Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 2/11
Generalitats del Disseny Electrònic (I)
• Reptes que ens hi trobem:
– No hi ha una ÚNICA solució pel mateix problema– Determinar quina INFORMACIÓ és important
• Aquest aspecte està molt relacionat, per exemple, amb l’elecció del sensor adequat
– Entendre el domini del senyal ANALÒGIC i DIGITAL (o el funcionament d’ambdós inclosos) i les seves conseqüències
• Coneixements fonamentals• Components disponibles• Aplicacions que podem realitzar• Equips per analitzar les seves característiques
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 3/11
Generalitats del Disseny Electrònic (II)
• Analògic (DC y AC)– Coneixements: Teoria de circuits,
electrònica analògica, electrònica de potència
– Temps continu (pla s)– Components: Tots tenen la mateixa
importància en el sistema– Sistemes tolerants a fallades– Ràpids (Acció immediata i continua
respecte al senyal d’error)– Algunes funcions bàsiques són més
fàcils de implementar: Suma, resta, etc)
– Aplicacions ‘Hardware’: Hi-Fi, Tv, Vídeo, RF i telecomunicacions
– Tractament del senyal limitat: Amplificació, Filtratge, Modulació, Rectificat
• Digital– Coneixements: Tractament digital
del senyal. Llenguatges de programació i comunicacions
– Temps discret x(t)-x(t-1) (pla z)
– Components: IC’s (Portes lògiques, Flip-Flop’s, Memòries, PLD’s, FPGA, PIC’s, uP, etc)
– Ràpids (Respecte al cicle de rellotge)– Es pot realitzar qualsevol funció per
molt complexa que sigui– Aplicacions ‘Software’– Tractament del senyal divers amb la
programació adequada: Anàlisi de sistemes, FFT, BW o qualsevol altre algoritme
dtdx
• La majoria d’aplicacions contemplen solucions híbrides
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 4/11
Generalitats del Disseny Electrònic (III)
– Què hi ha en el mercat elèctric-electrònic? • Sensors i transductors• Components passius (R, L i C’s) Omnipresents en pràcticament tots els circuits
electrònics quan és necessari canviar les característiques físiques dels senyals• Semiconductors (Diodes, transistors, TRIAC, IGBT, etc)• Circuits Integrats (IC’s). Funcionalitat flexible i fàcilment configurable per l’usuariCatàlegs i datasheets: www.alldatasheet.com
– Circuits integrats.- Dominen el panorama electrònic tant pel que respecta a les aplicacions analògiques com les digitals. A més estan en constant evolució gràcies a les millores en les tècniques utilitzades en la MINIATURITZACIÓ de dispositius
• Lley de Moore: ‘Cada any es dobla el nombre de transistors que poden integrar-se en un xip’
• Tecnologies: SSI, MSI, VLSI, ULSI, GLSI, MEMs, NEMs, c-MEMs• Tecnologia SMD de fabricació de components electrònics• Desenvolupament d’aplicacions cada vegada més intel·ligents
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 5/11
Implementació de Circuits Electrònics
– Com implementar circuits electrònics? • Coneixement dels components electrònics• Tècniques d’anàlisi: Analògic i Digital. Comprensió del funcionament• Sistema de blocs. Identificació de cadascuna de les parts que formen el
circuit electrònic– Fases del disseny electrònic Sempre tenim l’opció de veure
com ho han fet altres:- Application Notes
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 6/11
Software de Disseny Electrònic• Software Disseny Electrònic
– Disseny Elèctric• Orcad• AutoCad• Tango• CircuitMaker
– Disseny sistemàtic• Matlab• Boole Deusto
– Disseny PCB• Protel• Ultiboard (Multisim)• Caddy
• PSpice• Electronic Workbench (Multisim)
– Simulació
Analògica
Digital
• MAX Plus II (Altera)• Lattice• Xilinx
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 7/11
Generalitats de les magnituds elèctriques
– V Tensió elèctrica (V)– I Corrent elèctric (A)– P Potència elèctrica (W)
– R Resistència elèctrica (Ω)– L Inductància (H)– C Capacitat (F)
• En relació al component
• En relació a variables elèctriques•(AC i DC)
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 9/11
Senyals AC
• Paràmetres del senyal AC
• Formes d’ona
2PV
– f Freqüència (Hz)– p Període (s)– vP Tensió de pic– vPP Tensió pic a pic=– vrms Tensió eficaç =
Sinusoidal Cuadrada Amortiguada Graó
Dent de serra Pols Ona triangular Ona complexa
– Duty Cicle (amplada pols)
– tr, tf, ξ, etc…
pTH
PV·2
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 10/11
Principals elements que formen els circuits electrònics
• PassiusPurs:
• SemiconductorsDiscrets
Integrats: Amb elements passius i semiconductors
Resistències i potenciómetres
Amb memòria
Condensadors
Materials magnètics
Bobines Transformadors
Diodes Transistors
Elements mecànics
Interruptors, polsadors, relés,Indicadors, etc
Circuit Imprès
Introducció / Disseny de Circuits Electrònics 11/11
Funcionalitat i Disseny Electrònic
• En el circuit electrònic és més important l’abstracció a diferents nivells i el coneixement del funcionament a nivell de bloc que no pas saber com es comporten els elements que el formen, amb excepció dels dispositius programables
Circuit intern
do VAV ·A
plicació
321 VVVVo
Components Passius / Components Electrònics2/32
Components Electrònics passiusResistències
• Resistències de valor fixe• Fil o Bobinades (Precisió Moderada i dissipació de potència elevada)
• Químiques (Valors elevats, alta precisió baixa dissipació de potència)
– Característiques principals• Rn.- Resistència nominal• Pn.- Potència nominal• CT.- Coeficient de temperatura
– Ω/ºC, %/ºC, ppm/ºC
• TMax.- Temperatura màxima de funcionament
Rang de Potència: 1/16W fins a 2WValors normalitzats
Potèncxia elevada. Valors NO normalitzats (Catàleg)
Components Passius / Components Electrònics3/32
Components Electrònics passiusResistències
• Identificació de resistències fixes (I):•
– Codi de colors DIN IEC 62/10.89
Color 1 2 3 (Precisió) Mult. Tol.
Plata - - - x 0.01 ±10%
Oro - - - x 0.1 ±5%
Negre 0 0 0 1
Marró 1 1 1 x 10 ±1%
Vermell 2 2 2 x 102 ±2%
Ataronjat 3 3 3 x 103
Groc 4 4 4 x 104
Verd 5 5 5 x 105 ±0,5%
Blau 6 6 6 x 106
Morat 7 7 7 -
Gris 8 8 8 -
Blanc 9 9 9 -
(Cap) - - - - ±20%
Sèrie E192 E96 E48 E24 E12 E6
Tolerància ±0,5% ±1% ±2% ±5% ±10% ±20%
– Sèrie E: DIN IEC 63/12.85
• Aquests marcatge també l’utilitzen alguns condensadors de plàstic
Components Passius / Components Electrònics4/32
Components Electrònics passiusResistències
• Valors normalitzatsUnitat del valor
Normalitzat Sèrie E192 Sèrie E96 Sèrie E48 Sèrie E24 Sèrie E12 Sèrie E6
1
1.00, 1.01, 1.02, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.09, 1.10,1.11, 1.13, 1.14, 1.15, 1.17, 1.18, 1.20, 1.21, 1.23, 1.24, 1.26, 1.27, 1.29, 1.30, 1.32, 1.33, 1.35, 1.37, 1.38, 1.40, 1.42, 1.43, 1.45, 1.47, 1.49, 1.50, 1.52, 1.54, 1.56, 1.58, 1.60, 1.62, 1.64, 1.65, 1.67, 1.69, 1.72, 1.74, 1.76, 1.78, 1.80, 1.82, 1.84, 1.87, 1.89,
1.91, 1.93, 1.96, 1.98
1,00, 1.02, 1.05, 1.07, 1.10, 1.13, 1.15, 1.18, 1.21, 1.27,1.30, 1.33, 1.37, 1.40, 1.43,1.47, 1.50, 1.54, 1.58, 1.62, 1.65, 1.69, 1.74, 1.78, 1.82,
1.87, 1.91, 1.96
1,00, 1.05, 1.10, 1.15,1.21, 1.27, 1.33, 1.37,1.40, 1.47, 1.54, 1.62, 1.69, 1.78,1.87, 1.96
1,0, 1.1, 1.2,1.3, 1.5, 1.6,
1.8
1,0, 1.2, 1.5, 1.8 1.0, 1.5
22.00, 2.03, 2.05, 2.10, 2.13, 2.15, 2.18, 2.21, 2.23, 2.26,2.29, 2.32, 2.34, 2.37, 2.40, 2.43, 2.46, 2.49, 2.52, 2.55, 2.58, 2.61, 2.64, 2.67, 2.71, 2.74, 2.77, 2.80, 2.84, 2.87,
2.91, 2.94, 2.98
2.00, 2.05, 2.10, 2.15, 2.21, 2.26,2.32, 2.37, 2.43, 2.49, 2.55, 2.61,
2.67, 2.74, 2.87, 2.94
2.05, 2.15,2.26, 2.37, 2.49, 2.61, 2.74, 2.87
2.0, 2.2, 2.4,2.7 2.2, 2.7 2.2
3
3.01, 3.05, 3.09, 3.12, 3.16, 3.20, 3.24, 3.28, 3.32, 3.36 3.40,3.44, 3.48, 3.52, 3.57, 3.61, 3.65, 3.70, 3.74, 3.79, 3,83,
3.88, 3.92, 3.973.01, 3.09, 3.16, 3.24, 3.32, 3.40,3.48, 3.57, 3.65, 3.74, 3.83, 3.92
3.01, 3.16, 3.32, 3.48, 3.65, 3.83
3.0, 3.3, 3.6,3.9 3.3, 3.9 3.3
4 4.02, 4.07, 4.12, 4.17, 4.22, 4.27, 4.32, 4.37, 4.42, 4.48,4.53, 4.59, 4.64, 4.70, 4.75, 4.81, 4.87, 4.93, 4.99
4.02, 4.12, 4.22, 4.32, 4.42, 4.53, 4.64, 4.75, 4.87, 4.99
4.02, 4.22, 4.42, 4.64, 4.87 4.3, 4.7 4.7 4.7
5 5.05, 5.11, 5.17, 5.23, 5.30, 5.36, 5.42, 5.49, 5.56, 5.62, 5.69, 5.76, 5.83, 5.90, 5.97
5.11, 5.23, 5.36, 5.49, 5.62, 5.76, 5.90
5.11, 5.36,5.62, 5.90 5.1, 5.6 5.6 -
6 6.04, 6.12, 6.19, 6.26, 6.34, 6.42, 6.49, 6.57, 6.65, 6.73, 6.81, 6.90, 6.98
6.04, 6.19, 6.34, 6.49, 6.65, 6.81, 6.98 6.19, 6.49, 6.81 6.2, 6.8 6.8 6.8
7 7.06, 7.15, 7.23, 7.32, 7.41, 7.50, 7.59, 7.68, 7.77, 7.87, 7.96 7.15, 7.32, 7.50, 7.68, 7.87 7.15, 7.50, 7.87 7.5 - -
8 8.06, 8.16, 8.25, 8.35, 8.45, 8.56, 8.66, 8.76, 8.87, 8.98 8.06, 8.25, 8.45, 8.66, 8.87 8.25, 8.66 8.2 8.2 -
9 9.09, 9.20, 9.31, 9.42, 9.53, 9.65, 9.76, 9.98 9.09, 9.31, 9.53, 9.76 9.09, 9.53 9.1 - -
Components Passius / Components Electrònics5/32
Components Electrònics passiusResistències
• Identificació de resistències fixes (II):
– Codi de marques:• Valor: Dos o tres xifres
combinades amb una lletra per indicar el factor de multiplicació (Ex: 3R3 M.- 3.3Ω ±20%)
Lletra p n μ m
Mult. x10-12 x10-9 x10-6 x10-3
Lletra R,F K M G
Mult. x1 x103 x106 x109
Toleràncies simètriques
Tolerància % Lletra codi Tolerància % Lletra codi
±0.1 B ±2.5 H
±0.3 +30/-10 C ±5 J
±0.5 D ±10 K
±1 F ±20 M
±2 G ±30 N
Toleràncies asimètriques
Tolerància % Lletra codi Tolerància % Lletra codi
+30/-10 Q +100/-10 V
+30/-20 R +20/0 W
+50/-20 S +50/0 Y
+50/-10 T +80/-20 Z
+80/0 U +100/-20 -
Components Passius / Components Electrònics6/32
Components Electrònics passiusPotenciómetres
• Resistències de valor variable (I):• Potenciòmetres.• Trimmers.- Ajustables una sola vegada
(Per personal especialitzat)
• Reostats.- De potència
• Identificació de resistències variables :
– Codi de marques: • Acostumen a portar una referència que
indica el tipus de linealitat que segueix la variació
Referència Forma de la corba
1 Lineal (lin)
11 Lineal amb un punt
12 Lineal amb dos punts
13 Lineal amb tres punts
2 Exponencial creixent (+e)
3 Exponencial decreixent (-e)
4 Exponencial amb creixement acusat (+log)
41 Exponencial creixent acusada amb un punt
5 Exponencial decreixent acusat (-log)
51 Exponencial decreixent acusat amb un punt
6 Corba en S
61 Corba en S amb un punt
7 Corba creixent amb dos trams lineals
8 Corba decreixent amb dos trams lineals
