5.8: Construyendo circuitos de resistencia simples

Cómo construir un circuito en serie simple

Si todo lo que deseamos construir es un circuito simple de una sola batería y una sola resistencia, podemos usar fácilmente cables de puente de clip de cocodrilo como este:

Los cables de puente con clips de resorte estilo “cocodrilo” en cada extremo proporcionan un método seguro y conveniente para unir componentes eléctricamente.

Si quisiéramos construir un circuito en serie simple con una batería y tres resistencias, se podría aplicar la misma técnica de construcción “punto a punto” usando cables puente:

Uso de una placa de pruebas sin soldadura para circuitos más complejos

Esta técnica, sin embargo, resulta poco práctica para circuitos mucho más complejos que esto, debido a la torpeza de los cables puente y la fragilidad física de sus conexiones. Un método más común de construcción temporal para el aficionado es la placa de prueba sin soldadura, un dispositivo hecho de plástico con cientos de enchufes de conexión cargados por resorte que unen los extremos insertados de los componentes y/o piezas de alambre sólido de calibre 22. Aquí se muestra una fotografía de una tabla de pruebas real, seguida de una ilustración que muestra un circuito en serie simple construido sobre uno:

Debajo de cada orificio en la cara de la placa de pruebas hay un clip de resorte de metal, diseñado para agarrar cualquier cable insertado o cable de componente. Estos clips de resorte de metal se unen debajo de la cara de la placa de prueba, haciendo conexiones entre los cables insertados. El patrón de conexión se une cada cinco agujeros a lo largo de una columna vertical (como se muestra con el eje largo de la placa de pruebas situado horizontalmente):

Por lo tanto, cuando se inserta un cable o conductor de componente en un orificio en la placa de pruebas, hay cuatro orificios más en esa columna que proporcionan puntos de conexión potenciales a otros cables y/o conductores de componentes. El resultado es una plataforma extremadamente flexible para la construcción de circuitos temporales. Por ejemplo, el circuito de tres resistencias que se acaba de mostrar también podría construirse sobre una placa de pruebas como esta:

Un circuito paralelo también es fácil de construir en una placa de prueba sin soldadura:

Sin embargo, las tablas de pruebas tienen sus limitaciones. En primer lugar, están destinados únicamente a la construcción temporal. Si coges una tabla de pruebas, la vuelves boca abajo y la agitas, cualquier componente enchufado en ella seguramente se aflojará y puede caerse de sus respectivos agujeros. Además, las placas de prueba están limitadas a circuitos de corriente bastante baja (menos de 1 amperio). Esos clips de resorte tienen un área de contacto pequeña y, por lo tanto, no pueden soportar altas corrientes sin un calentamiento excesivo.

Soldadura o Envoltura de Cables

Para una mayor permanencia, es posible que uno desee elegir soldadura o envoltura de alambre. Estas técnicas implican sujetar los componentes y los cables a alguna estructura proporcionando una ubicación mecánica segura (como una placa fenólica o de fibra de vidrio con agujeros perforados en ella, como una placa de prueba sin las conexiones intrínsecas de clip de resorte), y luego unir cables a los cables de componentes asegurados. La soldadura es una forma de soldadura a baja temperatura, que utiliza una aleación de estaño/plomo o estaño/plata que se funde y une eléctricamente a objetos de cobre. Los extremos de alambre soldados a cables de componentes o a “almohadillas” de anillo de cobre pequeñas unidas en la superficie de la placa de circuito sirven para conectar los componentes juntos. En la envoltura de alambre, un cable de calibre pequeño se envuelve firmemente alrededor de los cables de los componentes en lugar de soldarse a cables o almohadillas de cobre, la tensión del cable envuelto proporciona una unión mecánica y eléctrica sólida para conectar los componentes entre sí.

