendo el estilo resistor reforzado.
• La impedancia a altas frecuencias es principalmente resistiva, ideal para filtraje en HF.
• Bajas perdidas DC: la resistencia del alambre pasando a través de la ferrita es muy baja.
• Alta saturación de corriente.
• Bajo costo.

y la selección de acuerdo a la situación: ELEGIR LA FERRITA CORRECTA DEPENDE DE:

• Fuentes de interferencias.
• Rango de la frecuencia de interferencia.
• Impedancia requerida a la frecuencia de interferencia.
• Condiciones ambientales:
• Temperatura, magnitud de un campo AC y DC, tamaño / espacio disponible.
• No olvidar probar el diseño.

Hay que advertir que cuando se trabaja con bobinas hay que ensayar repetidamente hasta obtener el resultado deseado, pues estos factores solo se consiguen mediante la experimentación. Existen 2 tipos de bobinas: los solenoides y las toroidales, aquí mostramos una imagen del comportamiento del campo magnético en los 2 tipos y la ventaja de uno respecto al otro

 

Núcleos Inductores

Observe que en el solenoide el campo magnético fluye por el aire hasta cerrar el ciclo, mientras que en el toroide, el campo fluye a través de su núcleo, teniendo una ventaja porque dicho campo no causará interferencia en zonas cercanas a la bobina. Construir bobinas es una técnica delicada porque intervienen muchas variables físicas que dependen del tipo de material, el grosor y las constantes magnéticas, afortunadamente hay personas que han elaborado tablas con valores aproximados que facilitan la construcción y la han puesto a disposición por Internet. Un ejemplo es el documento núcleos toroidales que se consigue en http://www.ure.es/gpa/modules.php?name=Downloads&d_op=getit&lid=240

volver e elementos

Caso de Bobina y Condensador

Es lógico pensar que el cruce de un capacitor mas una bobina es un filtro LC, entre los variados filtros buscados tenemos:

 

Esquema de un filtro de línea

Un inductor en serie o paralelo con un condensador forma un circuito resonante que ofrece oposición en un margen de frecuencias predeterminadas.

 

Configuración de un filtro RC

Para terminar el análisis de los componentes, he aquí una figura que muestra el comportamiento “real” de los elementos nombrados a diferentes frecuencias y su respectiva respuesta

 

Comportamiento de los componentes pasivos

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Consideraciones al Diseñar un Circuito Impreso ó PCB

• El Plano Masa
• Punto Estrella
• DGND y AGND
• Fuente de Alimentación
• Orientación de los Componentes

El Plano Masa de Tierra ó GND: Hay muchas formas de crear planos y eso dependerá de la frecuencia de operación. La forma tradicional ó básica, es lanzar un solo plano de tierra general y conectar los GND de los componentes a ese plano, pues resulta que puede no funcionar así en ciertos rangos. suponiendo un solo plano de tierra lanzado en una cara exclusivo para él, puede ser beneficioso, pero observe lo que puede suceder en las pistas.

 

Distribución de las lineas de Tierra

Esto concuerda con el comportamiento del cable de la figura 10. Ante esta situación viene el otro método, crear un sistemas de planos tierras, que a la final será el mismo, pero conectados en uno o varios puntos separados. A esta conexión la llaman estrella.

 

Conexión tipo estrella

Cuya organización general quedaría así:

 

Concepto de la tierra multipunto

La idea es crear tantas conexiones a tierra como se pueda, incluso se dice que en un PCB al menos del 30% al 40% de los pines deberían dedicarse al GND. Recuerden que el plano tierra se caracteriza por tener el mas bajo nivel de impedancia y con esta técnica estamos reduciendo impedancias generadas por redes R-L en pistas largas. Otro método para aislar el ruido eléctrico es que si por ejemplo tenemos etapas analógicas mezcladas con etapas digitales, es separar las idas y retornos de alimentación. El GND analógico y el GND digital (igual ocurre con los pines de alimentación Vdd) en tal situación, es similar a lo hablado anteriormente:

 

como conectar una tierra multipunto

 

Sistema multipunto

Y las recomendaciones siguen, un sinfín de estrategias que debe pensar el diseñador. Algunos ejemplos de conexión de circuitos y en el PCB

 

Plano de tierra uC PIC

 

Evitando interferencia de radiofrecuencia

 

Posición de varias etapas

 

Efecto de acoplamiento térmico

 

Reducción del acoplamiento inductivo

 

Como rutear pistas en pcb

 

Ruteo de pistas mejorado

 

Trazado de las pistas de alimentación

La tecnología de los circuitos integrados también entra en juego y es un factor adicional a tomar en cuenta

 

Longitud de pistas

El término “línea finita” es una traducción aproximada del inglés “Line Termination”. Una línea finita es una carga resistiva que se coloca al final de la pista donde se transmite la señal, la idea de la carga resistiva es balancear la línea de transmisión y mantener la impedancia característica de la pista.

 

Terminaciones paralelas

Con una señal de alta frecuencia (dependiendo de la familia digital IC) y con pistas muy delgadas ya se empieza a hablar de líneas de transmisión y en una línea de transmisión ocurren reflexiones de la señal que se está enviando, provocando degradación y perdidas de datos que se intentan transmitir. para evitar reflexiones en la pista del PCB, es conveniente mantener la impedancia característica en toda la línea y una línea finita es una forma de lograr ese cometido. para ahondar aún mas, entre una pista y otra cercana (paralela) puede ocurrir lo siguiente:

 

Plagas de absorción dieléctrica

y la propia baquelita puede llegar actuar como un condensador:

 

Capacitancia en un circuito impreso

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