91 Corba creixent amb dos trams parcials logarítmics i un punt
92 Corba creixent amb dos trams parcials logarítmics i dos punts
93 Corba creixent amb dos trams parcials logarítmics i tres punts
Encapsulats: DIN 45 922 T1./01.84Linialitat: DIN 41 450 T.1/11.87
Components Passius / Components Electrònics7/32
Components Electrònics passiusElements resistius especials (Sensors resistius)
• Resistències de valor variable (II):– Dispositius especials
• Per mesura de temperatura– Termistors NTC (DIN 4407/12.76)– PTC’s (Coeficient de temperatura positiu)
(DIN 44080/10.83)• Variables amb la tensió
– Varistors (Per protecció)
• Fotoresistències (sensibles a la intensitat lumínica)
– LDR • Per mesura de deformació
– Galgues extensiomètriques (També per mesura de força)
Components Passius / Components Electrònics8/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Principalment format per dues plaques i un dielèctric, són dispositius que emmagatzemen energia en forma de TENSIÓ– Tipus de condensadors:
• Paper• Polièster• Ceràmics• Mica• Electrolítics• Vidre• Variables
Material ε Material ε
Buit 1.0 Cristall comú 4.2
Aire 1.00059 Mica 4.5
Paper 2.7-3.5 Ceràmic 5.5
Resina 2.5 Vidre fi 7.0
Cauxo 2.8 Vidre ordinari 7.0-9.9
dSC··4
··11.1
2· 2VCW
• Designació de condensadors
Lletra Dielèctric Lletra Dielèctric
C Policarbonat T Politereftarat
P Polipropilé U Acetat de cel·lulosa
S Poliestiré
Normativa:Valor nominal i dentificació:
DIN 41 311/03.71DIN 41 312/06.67DIN 41 379/08.68
Identificació de connexions:DIN 41313/08.76DIN 48505/07.61(Tipus KS) 48505
Magnituds característiques i propietats
(Tipus MP) DIN 41180/02.64(Electrollitics)
DIN 41 240/06.74DIN 41 332/04.71
Components Passius / Components Electrònics9/32
• Encapsulats
Components Electrònics passiusCondensadors
Paper metalitzat
(MP)
Plàstic metalitzat
(MKC) (MKP)
Baixes pèrdues
Ceràmics
(NDK) (HDK)
(KS) (KP) (Mica)(MKP)
Electrolítics
(Alumini) (Tàntal)
Components Passius / Components Electrònics10/32
Components Electrònics passiusCondensadors
Tipus
Paper
Poliester Mica Ceràmic
Electrolítics
Normal Metal·litzat (MP) Alumini Tàntal
Valors - - 1-820nF 2.2pF-47nF 0.5pF-47nF10pF-1μF (multicapa) 1μF- en endavant 4.7uF-100uF
Tensions nominals (V)
DIN 41 311/03.71
40, 63, 100,160, 250,400, 630,1000
63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 250, 1000 40, 63, 100, 160, 250,630, 1000
10, 25, 100, 250, 1000 isuperior 10, 16, 20, 25, 35, 50
TolerànciesDIN 41 312/06.67
(Veure taula 1.4.7)J, K, M K, M C, D, F, G, H, J,
K, M(ab 10pF) B, D, F,G, J, K, M (ab 10pF) F, G, J, H, M W, C, R, Y, T, S, U, V,
- J, K,M, T, S
Formes de construcció
DIN 41313/08.76
Cos cilíndric o en forma de políedre i terminals en fil osoldadura axial o unilateral
Existeixen totesles formes deconstrucció
Tubulars o de disc ambconexions radials oaxials
Cos cilíndric ambconexions per un solcostat o axials.Terminals de soldadurao cargols
Revestiment de plàsticamb connexions per uncostat (gota)
IdentificacióDIN 41313/08.76
Recobriment exterior en traç perifèric. Els de papernormal porten un anell per indicar la tensió nominal
Recobrimentexterior
Recobriment indicat persigne de color
Pol positiu +.Polnegatiu: - o traç =Us industrial: ambcargol
Pol positiu: +Pol negatiu: Traç enperiímetre
• Característiques: Valors nominals, toleràncies i formes de construcció
Components Passius / Components Electrònics11/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Característiques: Aplicacions (I)
Tipus de condensador Norma DIN...
Gamma de temperatures en
ºC
Factor de pèrdues (tan δ)
en 10-3Aplicacions preferents
Condensadors de paper
Condensador de paper 41140...146, 41151...153,411561, 41159, 41161,41168, 41169,, 41177
-55 ... +125 A 50Hz: 2... 2.7 Condensadors d’allisat i d’altes tensions; suport a transitoris de 50Hzfins a 10KHz. Bateries de qualsevol tensió i volum
Condensadors de corrent continu de paper metal·litzat
MP 41180, 41187, 41189,41191, 4192, 41190...195 -55 ... +85 A 50Hz: 7... 8
A 1KHz: 12Telecomunicacions: Condensadors d’acoblament, supressió de senyal,d’altes tensions; suport a transitoris.
Condensadors de plàstic metal·litzat
MKU 41973 -55... +70/+85 A 1KHz: 12...15
Idonis per tensió contínua però també per tensions alternes de petitamagnitud; tècniques de miniatura; alta temperatura; allisat; acoblament;etapes de desviació de televisors, allà on es necessitin condensadors debaixes pèrdues.
MKT 44110... 113, 44121, 44122 -55/-40... +100 A 1KHz: 5...7
MKC 44115, 44116, 41379 -55/-40... +85/+100 A 1KHz: 1...3
MKP 41973 -40... +85 A 1KHz: 0.25
MKS41973
Components Passius / Components Electrònics12/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Característiques: Aplicacions (II)
Tipus de condensador Norma DIN...
Gamma de temperatures en
ºC
Factor de pèrdues (tan δ)
en 10-3Aplicacions preferents
Condensadors de pèrdues molt baixes
KS 41379...381, 385, 387, 388, 390 -55/-10...+70 A 1MHz: 0.4...1
Condensadors en circuits oscil·ladors on es necessita precisió en lafreqüència; filtres, acoblament i desacoblament amb aïllant elevat,tècniques de miniatura, alta temperatura (condensadors de mica ividre); condensador de bloc; condensadors de mesura. Els de vidre sónmolt constant i resistents a les radiacions
MKS-55... +70 A 1KHz: 0.5...1
KP-55/-25...+70 A 1MHz: 0.3...1
Condensadors de mica41120, 41121 -40...+85
A 50Hz: 0.015, a 1Khz: 0.0025, a 1MHz:
0.0003
MKV-55...+85 A 1KHz: aprox. 1
Condensadors de vidre-55...+125 A 1MHz: <0.5
Condensadors ceràmics
Condensador NDK (εr=13...470)
41353, 41920...924, 41928, 41930 -55/-25...+85/+125 A 1MHz: 0.4...1 En circuits oscil·lants de freqüència estabilitzada per a compensació de
la temperatura; filtres; alta tensió, impulsos, també usats en xips.
Condensador HDK (εr=700...50000) -55/+10...+70/+125 A 1KHz: 10...20 Acoblament, filtratge, condensadors d’alta tensió, impulsos, i xips.
Components Passius / Components Electrònics13/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Característiques: Aplicacions (III)
Tipus de condensador Norma DIN...
Gamma de temperatures en
ºC
Factor de pèrdues (tan δ)
en 10-3Aplicacions preferents
Condensadors electrolítics
Alumini 41240...245, 256,,,259, 316...318, 330,332 -55/-25...+70/+125 50Hz:80...300(fins a
1000μF) Filtratge, acoblament, allisat, motors, i acumuladors d’energia
Tàntal 41350...352, 355...357 -55...+85(+125) 120Hz: ≤40...350 Telecomunicacions, tècniques de medició i regulació. Allissat i acoblament en circuits híbrids (digital i analògic)
Components Passius / Components Electrònics14/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Dispositius especials
- Us industrial
Electrolítics:(Proposit general) o (PCB)
Electrolítics:(Càpsula de policarbonat)
- Arrancada de motors - Capacitat variable
(Ceràmic) (Poliproplié)
- Alta capacitat (1F)
- Per alta potència
(Reactàncies) (per IGBT)
- Reforç en l’aïllament
- Filtre en π
Components Passius / Components Electrònics15/32
Components Electrònics passiusCondensadors
• Identificació de condensadors– Codi de colors
– Codi de marques (Igual que en resistències)
– Codi 101.- Alguns fabricants l’utilitzen en els condensadors ceràmics i de paper
• Tres xifres. La última expressa el nombre de ceros que s’han de col·locar a la dreta per expressar el valor en pF
• Els de plàstics acostumen a intercalar una E abans de la tercera xifra.
Color Banda 1
Banda 2 Mult.
Tolerància Tensió nominal
(V)C>10pF
C<10pF
Negre - 0 1 ± 20% ±1pF
Marró 1 1 x 10 ±1% ±0.1pF 100
Vermell 2 2 x 102 ±5% ±0.25p
F 250
Ataronjat 3 3 x 103 -
Groc 4 4 x 104 - 400
Verd 5 5 x 105 ±2% ±0.5pF
Blau 6 6 x 106 - 630
Morat 7 7 - -
Gris 8 8 - -
Blanc 9 9 - ±10% ±1pF 1000
Components Passius / Components Electrònics16/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics (I)
• Principalment format per un fil conductor enrotllat al voltant d’un material magnètic. Són dispositius que emmagatzemen energia en forma de CORRENT– Tipus de nuclis:
• Toroidals• Tubular/Cilíndric• Balums o amb múltiples
forats• Formes en U, E, EI,EE i CC• RM i EPC
INL ·
2· 2ILW
El diàmetre del fil conductores selecciona en funció delcorrent que hi circuli
– Material magnètics més utilitzats1) Ferrita d’acer (30-40)
“Moltes pèrdues”2) Aliatges de Mn-Zn, Ni-Zn (50-70)
Baixes Pèrdues
Components Passius / Components Electrònics17/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics (II)
• Nuclis toroidals, tubulars, cilíndrics i Balums
Codi Material colors Permeabilitat (μi)
Densitat del fluxe B (Gauss)
Factor de pèrdues(tanδ/μi)·10-6
Coeficient de temperatura αT
(%/ºC)
Resistivitat (Ω·m)
Densitat de Pèrdues(mW/cm)
Rang de freqüències recomanat (MHz)
77 2000 4600 4.5 0.6 10 125 <3
75 5000 3900 15 0.9 3 10 140 <0.75
43 850 2750 120 1.0 10 - <10
48 2300 5000 4.5 1.2 2 10 115 <2.5
2400 - - - - - - -
Taronja 40 3000 150 1.3 - - <20
100 2150 80 0.05 - - <10
Verd 125 2350 32 0.15 - - <5-7
Negre 800 2500 35 0.1 10 - <.4
Components Passius / Components Electrònics18/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics (III)
2NLAL
• Nuclis en U, E, EI, EE, CC, RM i EPC
– Característiques importants
• Factor d’inductivitat (AL) per N=1
• Permeabilitat relativa (μe)• Factor de pèrdues (tanδ/μi)
Valor de Al Material Distacia delentreferro
Permeabilitat efectiva (μe)
Amb entreferro (Tolerància ±3%)
25 K1 3.1 12
40100 M33 2.0
0.619.247.9
250500 N48 0.2
0.07120240
Sense entreferro (Tolerància ±40%...±30%)
3900 N41 - -
12000 T38 - -
Norma: DIN 41 293/08.71
Components Passius / Components Electrònics19/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics. Aplicacions
Forma de construcció
Referència Material Forma real Característiques
principals Aplicació
Toroides Taronja, Verd i Negre
Q excel·lent i alta estabilitat ambla temperatura i resistivitat.Permeabilitat mitja
Filtres d’entrada de potència, Transformadorde polsos.Bobines d’alta freqüència i antenes iaplicacions en banda ample(Taronja)Antenes i induxtàncies de xoc i supressiód’EMI (Verd)També en inductors de freqüència mitja,filtres i transformadors de baixa potència(Negre)
Tubulars/CilíndricsVerd i NegreMaterial: K1,
K12, U17
Bon factor de qualitat iresistibitat eleveda.