En esta fotografía se muestra un ejemplo de una placa de circuito impreso, o PCB, destinada a uso aficionado:

Esta placa aparece cobre-side-up: el lado donde se realiza toda la soldadura. Cada agujero está anillado con una pequeña capa de metal de cobre para la unión a la soldadura. Todos los agujeros son independientes entre sí en esta placa en particular, a diferencia de los agujeros en una placa sin soldadura que están conectados entre sí en grupos de cinco. Sin embargo, las placas de circuito impreso con el mismo patrón de conexión de 5 orificios que las placas de prueba se pueden comprar y usar para la construcción de circuitos de hobby.

Placas de circuito impreso (PCB)

Las placas de circuito impreso de producción tienen trazas de cobre depositadas sobre el material de sustrato fenólico o de fibra de vidrio para formar vías de conexión prediseñadas que funcionan como cables en un circuito. Aquí se muestra un ejemplo de una placa de este tipo, esta unidad en realidad es un circuito de “fuente de alimentación” diseñado para tomar 120 voltios de corriente alterna (CA) de una toma de corriente de pared doméstica y transformarla en corriente continua de bajo voltaje (CC). Aparece una resistencia en esta placa, el quinto componente contando hacia arriba desde la parte inferior, ubicada en la zona media derecha de la placa.

Una vista de la parte inferior de esta placa revela las “trazas” de cobre que conectan los componentes entre sí, así como los depósitos plateados de soldadura que unen el componente conducen a esas trazas:

Un circuito soldado o envuelto con alambre se considera permanente: es decir, es poco probable que se desmorone de manera accidental. Sin embargo, estas técnicas de construcción a veces se consideran demasiado permanentes. Si alguien desea reemplazar un componente o cambiar el circuito de alguna manera sustancial, debe invertir una buena cantidad de tiempo deshaciendo las conexiones. Además, tanto la soldadura como la envoltura de alambre requieren herramientas especializadas que pueden no estar disponibles de inmediato.

Tiras de Terminales

Una técnica de construcción alternativa utilizada en todo el mundo industrial es la de la regleta de bornes. Las regletas de terminales, llamadas alternativamente tiras de barrera o bloques de terminales, están compuestas de una longitud de material no conductor con varias pequeñas barras de metal incrustadas dentro. Cada barra de metal tiene al menos un tornillo de máquina u otro sujetador bajo el cual se puede asegurar un cable o cable de componente. Los cables múltiples sujetos por un tornillo se hacen eléctricamente comunes entre sí, al igual que los cables sujetos a múltiples tornillos en la misma barra. La siguiente fotografía muestra un estilo de regleta de bornas, con algunos cables conectados.

Otra regleta de bornas más pequeña se muestra en esta siguiente fotografía. Este tipo, a veces conocido como un estilo “europeo”, tiene tornillos empotrados para ayudar a evitar cortocircuitos accidentales entre terminales por un destornillador u otro objeto metálico:

En la siguiente ilustración, se muestra un circuito de una sola batería y tres resistencias construido sobre una regleta de bornes:

Si la regleta de terminales utiliza tornillos de máquina para sujetar el componente y los extremos del cable, no se necesita más que un destornillador para asegurar nuevas conexiones o romper conexiones antiguas. Algunas regletas de terminales utilizan pinzas con resorte, similares a las de una placa de pruebas, excepto por mayor robustez, enganchadas y desacopladas usando un destornillador como herramienta de empuje (sin torsión involucrada). Las conexiones eléctricas establecidas por una regleta de terminales son bastante robustas y se consideran adecuadas tanto para la construcción permanente como temporal.