Oscil·ladors, filtres d’entrada de potència itransformadors d’impulsos
Balums (Multiples forats )
Taronja, Blanc i Negre
Gran ample de banda (40MHz) iestabilitat. Evita els efectesd’auto-resonància
Gràcies a la seva estructura aquest tipus deferrita abarca quasi tots els camps d’aplicacióde les inductàncies i transformadors
U, E, EC,CC
NegreMaterial: K1,
M33, N48, N58, T38
Permeabilitat acceptable i bonaestabilitat a la temperaturaFàcil de muntar.
Amb entreferro:Oscil·ladors i filtresSense entreferro:Transformadors de baixa potència, filtres iinductors de freqüència mitjaImpedàncies (xarxa elèctrica, transformadorsde línia)
Forma de cassola RM i EP
Components Passius / Components Electrònics20/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics. Construcció (I)
• Especificacions:
• Expresions d’interés:
fNAkEB
C ···10· 8
- Inductància L- Corrent de pic IP- Corrent eficaç IRMS
- Freqüència f
ba BfkP ··
APt '833.0
Aquestes expressions serveixen per obtenir les pèrduesde potència P (W/cm3) i l’increment de temperatura res-pecte a la temperatura ambient, una vegada determinatel nombre de voltes N
- E.- Tensió eficaç (V)- k.- Constant (4.4 per ona sinusoidal i 4 per ona cuadrada)- AC.- Secció transversal efectiva del nucli (cm2)- a i b.- Constants en funció del material del nucli utilitzat
segons fabricant.- P’.- Potència dissipada (mW)- A.- Area total de la superfície exterior del nucli (cm2)
max
max
···
BJkIILAA
cu
rmsPCW
- AW.- Àrea de finestra.- kcu.- Coeficient del coure (0.6-0.8)- J.- Densitat de corrent
Amb aquesta expressió espot determinar la secció delnucli necessari (AC). Nomès resta conèixer Lmax i el npombred’espires N
Components Passius / Components Electrònics21/32
Components Electrònics passiusBobines i Materials magnètics. Construcció (II)
• (Continuació)
JIA rms
cu
- La secció del fil conductor es pot determinar mit-jançant el corrent eficaç Irms i la densitat de corrent (J)que accepta el coure (450 A/cm2).
- El nombre màxim d’espires es pot deduir mitjançantles següents expressions:
rms
cuW I
JkAN · cAB·
INL ·
p
c
P IABN
INL ··· max
max
c
P
ABILN·
·
max
max
max
···
BJkIILAA
cu
rmsPCW
- Coneixent L podem utilitzar l’expressió anterior quedetermina les dimensions del nucli necessari (AW·AC)
- L’entreferro (gap) és una zona del circuit magnètic on hi ha aire.- Es realitza en els inductors per augmentar el corrent màxim de la bobina per mateixa densitat de fluxe (Evita saturació del nucli). L’incon-Venient és que L disminueix quan més gran és la distancia del gap
(g), però aquesta pèrdua es pot compensar incrementant N
Tota aquesta metodologia només es pot aplicar si tenim les eines pre-cisses per construir inductors.
Necessitem màquines específiques per construir-les
Components Passius / Components Electrònics22/32
Components Electrònics passiusBobines comercials
• Toroidals
Normals Per potència
PCBMode diferencial/
Mode comú
• Bobines especials– Per radiofreqüència (RF)
cilíndriques
Tipus resistència
Radial
Supressió d’armónics Xocs
Inductància variable
• Altres
Components Passius / Components Electrònics23/32
Els components passius en CC
• Resistències
aR R
VIa
Sèrie Paral·lel
nT RRRR ...21
1
1
1
n
a aT R
R
-Dues resistències:21
21·RR
RRRT -n resistències iguals:
nRRT -n resistències iguals: RnRT ·
Divisor de corrent Divisor de tensió
n
aRa
II1
n
aRa
VV1
VR
RV n
aa
aRa
1
a.- subíndex resistència:
nRRR III ...21 nRRR VVV ...
21
Components Passius / Components Electrònics24/32
Els components passius en CC
• Condensadorsdtdiv L
L • Bobinesdt
dvi CC
– Enfront d’un corrent continu (CC) les variables elèctriques associades a elements reactiuscom condensadors i bobines tenen una component transitoria i un valor permanent
t
V
It
I
V
Sèrie
1
1
1
n
a aT C
C
Paral·lel
n
aaT CC
1
Regim permanent = CIRCUIT OBERT ts≈5·τ Regim permanent = CIRCUIT TANCAT ts≈5·τ
1
1
1
n
a aT L
L
n
aaLL
1
RC RL
Components Passius / Components Electrònics25/32
Els components passius en CA
• Reactància i Fase:
– Reactància: Resistència que ofereix un element reactiu al pas del corrent altern. En el cas de condensadors (reactància capacitiva) i en el cas dels inductors (reactància inductiva)
– Desfasament: Retard existent entre dos senyals alterns que habitualment són sinusoidals )
sCCjCfjXC
1··
1···2·
1
LsLjLfjX L ······2· Condensador: Bobina:
0º de desfasament 180º de desfasament 90º de desfasament
Components Passius / Components Electrònics26/32
Els components passius en CA • Resum comportament de components passius en CA
-RC.- Sèrie Paral·lel
-RL.- Sèrie Paral·lel
Components Passius / Components Electrònics27/32
Els components passius en CA
– El comportament de les resistències enfront al corrent altern (CA) no presenta grans variacions respecta al corrent continu (CC). La llei d’Ohm es continua complint.
– Enfront d’un corrent altern, el comportament dels components reactius (bobines i condensadors) és més complex ja que els senyals poden variar en el temps, magnitud, freqüència i polaritat.
V
I
V
IV
I
V
I
Components Passius / Components Electrònics28/32
Components Electrònics passiusTransformadors
• Principi de funcionament: Si tenim dos fils conductors enrotllats sobre el mateix debanat (primari), si per un d’ells circula un corrent altern (CA), aquest corrent es reflexa en l’altre debanat (secundari) degut a la inductància mútua
U1.- Tensió al primariU2.- Tensió secundariI1.- Corrent al primariI2.- Corrent al secundariN1.- Nombre d’espires al primariN2.- Nombre d’espires al secundariZ1.- Resistència aparent al primariZ2.- Resistència aparent al secundari
r.- relació de transformació
2
1
2
2
11
2
1
2
1 ;;
NNr
rZZr
IIr
UU
Norma: DIN E 5489/2.88
Components Passius / Components Electrònics29/32
• Terminals (DOT Convention)
Components Electrònics passiusTransformadors
Components Passius / Components Electrònics30/32
• Configuracions de debanats
Components Electrònics passiusTransformadors
n secundarisQuan volem diferents
Tomes de massa
Amb n tomesPer treballar amb diferents nivells de tensió
Transformadors variablesPer control de velocitat
AutotransformadorsPer elevar o reduir la tensió del secundari
Steup-Up (Boosting) Steup-down (Bucking)Transformador ferroresonantPer supressió d’armònics
Components Passius / Components Electrònics31/32
• Aplicacions mes habituals i d’interès especials
Components Electrònics passiusTransformadors
Subministrament elèctric
Conversió d’impedànciesAlimentació d’equipament i equips d’audio
Instrumentació
Components Passius / Components Electrònics32/32
• Transformadors comercials
Components Electrònics passiusTransformadors
Baixa freqüència
Àudio Transformadorsd’impulsos
Variables
Encapsulats
Transformadorsd’aïllament
Filtratge d’armónics
Disseny i Fabricació de Circuits Electrònics (DFCE)
Tema 2 (M1):El mercat dels components
electrònics
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
2/33
Introducció. Components vs. Aplicacions
Interfaces/Drivers
Interfaces/Drivers
Transceivers Transceivers
Sensors/Transductors
Actuadors Actuadors
Acondi-cionament
Acondi-cionament
PerifèricsEspecífics
MónFísic
ControladorProgramable 1
ControladorProgramable 2
Canal
Sensors/Transductors
I/O*
COM
I/O A/D
I/O A/D
Bus (n)
I/O A/D
Bus (n)
I/OA/D
I/O*
COM
PerifèricsEspecífics
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
3/33
Classificació de components
General (Aplicació diversa) Components passius: Resistències, Condensadors, Inductors,
Transformadors. Components actius discrets: Diodes, Transistors Bipolars (BJT) i
d’efecte camp (FET) Digital: Lògica combinacional/seqüencial (Excepte memòries i
dispositius de processat)
Específics (Segons ambit d’aplicació) Sensors/transductors, actuadors, acondicionadors, controladors,
interfaces, perifèrics i ‘transceivers’.
Altres Accessoris mecànics: (Interruptors, connectors, fusibles, etc)
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
4/33
Diodes
Funció: Dispositiu discret que permet la circulació de corrent en un sol sentit (Interruptor semi-controlat)
Principi d’operació
Ambit d’aplicació: Divers: (A/D), petit senyal/potència Tipologia:
Rectificadors: De propòsit general, ràpids (Barrera Schottky) Ponts rectificadors: Monofàsic i trifàsic Zener: Conducció en inversa Específics: LED’s/Displays, Efecte Tunel, Varicap, Làser, Fotodiodes,
Limiting Current diodes (LCD) i altres tecnologies
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
5/33
Diode Schottky
Característiques:
Cristall P es substitueix per metall (Semiconductor Metall-N) Baixa tensió en directa (VF) Altes freqüències de commutació (trr petits.- 2-3THz) Capacitat en la unió baixa (CJ) Corrent de fuites (leakage) depèn de la temperatura
Aplicacions:
Fonts d’alimentació commutades (Només els d’alta potència) Supressors de tensió ‘Bootstrapping’ (Zo elevada) Protecció a la descàrrega de cèl·lules solars Transistors especials:MESFET, Schottky LSTTL i SDFL (GaAs Technology) Microprocessadors d’alta velocitat.
Més proper alDIODE IDEAL
en directa
- Evita saturació forta del transistor - No incrementa àrea de XIP
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
6/33
Característiques
Regió amb resistència negativa degut a efectes quàntics Ràpides transicions entre pic (VP) i vall (VV) Característiques elèctriques no depenen de la temperatura Corrent de fugues (leakage) elevades
Aplicacions
Amplificador en oscil·ladors d’alta freqüència Commutadors d’alta velocitat
Diode d’efecte Túnel
En desús
Característica V-I
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
7/33
Varicap
Característiques generals:
Diode amb capacitat controlable per tensió Característica decreixent amb la tensió inversa (VR)
Gran varietat d’aplicacions per RF En directa es comporta com un diode rectificador (Nomès en AC)
Aplicacions: Sintonitzadors de TV (VHF i UHF) Modulació de freqüència en transmissors de radio (AM i FM) Voltage Controler Oscilator (VCO)
Receptor AM
nVVCC
R ·10
0
-C0 (Capaxitat màxima inicial)- V0 (Tensió en directa del diode)-n (Constant que depén del dopat)
n=0.33 (variació lineal del dopat)n=0.5 (dopat abrupte)n=2 (dopat massiu)
Xarxa de sintonia
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
8/33
Característiques: Emet radiació laser al aplicaruna diferència de potencial
Petits, resposta ràpida, llarga duració(consum reduït)
Diodes Laser
Color i fasediferents
Fasesdiferents
Mateix color i fase
Aplicacions:
Indicadors, marcadors Lectors-gravadors de CD,
DVD, etc. Comunicació per Fibra òptica
Interconnexions òptiques dels CI dels ordinadors
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
9/33
Diodes LED (Light Emitting Diode)
Característiques generals:
Diodes que emet energia llumínica al pasde corrent elèctric
Visibilitat (Angle)
Aplicacions:
Indicadors i displays variats
Bargraph
Starbust
7 Segments
Dot Matrix
10
ColourWavelength
(nm)Colour Name VF(
V) Intensity Viewing angle LED Dye Material
IR 940 Infrared 1.5 16mW@50mA 15º
GaAlAs/GaAs.- Gallium Aluminium Arsenide / Gallium ArsenideIR 880 Infrared 1.7 18mW@50mA 15º
IR 850 Infrared 1.7 26mW@50mA 15º
660 Ultra Red 1.8 2000mcd@50mA 15º GaAlAs/GaAlAs.- Gallium Aluminium Arsenide / Gallium Aluminium Arsenide
635 High. Red 2.0 200mcd@20mA 15º GaAsP/GaP - Gallium Arsenic Phosphide / Gallium Phosphide
633 Super Red 2.2 3500mcd@20mA 15º
InGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide620 Super Orange 2.2 4500mcd@20mA 15º
612 Super Orange 2.2 6500mcd@20mA 15º
605 Orange 2.1 160mcd@20mA 15º GaAsP/GaP - Gallium Arsenic Phosphide / Gallium Phosphide
595 Super Yellow 2.2 5500mcd@20mA 15ºInGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide
592 Super Yellow 2.1 7000mcd@20mA 15º
585 Yellow 2.1 100mcd@20mA 15º GaAsP/GaP - Gallium Arsenic Phosphide / Gallium Phosphide
4500K Inc. White 3.6 2000mcd@20mA 20º
InGaN - Indium Gallium Nitride6500K Pale White 3.6 4000mcd@20mA 20º
8000K Cool White 3.6 6000mcd@20mA 20º
574 Lime Yellow 2.4 1000mcd@20mA 15ºInGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide
570 Lime Green 2.0 1000mcd@20mA 15º
565 High. Green 2.1 200mcd@20mA 15º GaP/GaP - Gallium Phosphide/Gallium Phosphide
560 Super Green 2.1 350mcd@20mA 15º InGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide
555 Pure Green 2.1 80mcd@20mA 15º GaP/GaP - Gallium Phosphide/Gallium Phosphide
525 Aqua Green 3.5 10000mcd@20mA 15º
InGaN - Indium Gallium Nitride505 Blue Green 3.5 2000mcd@20mA 45º
470 Super Blue 3.6 3000mcd@20mA 15º
430 Ultra Blue 3.8 100mcd@20mA 15º
SiC/GaN - Silicon Carbide / Gallium NitrideUV 405 Ultra violet 3.7 360mcd@20mA 12º
UV 395 Ultra violet 3.7 306mcd@20mA 12º
UV 370 Ultra violet 3.9 750μW@1150mA 10º GaN - Gallium Nitride
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
11/33
Fotodíodes
IeII ta
VV
s
1
Corrent (Iλ) / Il·luminància
Model del fotodíodeCapacitat en la unióvariable
Característiques generals: Sensible als fotons Ideal per intensitats de llum petites
Desde 1pW/cm2 fins 100mW/cm2 Considerades com a generadors de corrent Molt Bona linealitat respecte a la lluminositat Diversitat d’aplicacions Existeixen versions optocoblades (Led infraroig + fotodíode) que s’utilitzen per aïllament elèctric
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
12/33
Aplicacions:
Generadors de corrent: Cèl·lules fotovoltaiques Detectors òptics (llum, encoders,Presència d’objectes, etc): Reproductor CD Alineament: Guiatge de robots mòbils Comunicacions òptiques i microones(Fotodíodes PIN amb molt elevat BW ‘GHz’).
Fotodíodes
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
13/33
Exemples per a l’acondicionament
Fotodíodes
Configuracionsbàsiques
Correnttensió
Reducció BW del soroll(No afecta al senyal)
Gran Ample de Banda (BW)
Mode diferencial(Rebuig delacoblament
electrostàtic)
Amb control denivell de soroll
Alt CMRR
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
14/33
Característiques
Aplicacions Protecció sobre-corrents Millora característiques elèctriquesen etapes amplificadores Generador de senyals Sensors de temperatura
Limiting Current Diodes
Protecció sobrecorrent Làser
Per alta tensió:CLD sèrie
Més protecció ce corrent:CLD paral·lel
Millora del CMMR enAmplificadors diferencials
No és necessari apare-llament de β
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
15/33
Aplicacions (continuació):
Limiting Current Diodes
Reducció en la pèrdua de guanyen l’acoblament d’etapes amplificadores
Augment de guany enEC i SC
Per augmentar ZII reduir dissipació
en transistors
Generadors d’ona
Quadrat Triangular
Rampa ambgraons
Dents de serraVoltatge de referència de
molt baixa tensió
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
16/33
Altres tecnologies de diodes
Diodes supressors de tensió (TAZ.- Transient Absortion Zener)
Són diodes zéner que poden absorbir potències polsants de l’ordre de KW en intervals de l’ordre de pS.
Diodes Backward De germani. Presenten una zona de resistència negativa (al igual
que el diode túnel). Poden rectificar senyals dèbils d’alta freqüència. S’utilitzen en de-moduladors i mescladors en la gama de microones
Diodes Gunn i Read Utilitzen GaAs. No presenten cap unió PN (els Read sí). Tots dos
s’utilitzen en oscil·ladors de banda ample (ej.- emissors de ràdar)
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
17/33
Diodes. Característiques Per tipologia THRU-HOLE SMD
Tipus de diode IF(A) VRRM(V) VF(V) trr(nS) IF(A) VRRM(V) VF(V) trr(nS)
Rectificadors estàndard 1-6A 50-1000 0.9-1.5 - 1-3A 50-1000 1.2 -
Tensió inversa elevada 3mA-40 75-30000 1.2-3.5 - 0.25-20 85-1600 1-1.75 -
Fast recovery time 0.65-70 400-1400 1.3-2.5 30-500 0.65-3 40-1400 1.3 150-500
Ultra-fast recovery time 1-150 50-1200 0.85-2.1 15-120 0.6-45 50-1200 0.87-3.5 15-115
Shottky 1-400 30-150 0.34-1 6-25000 1-80 4-200 0.32-
1.1 -
Low Signal 10-400mA 8-350 0.35-1.35 - 70mA-
3 - - -
High Power catode diode 75-400 100-1200 0.9-1.8 --
High Power anode diode 2.5-400 200-1500 1.2-2.07 -
VZ(V) IZ(mA) PZ(W) VZ(V) IZ(mA) PZ(W)
Zener 2.7-200 0.5-380 0.3-20 2.4-75 0.2-115mA 0.2-1
Monofàsic (IF / VRRM) Trifàsic (IF / VRRM)
Ponts rectificadors 1A-100A 50-1000V 35A-160A 800-1600V
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
18/33
Transistors d’efecte camp FET
Funció: Dispositiu discret que s’utilitza per amplificar senyal(Analògic) o bé com interruptor controlat (Digital)
Ambit d’aplicació:
Divers: (A/D), petit senyal/potència i thru-hole/SMD Tipologia: Dos classificacions possibles
Segons tecnologia de transistor: JFET o MOS Segons aplicació: Petit senyal o de Potència
F.E.T
JFET MOS
Deplection Deplection Enhacement
Canal n i p Canal n i p Canal n i p
Tecnologia
MecanismeFuncionament
Control de ‘Gate’
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
19/33
Principi d’operació dels FET Circuit de control Característica d’entrada
Característica de sortida Carcaterística d’entrada segons constitució del MOS
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
20/33
FET. Resum de característiquesTHRU-HOLE SMD
MOS ID(A) rds(Ω) PD(W) Vds(V) ID(A) rds(Ω) PD(W) Vds(V)
Petit senyal 0.2-8 0.18-14 0.3-35 25-240 0.03-2 0.2-100 0.2-20 20-600
Potència (Baixa tensió) 0.5-180 0.01-180 15-300 60-2502-140 0.002-3 2-210 20-600
Potència (Alta tensió) 1.5-80 0.02-11 25-460 400-1000
JFET PD(W) VDG(V) VDSS(V) IDSS(mA) PD(W) VDG(V) VDSS(V) IDSS(mA)
Petit senyal. Canal n i p 0.3 25-40 25-40 4-35 0.3 25-40 25-40 4-35
Els MOS de potència s’utilitzen bastant en actuadors elèctrics i fonts conmutades, mentre que el JFET pràcticament està en desús.
El paràmetre rds dels dispositius SMD sols ser més petit que en TH i també quan més gran és PD.
N’hi han MOS que tenen estructures especials: encapsulat aïllat, dualso en pont H
Valors màxims
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
21/33
Transistors bipolars BJT Funció: Dispositiu discret que s’utilitza per amplificar senyal (Analògic) o bé
com interruptor controlat (Digital).
Ambit d’aplicació Divers: (A/D), petit senyal /potència (Àudio, video, actuadors) i thru-
hole/SMD Tipologia: Dos classificacions possibles
Segons implementació física: npn, pnp o darlington Segons aplicació: Petit senyal o de Potència
Principi de funcionament
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
22/33
BJT. Resum de característiques
THRU-HOLE SMD
NPN IC(A) hFE PD(W) fT(MHz) IC(A) hFE PD(W) fT(MHz)
Petit senyal 0.1-5 40-1200 0.3-3 50-350 0.025-5 50-1200 0.2-3 50-300
Potència (Baixa tensió) 0.3-100 10-250 2-300 3-250?
Potència (Alta tensió) 0.5-30 2-300 20-300 0.75-23
PNP IC(A) hFE PD(W) fT(MHz) IC(A) hFE PD(W) fT(MHz)
Petit senyal 0.1-4 60-800 0.3-1.5 50-350 0.1-5 25-800 0.2-3 50-250
Potència (Baixa VCE) 0.5-25 12-240 2-250 1-30 ?Darlington (NPN o PNP) IC(A) hFE (103) PD(W) VCE(V) IC(A) hFE PD(W) VCE(V)
Petit senyal 1-2 0.5-50 0.6-2 4-10 0.3-2 1-30 0.3-2 2-10
Potència 2-50 0-1-20 40-250 3-5 ? Els dispositius de petit senyal acostumen a tenir una hFE i hIE elevada que no pas els de potència. A
més també són més ràpids. Per solucionar els problemes de guany en BJTs de potència s’utilitza configuració Darlington La implementació pnp pràcticement no s’utilitza al no ser que sigui per aplicacions que requereixin
estructures molt específiques: dispositius especials connectats en paral·lel, etc.