Traducción de un diagrama esquemático a un diseño de circuito

Una de las habilidades esenciales para cualquier persona interesada en la electricidad y la electrónica es poder “traducir” un diagrama esquemático a un trazado de circuito real donde los componentes pueden no estar orientados de la misma manera. Los diagramas esquemáticos generalmente se dibujan para obtener la máxima legibilidad (¡excepto esos pocos ejemplos notables esbozados para crear la máxima confusión!) , pero la construcción práctica de circuitos a menudo exige una orientación de componentes diferente. Construir circuitos simples en regletas de terminales es una forma de desarrollar la habilidad de razonamiento espacial de “estirar” cables para hacer las mismas rutas de conexión. Considere el caso de un circuito paralelo de una sola batería y tres resistencias construido en una regleta de terminales:

Avanzar de un diagrama esquemático agradable, ordenado y al circuito real, especialmente cuando las resistencias que se van a conectar están dispuestas físicamente de manera lineal en la tira de terminales, no es obvio para muchos, así que esbozaré el proceso paso a paso. Primero, comience con el diagrama esquemático limpio y todos los componentes asegurados a la regleta de terminales, sin cables de conexión:

A continuación, trace la conexión del cable desde un lado de la batería hasta el primer componente en el esquema, asegurando un cable de conexión entre los mismos dos puntos en el circuito real. Me parece útil sobredibujar el cable del esquema con otra línea para indicar qué conexiones he hecho en la vida real:

Continuar con este proceso, cable por cable, hasta que se hayan contabilizado todas las conexiones en el diagrama esquemático. Podría ser útil considerar los cables comunes de una manera similar a Spice: haga todas las conexiones a un cable común en el circuito como un paso, asegurándose de que todos y cada uno de los componentes con una conexión a ese cable realmente tengan una conexión a ese cable antes de continuar con el siguiente. Para el siguiente paso, voy a mostrar cómo los lados superiores de las dos resistencias restantes están conectados entre sí, siendo común con el cable asegurado en el paso anterior:

Con los lados superiores de todas las resistencias (como se muestra en el esquema) conectados entre sí, y al terminal positivo (+) de la batería, todo lo que tenemos que hacer ahora es conectar los lados inferiores juntos y al otro lado de la batería:

Normalmente en la industria, todos los cables están etiquetados con etiquetas numéricas, y los cables eléctricamente comunes llevan el mismo número de etiqueta, tal como lo hacen en una simulación SPICE. En este caso, podríamos etiquetar los cables 1 y 2:

Otra convención industrial es modificar ligeramente el diagrama esquemático para indicar puntos de conexión de cables reales en la regleta de bornes. Esto exige un sistema de etiquetado para la propia tira: un número “TB” (número de bloque de terminales) para la tira, seguido de otro número que representa cada barra de metal en la tira.

De esta manera, el esquema puede ser utilizado como un “mapa” para ubicar puntos en un circuito real, independientemente de cuán enredado y complejo pueda parecer a los ojos el cableado de conexión. Esto puede parecer excesivo para el circuito simple de tres resistencias que se muestra aquí, pero tal detalle es absolutamente necesario para la construcción y mantenimiento de circuitos grandes, especialmente cuando esos circuitos pueden abarcar una gran distancia física, utilizando más de una regleta de terminales ubicada en más de un panel o caja.

Revisar

• Una placa de prueba sin soldadura es un dispositivo utilizado para ensamblar rápidamente circuitos temporales enchufando cables y componentes en clips de resorte eléctricamente comunes dispuestos debajo de filas de agujeros en una placa de plástico.
• La soldadura es un proceso de soldadura a baja temperatura que utiliza una aleación de plomo/estaño o estaño/plata para unir cables y cables de componentes, generalmente con los componentes asegurados a una placa de fibra de vidrio.
• La envoltura de alambre es una alternativa a la soldadura, ya que involucra cables de calibre pequeño firmemente envueltos alrededor de los cables de los componentes en lugar de una junta soldada para conectar componentes juntos.
• Una regleta de terminales, también conocida como regleta de barrera o bloque de terminales, es otro dispositivo utilizado para montar componentes y cables para construir circuitos. Los terminales de tornillo o los clips de resorte pesados unidos a las barras de metal proporcionan puntos de conexión para los extremos de los cables y los cables de los componentes, estas barras de metal se montan por separado en una pieza de material no conductor como plástico, baquelita o cerámica.