Valors màxims
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
23/33
FET vs. BJT
Característica FET BJTMecanisme de control principal Per tensió Per corrent
Impedàncies La d’entrada és molt bona
La de sortida és bastant acceptable en aplicacions de potència
Resposta en frequència Molt bona DolentaVelocitat Bona RegularAmplificació de senyals Dolenta Molt bona
Estabilitat Molt bona Sensible a la temperatura
Aplicacions
Bastant amplia: Electrònica digital,
actuadors (drivers), fonts conmuitades
acoblament d’etapes
Equips de so (pre-amplificadors i etapes
de potència) i acondicionament de
sensors
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
24/33
Marcatge. Dispositius discrets genèrics
3 convencions standard utilitzades que només s’apliquen a la tecnologia THRU-HOLE
Europea. PRO-ELECTRON
Americana. JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)
Japonesa. JIS (Japanese Industrial Standard)
Organisme regulador: EIA (Electronic Industries Association)
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
25/33
PRO-ELECTRON
B D [] 202 [A]1 2 3
Material delsemiconductor
Aplicació Ús Industrial
Registre
Clase deguany
A = GeB = SiC = GaAsD = InAnR = Materials compostos
1.- Material 2.- Aplicació
A = Diode Propòsit generalB = Diode VaricapC = Transistor (BF)D = Transistor potència (BF)E = Diode TunelF = Transistor (AF)G = Diode oscil·ladorH = Sonda de camp HallK (M) = Dispositiu d’efecte HallL = Transistor potència (AF)
N = Fotodiode, optoacobladorP = Component fotoelèctricQ = Diode LEDR = TiristorS = Transistor de conmutacióT = Rectificador controlableU = Transistor conmutador potènciaH = Diode multiplicadorY = Diode de potènciaZ = Diode zéner
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
26/33
JEDEC
2 N 2221 [A]1 2 3
“Nombre de terminals o unions”
“Sempre és N”
Número de sèrie
Clase deguany
1N – Diodes i rectificadors 2N – Transistors i tiristors 3N – Transistors d’efecte camp (JFET,
MOSFET) 4N – Optoacopladors
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
27/33
JIS
2 SB 646 [A]1 2 3
“Nombre de terminals o unions”
Sempre SX (on X indica l’aplicació)
Número de sèrie
Clase deguany
SA: Transistor PNP AFSB: Transistor PNP BFSC: Transistor NPN AFSD: Transistor NPN BFSE: DiodesSF: TiristorsSG: Dispositius SH: UJT (Uni-Jntion Transistors)SJ: FET/MOSFET de canal P
Aplicacions
SK: FET/MOSFET de canal NSM: TriacSQ: Diode LEDSR: RectificadorsSS: Diodes de petit senyalST: Diodes d’efecte allauSV: VaricapsSZ: Diodes Zener
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
28/33
Marcatge de fabricants
A més dels sistemes standard, els fabricants sovint introdueixen marcatges propis per raons comercials
MJ. Motorola (Encapsulat de metall) MJE. Motorola (Encapsulat de plàstic) MPS. Motorola (Low power) MRF. Motorola (Transistor HF, VHF) RCA RCS TIP. Texas Instrument Power Transistor TIS. Texas Instrument Small Signal Transistor IRF. International Rectifier …
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
29/33
Lògica combinacional/seqüencial Funcionalitat: Depén de cada dispositiu segons indiqui el fabricant Ambit d’aplicació:
Divers: La majoria tenen molt a veure amb el control seqüencial de processos (Màquines d’estat) i l’enmagatzematge de dades (Memories)
Classificació: Segons tecnologia utilitzada i aplicació
Sèrie 7400.- Lògica de 5V Sèrie 4000 CMOS. Lògica de sortida variable segons alimentació Lògica programable Memòries de lògica programable
“Els controladors digitals (μC, DSP, FPGA,…) al tenir característiques ben diferenciades es consideren com un grup apart”
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
30/33
IC Identification Tecnologia TTL (Transistor Transistor Logic) Marcatge:
El Prefix identifica el fabricant del dispositiu
Referència . 74.- Família 7400 (el 54 és la xifra que s’utilitza per dispositius amb especificacions militars de rangs de temperatura). La resta de xifres varien segons la funció que implementi el dispositiu
1er. Sufix: Sub-familia/tecnologia de fabricació del dispositiu. Millores introduides durant el temps.
2on. Sufix: Informació adicional del fabricant (B.- Sortida ‘Buffer’) 2on. Codi. A.- Assembly Location, WL.- Nº de lot, Y.- Any, WW.- Setmana
de fabricació (Work Week)
(SN) 74(ALS)133-BCN
AWLYWWPrefix
Referència
1er. Sufix
2on. Sufix
2on. Codi
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
31/33
IC. Prefixs
Exemples de prefix*Prefix del IC Fabricant
ALDxxEPMxx, EPCxxADxx, OPxxOPAxx, INAxxELxxxuAxx, CDxx, DMxx, RCxx, KAxx, LMxx, MMxx, ()xxMBxxIDTxxCAxx, HAxx, HCxx, HFxxGALxx, PALxxLTxx, LMxx, LFxx, OPxxICLxx, MAXxx MICxxMCxx, SNxxCDxx, LMxx, LFxx, LHxx, CLCxxMCxxHEFxx, NExx, SAxx, Nxx, ()xxBAxxLMxx, MCxx, TSxxCDxx, TLxx, TLCxx, TLVxx, SNxx, ()xxTAxxXCxx
Advanced Linear DevicesAlteraAnalog DevicesBurr-BrownElantecFairchildFujitsuIDTIntersilLatice SemiconductorLinear TechnologyMaximMicrelMotorolaNational SemiconductorOn SemiconductorPhilips SemiconductorRohmST MicroelectronicsTexas InstrumentsToshibaXilinx
Hi ha diversos fabricants que utilitzen el mateix prefix .
Un fabricant té diverses games de productes
* Al Campus teniu un documentamb una llista més extensa
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
32/33
IC. Sufixs Significat del 1er i 2on sufix
Sufix SignificatBipolar
LHSLSASALSF
Low PowerHigh SpeedSchottkyLow Power SchottkyAdvanced SchottkyAdvanced Low Power SchottkyFast (Nés ràpid que el Schottky normal)*
Bi-CMOSBCTABT
BiCMOS (amb limits d’entrada compatibles amb TTL)Advanced BiCMOS (amb limits d’entrada compatibles amb TTL)
CMOS
CHCACAHCFCLCXLVQLVXVHC
C-MOS (amb tensió d’alimentació 4-15V. Similar a la sèrie 4000)High Speed CMOS (Comportament Similar a LS)Advanced CMOS (entre S i F)Advanced High Speed CMOS (tres vegades més ràpids que el HC)Fast CMOS (Similar al F)CMOS amb tensió 3V d’alimentació 3V (tolerant a entrades de 5V)Low Voltage 3.3VLow voltage 3.3V (amb entrades que poden treballar a 5V)Very High Speed CMOS (Comportament S en potència i tecnologia)
Les tecnologies L, H i S ja han quedat obsoletes i pràcticament no s’utilitza en la fabricació del dispositius integrats
* En μC’s el sufixe Fsignifica que la programació es realitza mitjançant tecnologia de memòria FLASH
El 2on sufixe és utilitzat de manera indiferent per cada fabricant
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
33/33
IC. Referències
Ref.* FuncióSèrie 74xx
7400740474207428747974817483…
Porta NAND quadruple de 2 entradesInversor sextuplePorta NAND doble de 4 entradesPorta NOR quadruple de dues entradesFlip-Flop tipus D dobleMemòria RAM de 16-bitsSumador binari de 4 bits
Sèrie 40xx
40014011402740304519475140174…
Porta NOR quadruple de 2 entradesPorta NAND quadruple de 2 entradesFlip-Flop J-K doble amb set i clearPorta EXOR quadruple de 2 entradesMultiplexor auadruple de 2 entradesDivisor binari universalFlip-Flop sextuple amb reset i activació per flanc positiu
* Al Campus teniu un documentamb una llista més extensa
Característiques elèctriques:
Tensió d’alimentació (3.3V) Temps de retard (tPLH en ns.
Depén de la tecnologia de construcció)
Disponibilitat en SMD
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
34/33
Activitat TEO1. IC Identification
Donades les següents referències que pertanyen a dispositius discrets i integrats, identifiqueu la màxima informació possible de cadascun d’ells: (Fabricant, funció, tecnologia, característiques elèctriques, etc…)
F245A C557B 2N2907A BUZ74 IRF820A 1N4148 2SK2843 2N7002 BZX8V2
74AC00B MC74AC02D SN74LS11N MM74HC175N HEF4094BT MC14029BCP CD4071BCN 74ABT244D HEF4521BT
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
35/33
Identificació de components SMD
Són components massa petits per inscriure codis estàndard
Codi bastant arbitrari (ID) amb 2 o 3 caràcters
Molt difícil d’identificar el fabricant
Hi ha diverses pàgines web que publiquen llistes amb codi de components SMD The SMD CodeBook
1BBC846B “BC546A”
Disseny i Fabricació de Circuits Electrònics (DFCE)
Tema 3 (M1):Selecció de dispositius
electrònics programables
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
2/33
Introducció
Interfaces Interfaces
Transceivers Transceivers
Sensors/Transductors
Actuadors Actuadors
Acondi-cionament
Acondi-cionament
AltresPerifèrics
AltresPerifèrics
MónFísic
Controlador 1 Controlador 2
Canal
Sensors/Transductors
I/O*
COM
I/O A/D
Port
Bus (n)
Port
Bus (n)
I/OA/D
I/O*
COM
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
3/33
Dispositius programables
Dispositiu programable Flexibilitat de disseny En general, constitueixen el dispositiu electrònic més
demandat Diferents tipologies de sistemes segons les necessitats
Lógica combinacional/seqüencial .- obsolet
Programable Logic Computers (PLC).- Per control Industrial
Sistemes programables (Custom): Lógica programable: PALs, GALs, PLAs, PLDs, FPGAs
μP’s i μC’s
DSP’s i sistemes amb ‘core’ multiple
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
4/33
μC’s. Consideracions
De Mercat Cost, Fabricants i distribuidors
Característiques tècniques ‘Performance’: Velocitat, Memòria, Alimentació, etc. ‘Functionality’: Móduls i perifèrics incorpoprats
Eines de Programació Software: Desenvolupament, Compiladors, Depuradors,
RTOS, etc. Hardware: JTAG’s, Emuladors, sondes i plaques
d’avaluació
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
5/33
On aconseguir els controladors?
Els dispositius es poden aconseguir per tres vies principals:
Botigues especialitzades d’electrònica
Fabricant
Distribuidors a l’engròs
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
6/33
Botigues especialitzades
Les petites botigues nomès tenen ‘stock’ de dispositius senzills que tenen sortida al mercat
Rarament, es poden solicitar dispositius més avançats però han de ser sota un període d’entrega que incrementa el cost real del dispositiu
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
7/33
Fabricants
Aspecte positiu En alguns es poden aconseguir mostres gratuites (Order Samples)
Aspecte negatiu La majoria són en SMD Alguns dispositius estan sota unes estrictes mesures legals de
comerç (sobretot al tracta-se d’un fabricant estranger) que dificulten l’adquissició
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
8/33
Distribuidors a l’engròs
A Catalunya hi han diversos distribuidors amb el seu line-card: EBV Elektronik, Avnet, Arrow Iberia, RS Amidata, …
Consideracions: És pot contrastar el cost d’un
mateix dispositiu de varis distribuidors
Rarament comercialitzen poques unitats
“Pregunteu per les diferències que tenen el stock desquadrat”
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
9/33
Eines de programació
Components: Entorn de programació
d’aplicatius RTOS Compilador Eines de grabació/
depuració:
JTAG Entorn de depuració
Eines integrades o independents Software de pagament o lliure (GNU)
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
10/33
Característiques tècniques
Generals i específiques Arquitectura
Estructura del SFR Tipus de CPU Format d’instruccions
Capacitat del Bus intern 8-32 bits
Memòria de programa Ports I/O Velocitat
Freqüència màxima de treball
MemòriaRAM
HWMultiplier
Nº deTimers
Nº d’oscil·ladors
Interns
WDT
MemòriaE2P
Transmisors específicsUHF ASK/FSK
Nº CapturaNº CompNº PWM
Com An.+Vref
Port USB
ADC
Control LCD
Port SPI/I2C/TCP-
IP
Nº USARTs
CAN 2.0B
QEIDMA
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
11/33
Guia de selecció de μC’s
No hi ha regles específiques que es puguin aplicar per escollir el μC idoni per una aplicació concreta
Generalment, es consideren suficients els següents requisists per escollir un μC adeqüat Compatibilitat elèctrica en els terminals dels elements
(sensor-acondicionador, interface-actuador i transceiver) que es connectaran al dispositiu
Prestacions, recursos i nombre de perifèrics suficients per desenvolupar les funcions desitjades
Disposar del software/hardware de programaciónecessari (que pugui treballar amb diversos dispositius)
Disseny i Fabricació de Circuits Electrònics (DFCE)
Tema 1 (M2):PCB’s. Introducció al
disseny electrònic
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
2/33
Què és una PCB?
PCB (Printed Circuit Board). Placa que realitza connexions elèctriques entre components (Resistències, IC i connectors)
Exemples:
Multímetre
Controls Remots
Tarjeta PCI del Monitor
Ordinador d’automóbil
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
3/33
Cos de la PCB
De capa/es (Layer/s) de coure aderida a un o dos costats d’una placa feta d’un material dielèctric aïllant formant un Core
Els dissenys multi-capa inclouen capes adhesives (Preg-Preg) entre el dielèctric i aderides a cada banda de cadascuna de les capes de coure(excepte la inferior i superior)
Important entendre la terminologia associada tant al material com el procès de disseny alhora d’especificar les diferents opcions de fabricació de PCBs
Layer (BOTTOM)
Layer (TOP) Core
Simple Doble cara
Preg-Preg
Dielèctric
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
4/33
Materials
‘Core/Core’.- Material rígid fet amb resina de fibra de vidre amb dues làmines de coure a cada banda (Top i Bottom) Grosor del coure mesurat en lliures (oz.- ‘ounces’) 1oz ≈ 0.4mm Els grosors més habituals són: ½, 1, 2, 3 oz
‘Preg-Preg’.- Similar al ‘Core’ però més tou per poder utilitzar-se en capes internes Multiplicitat 0.051 pel grosor
Làmina de coure (‘Cooper Foil’).- Làmina de coure dipositada sobre material adhesiu (‘preg-Preg’) Grossor: ½, 1, 2 oz
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
5/33
Materials (cont)
Revestiment (‘Cooper Plating’).- Làmina de coure adicional que proporciona més grosor de coure i protecció en les parets dels forats realitzats en la PCB
S’aplica després de grabar (‘etching’) i perforar (‘drilling’) la PCB
Base de soldadura (‘Solder Flow’).- Procès (SMOBC) que diposita material per a la soldadura en totes les zones crítqiues de la PCB
També protegeix el coure de l’oxidació
‘Plating’‘Cooper’
Preg-Preg
‘Cooper Plating’
‘Etched Cooper’
Preg-Preg
‘Solder Flow’‘Cooper Plating’
‘Etched Cooper’
Preg-Preg
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
6/33
‘Solder Mask’
Màscara de soldadura.- Material usat per cobrir la PCB amb les següents finalitats:
Protegir del entorn ambiental (oxdidació i l’envelliment) Proporcionar aïllament elèctric Protegir enfront els arcs de soldadura Protegir components electrònics muntats a la PCB Protegir la PCB del calor generat pels components
Màscara de soldadura
Traça FInal
Preg-Preg
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
7/33
‘Tracks’
Pistes.- Proporciona connexió elèctrica d’un component a un altre Relacionat amb el procès de (etching) que extreu el coure innecessari i deixa les
pistes i pads necessaris
Les característiques mecàniques importants són l’altura i el grossor del coure
Capa externa: 2.54mm/A (Habitualment: 5.3mm/A) Capa interna: 1.54mm/A
Els software de disseny de PCBs tenen utilitats per calcular el grossor segons el corrent i la temperatura ambiental
També existeixen taules (Consulteu el tutorial de PCBs del Campus per més informació)
‘Tracks’
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
8/33
Els ‘Pads’
Punts de connexió del component electrònic a la PCB Dos tipus: Thru-Hole i SMD Formes diverses: Rectangular, round, oblong Forats amb revestiment (PLTH.- ‘Plated Hole’ = Vies) o sense (NPLTH).
Encapsufat QFN en SMD
Paret del forat sense revistiment
Thru-Hole (NPLTH)
Corona
CapesIntermitges
Pad BOTTOM
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
9/33
Les Vies
‘Pads’ amb revestiment
Permet major disipació de calor en la soldadura (Pad Petit) Connexió Top-Bottom sense necessitat d’inserir component (No és necessari
soldar en les dues capes) Imprescindible per connectar capes intermitges (‘inner’) en circuits ‘multi-
capa’
Màscara de soldaduraMàterial de soldaduraRevestiment de coure
Terminal
Làmina de coure
Espaiat adeqüatMaterial deSoldadura
Paret del foratamb revestiment
Track
Preg-Preg
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
10/33
Fases de la fabricació
Cicle de l’enginyeria directa i l’enginyeria concurrent
Set-Up.- Decissions de disseny (Aspecte, components usats, grandaria, etc)
Design.- Creació del/s circuit/s electrònic/s
Realització d’esquema/es: Símbols, i connexions (Capture) Realització de PCB/s: Situació de components (Placement) i connexió de
pistes (Routing) seguint regles i estàndars de disseny (fitxers Gerber)
PCB Manufacturing.- Selecció de materials, fabricació i ensamblatge
Set-Up
ApplicationSpecifications
DesignConstraints
DesignSchematic
Design
PCB Design
Netlist
PCB Manufacturing
Gerber Files
CAD
Prototypeor
Product
CAM
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
11/33
Esquema elèctric. Exemple
L’esquema serveix per representar elèctricament la PCB
Multímetre
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
12/33
‘Manufacturing’
Les especificacions de fabricació es realitzen mitjançant documents gràfics i fitxers (Gerber)
Processat de la PCB Capes Gerber
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
13/33
Components Definició – Desde el punt de vista de ‘software’, un component és qualsevol objecte
esquemàtic que es pugui connectar elèctricament i que requereixi una col·locació determinada dintre del disseny (sigui electrònic o mecànic)
Esquemàtics
Els formats més utilitzats són el block i la porta (gate). En aquest últim és necessari especificar la part del dispositiu per evitar errors i possibles confusions
Alguns terminals no s’acustuman a incloure en els símbols(com p.e: operacionals i portes lógiques). Però per fer la PCB són necessari definir-los
PCB
Alguns components són massa genèrics i nombrosos com per tenir associat un footprint. Això vol dir que sovint ens l’haurem de crear nosaltres mateixos mitjançant les característiques mecàniques del datasheet
Encara que la majoria de footprints tenen una relació directa amb el seu encapsulat, no sempre són idéntics. Existeixen moltes llibreries amb milers de footprints i centanars d’encapsulats
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
14/33
Consideracions d’esquemàtics
Quan més complexe sigui la PCB, més importància agafarà l’esquema elèctric i les eines informàtiques hi jugaran un paper més predominant en aquest aspecte.
En cas contrari es pot prescindir de l’esquema elèctric i passar directament al disseny del Lay-out
Els paràmetres dels esquemes elèctrics venen determinats per el servei que puguin donar a les PCB i a la seva sustitució d’elements
El tècnic depen de l’esquema elèctric i de les etiquetes del ‘board’ per determinar problemes de funcionament (‘troubleshooting’)
S’han de conèixer que signifiquen cadascun dels conceptes dins d’un esquema elèctric
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
15/33
Terminologia
Alguns termes de fabricació de PCBs són equivalents a la terminologia software (P.e: Pads, Vies, Tracks), altres tenen relació amb el funcionament de l’eina informàtica.
Footprint – Representació en el PCB del contorn, els pads i els forats de muntatge d’un component
Símbols – Representació esquemàtica del component que mostra els terminals més rellevants (entrades i sortides)
Transistor – TO92 Diode – DO-35 Circuit IntegratDIP-08
Connector Sèrie RS-232DB-9
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
16/33
Terminologia (cont.)
Block – Símbol que representa l’encapsulat sencer del component
Gate (Porta) – Símbol que representa una part del component
Pin – Representació simbólica del terminal del component
‘Wire’ - Línies que serveixen per connectar terminals
Bus – Línia (més gruixuda) utilitzada per representar un conjunt de connexions que tenen funcionalitat anàloga
‘Page connectors’ – Per referenciar una connexióque va d’una pàgina a una altra
‘Line’ – Línies per representar ítems externs al esquema elèctric
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
17/33
Terminologia (cont. II)
Net – Grup de punts connectats elèctricament
Class – Grup de ‘nets’ al que se’ls hi atribueix una semblança de caràcter elèctric
Attribute – Qualsevol informació que pertany a undeterminat element en el disseny (P.e: Referències,valor de components, Tipus de pins, etc)
Grouping Blocks Part d’un circuit queimplementa una fun-ció predefinida
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
18/33
Llibreries
Són bases de dades amb arxius (símbols, footprints, tecnologia de PCB’s) que es poden utilitzar pel disseny electrònic
Principal eina de suport en el disseny CAD
Les principals companyies tenen personal exclusivament dedicat a la realització de llibreries amb l’objectiu de crear fitxers, tot complint uns criteris estandar en l’etiquetatge(nom i tipus de terminals que utilitza) i la forma física(templates del encapsulat)
Items que es controlen: símbol, dimensions, texte, grid i separació entre pins entre d’altres.
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
19/33
Encapsulats
Els components passius són massa genèrics per seguir un etiquetatge estàndar
Els discrets acostumen a portar un índex que, de vegades, identifica el tipus de dispositiu, i els SMD utilitzen una ‘s’ (‘small’)
Els integrats, al tenir formes diverses, tenen etiquetatges variats.
Afortunadament, els acrònims fan referència a les característiques físiques: forma, distribució de terminals i material del que estan fets
P.e: LQFP Leaded Quad Flatpack Package
‘Al campus hi ha una llista i una explicació més detallada’
Thru-Hole:
DOxx Diode Outline TOxx Transistor Outline
SMD:
SODxx Small Outline Diode SOTxx Small Outline Transistor
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
20/33
Datasheets
S’han de distingir 4 grups principals de característiques Generals (Absolute ratings): Resumeixen els aspectes més destacats i
generals segons la naturalesa del dispositiu
Ex: Tensió d’alimentació, consum, freqüència de treball, ámbit d’aplicació, …
Electrical Characteristics: Valors màxims i mínims de tensió i/o corrent segons els terminals del dispositiu. Important per determinar la compatibilitat de connexió elèctrica entre dispositius
Ex: Els límits màxims dels nivells lógics digitals: VLO, VHO, VLI, VHI
De Funcionament: Específiques segons la finalitatdel dispositiu
Diagrames de temps dels senyals digitals d’un dispositiu seqüencial (seqüència de grabació de dades), Instruccions (μC’s)
Característiques mecàniques:
Ex: Les mides pel muntatge, encapsulat, temperatura de treball, etc
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
21/33
Exemple
El IRF 150 Transistor MOSFET de potènciaGenerals
Elèctriques
Específiques
Mecàniques
Universitat Politècnica de CatalunyaJosé Antonio Soria PérezDepartament d’Enginyeria Electrònica
22/33
Buscant informació dels components
Gràcies a Internet avuí dia és possible consultar on-line i descarregar els datasheets de multitud de dispositius discrets i integrats.
A més de les pàgines dels fabricants i distribuidors, n’hi ha d’altres amb bases de dades molt extenses:
http://www.alldatahseet.com
http://www.datasheetcatalog.com
http://datasheetcatalog.biz …
En aquest link podreu trobar altres llocs web interesants amb informació molt variada sobre l’electrònica en general: Components, coneixements, circuits, etc; que pot ser útil per la realització del vostre projecte
http://www.educypedia.be/electronics/electronicaopening.htm
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 2/19
Tracking
– Disseny condicionat segons les característiques dels senyals: Alimentació o senyal, analògic o digital, potència o petit senyal, referides a masa o diferencial
– El gruix determinat per la magnitud del corrent elèctric de pista:
– Bucles presents en la majoria de connexions que poden donar lloc a la captació-creació de camps magnètics
• Aspectes generals
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 3/19
a) Traçat paral·lel a) Doble cara
• Alimentació i massa
– Especial atenció en el gruix per evitar fluctuacions en el nivell d’alimentació, i en el traçat per evitar bucles que puguin donar lloc a camps magnètics
Tracking
Gruix Traçat
Alternatives al traçat
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 4/19
• Bypassing.- Per proporcionar pics de demanda puntuals
– Hem de vigilar amb el seu Rs i Ls
Normalment s’agafen ceràmics (Inductància ↓↓) de 100nF i es col·loquen pròxim a les alimentacions
a) Col·locació Incorrecta b) SMD c) Condensador plà
VTNIC
··
I = Corrent necessari per commutar una sortida a nivell alt (A)N = Nombre de sortides que commutaranΔT = Temps de C per carregar la líneaΔV = Caiguda de Vcc tolerable
Tracking. Alimentació i massa
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 5/19
• Us de superfícies conductores (Plans de Massa)
a) Alimentació simple
b) Vàries capes quan hi ha més d’una alimentació.
c) Reforç de les zonesmés sensibles del circuit
Tracking. Alimentació i massa
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 6/19
• Blocs amb propòsits diferents– Analògic i digital– Circuits de potència
b) Protecció de soroll en circuitsde potència amb blocs digitals
a) Solució general per circuits analògicsque incorporen ADC’s. DAC’s, DSP’s ialtres dispositius digitals. Instrumen-tació
Tracking. Alimentació i massa
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 7/19
• Pistes de senyal.- Informació en forma de senyal elèctric
– Importància del disseny a freqüències elevades i potències baixes (Blocs digitals):
• Senyals amb soroll• Temps de propagació, flancs ascendents i descendents, etc.• Relació S/N
– Dues categories dels senyals:
• Referides a massa (single ended). Grup majoritari• Senyals diferencials (differential):
– Els equips que la generen tenen sortida diferencial– Circuits amb vàries mases.
Tracking. Pistes amb informació elèctrica
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 8/19
• Single Ended:– En aquest cas s’utilitzen pistes de guarda per minimitzar la problemàtica
dels Bucles:
a) Solució immediata
b) Disseny amb pista de guarda
c) Retorn per masa pròxima la pista amb senyal
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 9/19
• Single Ended (continuació)– Evitant ruptures en el traçat del pla de massa
a) Traçat incorrecte b) Pista de retorn
Connectors
c) Redefinició delpatillatge
Circuits Integrats
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 10/19
• Single Ended (continuació)– Talls en el pla de massa
• Cas habitual
• Quan hi ha part analògica i digitalIncrement de l’àrea del ‘bucle’
Retorn A.- Contaminació analògica a la part digitalRetorn B.- Àrea del ‘bucle’
Millora
• Circuits multicapa
Camí de retorn no definit
Evitar canvis de capa del senyal sempre que es pugui
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 11/19
• Connexions en paral·lel
• Formes de les pistes– No colzes– No canvis abruptes– A major f del senyal, menor
longitud de pista
Bifurcacions a prop del dispositiu receptor
λ disminueix amb f
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 12/19
• Diafonia (crosstalk)– Apareix un senyal d’una altra pista situada a prop de la pista afectada– Poden ser de caràcter capacitiu, inductiu i resistiu– A menys distància (d) entre pistes més petita és la impedància existent (Factor
d’acoblament més a prop de 1)
– El pla de masa situat a prop de les pistes afectades redueix la diafonia (Hem d’utilitzar plaques de més d’una capa)
211Fd
21
21
1Fxx
d
xd 2
1
1F
2221
212212
1211
12111
xxxxx
xxxxx
– Quan utilitzar més d’una capa no sigui possible:
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 13/19
• Senyals diferencials:
– Podem controlar el retorn del senyal. Àrea del ‘bucle’ quedarà ben definida.
– Indicat pels casos amb senyals dèbils (corrent elèctric petit) que poden quedar exposats a interferències externes i pels casos en que tenim senyals intenses que poden pertorbar la resta del circuit.
VO
RO
Re
a) Unipolar (Single-Ended) b) Diferencial
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 14/19
• Senyals diferencials (continuació):– Reducció de l’àrea del ‘bucle’
a) Àrea de bucle elevat) b) Traçat optimitzat
c) Procés de transposició
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 15/19
• Senyals diferencials (continuació)– Geometria del traçat
• Longitud de pistes ha de ser similar• Distància constant entre pistes
a) Traçat incorrecte
b) Bon acoblament i reducció de diafonia
Tracking
Tracat de pistes /Disseny Electrònic 16/19
Conclusions
• Aspectes importants del disseny de PCB’s:
– Col·locació de components– Traçat de pistes
• La política a seguir per tots dos aspectes no és la mateixa per cada aplicació industrial amb una complexitat mínimament moderada
– Es difícil tenir en compte totes les consideracions• Les eines informàtiques incorporen eines de suport en aquesta
qüestió, però cal un temps important d’aprenentatge (rules)
– Quan més es dissenya més s’aprèn (feedback)
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 2/15
• Efectes fisològics de l’electricitat. Idees bàsiques importants
– El corrent elèctric és capaç de produir cremades severes en el cos degut a la dissipació d’energia existent en la resistència del nostre cos i pot causar danysimportants en el sistema nerviós i òrgans interns.
– Tetanus és la condició on els muscles del cos es contrauen involuntàriament quan passa pel mateix un corrent elèctric. Quan la víctima és incapaç de desenganxar-se del fil conductor, pel qual, passa el corrent és diu que la persona està atrapada en el circuit (froze on the circuit)
– El diafragma (als pulmons) i els muscles del cor estan igualment afectats i causen un batec accelerat i d’alta intensitat (fibril·lació) que pot durar inclús desprès del ‘shock’
– El corrent DC és més proper a causar Tetanus mentre que el AC és més propens a causar fibril·lació.
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 3/15
• ‘Shock’ path (Camí que segueix el corrent elèctric en els xocs)
– El corrent requereix un circuit tancat per circular. Si no hi ha dos punts de contacte en el cos on el corrent pugui entrar i sortir no hi ha perill de shock
– Un error comú es creure que és impossible rebre un shock tocant un cable d’alta tensió en un sol punt. NO HO FEU MAI !! Això no és cert. Les persones podem derivar corrents a massa i crear un camí de manera involuntària al corrent elèctric
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 4/15
• FAQ’s sobre els ‘shocks’
– 1) Si la presència de massa en el circuit implica una toma on hi ha perill de ‘shock’, per què usem masses? No seria més segur un circuit sense massa?
– 2) Si la brutícia o els teixits del que estan fets els materials de les sabates són aïllants, per què no actuen com protectors?
– 3) Si quan el corrent circula pel terra podem rebre ‘shocks’, per què no usem el terra com conductor?
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 5/15
• Per què usem masses? (1)– Les masses en els circuits tenen la funció d’assegurar que una part del circuit és
segura en front als riscos de ‘shock’
• Però si deixem el circuit sense masses, no asseguraria que la persona tingués només un punt de contacte?
– Idealment, sí. Pràcticament NO.
Situació ideal
Massa accidental a través d’un arbre
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 6/15
• Per què les sabates no actuen com protectors? (2)
– Les sabates actuen com aïllants fins a cert punt. Algunes tenen la sola molt fina.• Aïllament de les sabates usades: 20MΩ• Contacte amb sabates de pell (en sec): 100kΩ-500kΩ• Contacte amb sabates de pell (humit): 5kΩ-20kΩ“Existeixen sabates especialment dissenyades per treballar en entorns elèctrics altament
perillosos, però han d’estar extremadament seques i netes per a que siguin efectives”
• Per què no usem el terra com a conductor? (3)
– El terra no és un bon conductor, però es capaç de derivar el suficient correntcom per poder ferir o fins i tot matar a una persona.
• En efecte, algunes superfícies de massa són millors que altres: L’asfalt té major resistència elèctrica, mentre que el formigó tendeix a tenir baixa resistència, ja que està compost de substàncies químiques liquades que són conductives.
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 7/15
• ‘No és el voltatge el que mata, sinó el corrent que provoca’
BODILY EFFECT
DC CURRENT
60Hz AC
10kHz AC
Slight sensation felt at hand(s)
Men: 1.0mAWomen: 0.6mA
0.4mA0.3mA
7mA5mA
Threshold of perception
Men: 5.2mAWomen: 3.5mA
1.1mA0.7mA
12mA8mA
Painful, but voluntaru muscle control mantained
Men: 62mAWomen: 41mA
9mA6mA
55mA37mA
Painful, unable to let go of wires
Men: 76mAWomen: 51mA
16mA10.5mA
75mA50mA
Severe pain, difficulty breathing
Men: 90mAWomen: 60mA
23mA15mA
94mA63mA
Possible heart fibrilation after 3
seconds
Men: 500mAWomen: 500mA
100mA100mA
* Xifres aproximades
Resistència del cos
DRY WET
Wire touched by finger 40KΩ-1MΩ 4KΩ-15Ω
Wire held by hand 15KΩ-50KΩ 3KΩ-5KΩ
Metal pliers held by hand 5KΩ-10KΩ 1KΩ-3KΩ
Contact with palm of hand 3KΩ-8KΩ 1KΩ-2KΩ
1.5 inch pipe grasped by one hand 1KΩ-3KΩ 500Ω-1.5KΩ
1.5 inch pipe grasped by two hands 500Ω-1.5KΩ 250Ω-750Ω
Hand immersed in conductive liquid 200Ω-500Ω
Foot immersed in conductive liquid 100Ω-300Ω
Recordeu de fer ús de teixits aïllants en la indumen-tària (guants i calçat) quan manipuleu equips de
potència
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 8/15
• Actuacions de seguretat en la manipulació dels circuits electrònics d’alta potència
• Desconnecteu les fonts d’energia del circuit cada vegada que aneu a fer un canvi en el mateix (Zero Energy State). Això no nomès s’aplica a l’electricitat, sino que també és vàlid per alguns sistemes mecànics:
– Molles sotmeses a pressió, pressió hidràulica, pneumàtica, etc– Recordem que segons quines situacions, els condensadors i bobines poden
mantenir l’energia enmagatzemada encara que es desconnecti un circuit
• Els interruptors de desconnexió sempre han d’estar presents de la manera convenient per poder asegurar (Zero Energy State).
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 9/15
• Actuacions de seguretat en la manipulació dels circuits electrònics d’alta potència (continuació)
• Si és possible utilitzar mecanismes per ‘curtcircuitar’ o posar a terra la càrrega per descarregar els circuit.
– Aquesta mesura també permet fins i tot desconnectar components amb el circuit connectat
• En cas d’haver necessitat d’actuar en les connexions del circuit de potència s’han d’utilitzar mecanismes Lock-out/Tag-out.
– Pasos: 1) Realitzar connexió a terra (lock). Signatura (tag) 2) Comprovar la càrrega (Asegureu-vos bé que el tester funciona). 3) Actuar en els conductors (primer tocar amb la part trasera de la mà)
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 10/15
• Qué fer en els casos de ‘shock’– 1) Desconnecteu l’interruptor d’energia. Si no es pot localitzar,
utilitzeu un objecte aïllant (barra de plàstic o fusta). NO HO FEU MAI AMB LES VOSTRES MANS
– 2) Les persones que acaben de rebre un ‘shock’ han de ser atesses urgentment.
– Si la persona éstà inconscient comproveu la seva respiració, pols cardíac. Apliqueu massatge cardíac (amb guants).
– Tot i estar conscients, les víctimes de ‘shock’ necessiten ser monitoritzades. Abrigueu i tranquilitzeu a la persona fins que arribi personal qüalificat
» La posibilitat de ‘shock’ encara existeix desprès d’haber estat en contacte amb el corrent elèctric.
– Els ‘schocks’ produeixen irregularitats en el batec del cor. Revisió supervisada
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 11/15
• Situacions de perill més habitual
– Tocar els dispositius elèctric-electrònics amb les mans humides.– Intervencions en la línea telefònica (48 Vac)– Escoltar equips d’audio i/o ràdio portàtils a la banyera (Inclús els que usen
bateries)– Intervencions en endolls i cables elèctrics en mal estat– Línies elèctriques d’alta tensió
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 12/15
• Disseny segur de circuits electrònics
– La majoria dels equips electrònics de potència tenen una de les tomes d’alimentació connectades a la toma de terra per seguretat. La toma de terra s’anomena neutre (neutral conductor) mentre que l’altre és la toma de senyal (hot conductor)
– Els cables i connexions amb SENYAL han de quedar aïllats de l’estructura metàl·lica (o PVC) que l’envolta. En cas contrari hi ha perill de ‘schock’ en cas de contacte accidental
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 13/15
• Disseny segur de circuits electrònics (continuació)
– Connexió d’estructures metàl·liques directe amb presa a terra per evitar l’inconvenient de la polaritat.
-Possibilitat de danys en l’equip
-Seguretat per l’usuari
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 14/15
• Seguretat en la soldadura en llocs industrials
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
- Persones connectades a terra- Equips connectats als interruptors principals i a terra- Humitat relativa: 40-50%- Lloc de treball lliure d’objectes
Seguretat i Integritat Física /Disseny Electrònic 15/15
• Més informació: http://www.bussmann.com/services/safetybasics
– Handbook for electrical safety (2nd. edition)– Electrical Protection Handbook
Aspectes de seguretat elèctrica. Integritat física de la persona
Accessoris mecànics / Components Electrònics
2/8
Base de fixació de Components Electrònics• Plaques de muntatge per circuits electrònics
Tipus de placaBoard
Matrius de punts
Circuit imprès
Tecnologies Thru Hole(IC SMD amb adaptadors)
Thru-Hole / SMD(segons model).
Thru-Hole / SMD(Verge/Positiva/Negativa)
Aplicació Bancs de proba Banc de prova i petits prototips Prototips més complexos
Cost Baix Variable segons tipus Baix
Fiabilitat Baixa Mitja Elevada
Procès de fabricació
Fàcil muntatge i desmuntage de components
Soldadura / Desoldadura de dificultat moerada
Procès de fabricació i soldadura complex
Accessoris mecànics / Components Electrònics
3/8
Targes de Circuit Imprès
– Segons material
– Segons nombre de capes
• N Capes• De doble cara (2 Capes)• Senzilles (1 Capa)
– Segons material fotosensible utilitzat:
• Revelar positiu:– Pistes protegides a la llum
ultraviolada• Revelar negatiu:
– Pistes exposades a la llum ultraviolada
Tipus de PCB
Funció Materials
Rígid Aïllant FR-4Fibra de vidrio
Rigid i Flexible
Conductor Coure Aleació de coure-berilioAleación de coure i níquel NíquelPlata
Flexible Aïllant Kapton®
Poliamida
Cost
Accessoris mecànics / Components Electrònics
4/8
• Característiques principals
– Material base utilitzat (Temperatura i rigidesa dielèctrica)– Espessors del material base– Base conductora de coure– Diàmetres dels forats (‘Pad’)– Resistència elèctrica del coure– Capacitat de càrrega de corrent– Tensió nominal dels conductors
Targes de Circuit Imprès
DIN 40 801 T.1/8.71DIN 40 802 T.2/6.69DIN 40 803 T.2/3.70
Accessoris mecànics / Components Electrònics
5/8
Targes de Circuit Imprès
• Material Base
• Base de coure– Pes i espessors - Forats
Pes nominal en g/m2
Espessor(μm)
Variacióadmissible (μm)
152 18 +6/-2
305 35 ±5
610 70 ±8
Base resina Suport de resinaPF.- Fenol CP.- Paper de cel·lulosaEP.- Epóxid GC.- Teixit de filaments de vidre
Número a la dreta elevat Millor qualitat
Espessors: 0.2, 0.5, 0.8, 1, 1.2, 1.5, 1.6, 2, 2.4, 3.2, 6.4
Ø trepant 0.5 0.6 0.8 0.9
Ø amb base sold. - 1.8 2.3 -
Ø trepant 1 1.3 1.6 2
Ø amb base sold. 2.5 2.5 3.1 3.5
Accessoris mecànics / Components Electrònics
6/8
Targes de Circuit Imprès
• Base de coure (continuació)
A Sense revestimentaïllant
fins 3000m d’altitud
B 15000m
C Amb revestiment aïllant
3000m
D >3000m
-Espessors de 1.6 ... 3.2mm-Reducció 15% amb vernís derecobriment o espessor <0.8mm
Accessoris mecànics / Components Electrònics
7/8
• Metodologies més habituals
Gravació de circuits impresos en plaques (Tècniques tradicionals)
2.- Ús de logotips amb figures:Pads, Vias i Línies
1.- Tinta Indeleble
5.- Mètode Fotogràfic
3.- Disseny software directe
6.- Serigrafia4.- Transferència de calor
Accessoris mecànics / Components Electrònics
8/8
Gravació de circuits impresos en plaques (Tècniques tradicionals)
Disseny Tipus de placa Característiques
principals
Processos involucratsCaràcter
M S V F I R E Mc El*
Tinta Indeleble X X - Ús de retolador indeleble
EconòmicX
X
Comercial
Logo X X - Serigrafiat manual(‘calcomanies’)
Directesobreplaca
X X -Hem d’incloure seguretat acústica X
Per Calor X X-Es necessita un paper especial onimprimir el disseny (PRESS-N-
PEEL)
X XMètode Fotogràfic X X -Fiable i assequible
EconòmicamentX
Comercial iIndustrial
Serigrafia X X - Equip sofisticat i costós Industrial
• Comparativa mètodes de gravació
* Opcional segons mètode
Fabricació Manual de PCB's /Disseny Electrònic
2/6
• Processos de fabricació manuals
Realització de PCB’s
1.- Fotograbació, revelat i atac químic
2.- Micro-fresat
3.- Micro-fresat i metal·litzat per electròlisi
Fabricació Manual de PCB's /Disseny Electrònic
3/6
PCB fotogràfic
1.- Exposició (Exposure)2-5 Minuts
2.- Revelat (Developing)1-2 Minuts
3.- Atacat (Etching)3-5 Minuts
*5.- Recobriment de plata(Tin-Plating)
*4.- Stripping6.- Perforació (Drilling)
6.- Soldadura (Soldering)
Fabricació Manual de PCB's /Disseny Electrònic
4/6
• Exposició– Tipus de llum a utilitzar en la fotograbació
• Llum solar.- Temps d’exposició variable, segons la temperatura ambiental i climatologia (2 minuts en un dia solejat)
• Ultra-violat.- El més habitual (Fluorescents). Temps d’exposició: 2-3 minuts segons el tipus de placa utilitzada
– No confondre amb el tipus de llum ultra-violeta utilitzada en EPROMS• Làmpares de mercuri.- Temps d’exposició elevat (15-20 minuts)
– Manteniment de la isoladora: Netejar el vidre frecuentment
– Tipus de Transparència
• Paper vegetal.- Hem d’incrementar el temps d’exposició• Paper transparent.- Hem de vigilar que les pistes no siguin transparents
– Configuració d’impressió: Mono.– Impresió: En paper. Serigrafia: Transparència (És aconsellable no utilitzar el
mètode convencional de fotocopia)
Procés de realització del PCB
MIRROR iSHOW HOLES
Experimentar ambel temps d’exposició
Fabricació Manual de PCB's /Disseny Electrònic
5/6
Procés de realització del PCB• Revelat.- Eliminació del material fotosensible en la part de la placa que no ha estat
exposada a la llum ultra-violat (revelat positiu)
– Revelador.- Substància química utilitzada en el procès de revelat• Sosa càustica (1% del volum ) amb aigua (90% del volum)• La sosa càustica es dilueix am aigua en una proporció 5:1 (5 d’aigua; 1 de sosa càustica)
– Començat el procés, l’aigua comença a enterbolir-se i el dibuix del circuit comença a aparèixer.
– Si el dibuix no apareix és senyal inequívoca d’insolació insuficient (Necessita més temps d’exposició). Si apareix ràpidament el revelador està molt concentrat (S’ha de ficar aigua)
– Finalment, s’ha de netejar la placa amb aigua abundant
Positiu Negatiu
Fabricació Manual de PCB's /Disseny Electrònic
6/6
Procés de realització del PCB
• Atacat (Etching).- Eliminació del coure restant amb solució corrosiva
– Atacador.- Substància corrosiva utilitzada en aquest procés. Es poden utilitzar diferents solucions:
• Atacador ràpid: 2 parts d’aigua, 1 part d’aigua oxigenada, 1 part d’àcid clorhídric• Altres: Clorur Fèrric, perclorat d’amoni, Clorurs (CuSO4, CuCl2), aigua oxigenada amb salfumant etc...
– Una vegada hagi desaparegut el coure, donem per finalitzar el procés i treiem la placa de la cubeta
– Rentem amb aigua abundant, sequem i treiem el vernís restant amb cotó i alcohol.
La dissolució és TÒXICA!!Eviteu el contacte amb
la pell (guants) i la inhalació de vapors (mascareta) durant
tot el procés
Soldatge /Disseny Electrònic 2/11
Soldadura• Consideracions de disseny inherents
– Generals• Junta de soldadura: 0.5 ···0.26mm (Quan més petit millor Efecte capilar)• Resistència:
– Soldadura blanda: 40N/mm2, Soldadura dura: 250...400N/mm2
• Soldant fils en plaques:
– Thru-Hole
d1 (mm) d2 d3
0.6 0.8 2.0
0.6···0.8 1.0 2.0
0.65···1.1 1.3 2.5
Disposició de la tarja Doblat en elpatillatge
R>da≥2·d
Mínim 1.5mm
Evitar esforços mecànics ja que causa danys prematurs
Fixació en PCB
Tipus de connexió Β en graus (º)
Axial 40...60
Radial 40...60
Encapsulat DIP 10...60
Tec. Grab.
e (mm) f (mm) b (mm)
Normal 0.8···2.0 0.7···1.1 0.5···2.0
Fina 0.5···2.0 0.3···1.1 0.5···2.0
Molt fina 0.5···1.5 0.3···0.9 0.5···2.0
Soldatge /Disseny Electrònic 3/11
Soldadura• Consideracions de disseny inherents (continuació)
– SMD
Dimensions (mm) Cilíndric Quadrat
ComponentL 3.5 5.9 2 3.2 3.2 4.5
B 1.5 2.2 1.25 1.6 2.5 3.2
Superfície de connexió
L 1.2 2.1 1.1 1 1 2.2
b 1.6 2.3 2.1 2.4 3.3 4
m 2.8 4.8 2 3.2 3.2 4.5
a 1.6 2.7 0.9 2.2 2.2 2.2
Disposició de la tarja
- SOT 89 (4 terminals) - SOT 23 (3 terminals)
Muntatge soldadura Disposició de components Adhesiu Pasta sold. Reflow Wave sold.
SMD una cara A B B A
SMD dues capes capa 2 capa 1 capa 1 capa 2
Mixta SMD (una capa) X - - X
Mixta SMD (dues capes) capa 2 capa 1 capa 1 capa 2
Soldatge /Disseny Electrònic 4/11
Soldadura
• Tècniques manuals
1.- Llapis (15-75W)
3.- De Gas
2.- Pistola (150W)
4.- Estació Soldadura convencional
5.- Estacions perreparació SMD
Soldatge /Disseny Electrònic 5/11
• Tècniques manuals (Thru Hole)
Soldadura
Lloc de treball
1.- Base conductora2.- Terminal de terra del taller3.- Unió de potencial4.- Dispensador d’estany5.- Estació de treball
1.- Estació de treball2.- Regulador de temperatura3.- Transformador (Aïllament)4.- Soldador de mà5.- Punta.6.- Sensor de temperatura7.- Escalfador
Regulació de temperatura
Soldatge /Disseny Electrònic 6/11
Soldadura
• Consells pràctics
– Components:• Terminals nets• Estètica
– Soldadura:• Punta soldador neta(Preparar la punta per soldar)• Estany adequat (60% Sn 40%)
– S’ha d’evitar:• No ficar estany al soldador durant el procés de soldat• Evitar soldadures fredes(No retirar ràpidament el soldador)
– Procés de soldadura amb llapis:
Soldatge /Disseny Electrònic 7/11
• Estacions de soldadura
– Les estacions permeten controlar la temperatura en el procés de soldat
– Per facilitar el de-soldat algunes estacions incorporen bomba d’aspiració d’aire
Soldadura
Soldatge /Disseny Electrònic 8/11
• Estacions SMD
– Tot i incorporar més accessoris que les estacions Thru-Hole, les estacions SMD estan considerades com de reparació.
– Quan s’opta per una estació de reparació SMD, es important repassar els jocs de puntes i pinces que incorpora
Soldadura
Soldatge /Disseny Electrònic 9/11
• Procés de de-soldadura d’un circuit integrat SMD
Soldadura
1.- Aspiració d’aire 2.- Escalfat del CI 3.-Extracció automàtica
Soldatge /Disseny Electrònic 10/11
Soldadura
• Procés de reparació d’un circuit integrat SMD
1.- De-soldat 2.- Neteja de Pad’s 3.- Col·locació component
4.- Fixació component(Soldat angles oposats)
5.- Aplicació de flux(Pad’s i Tracks)
6.- Soldat
Soldatge /Disseny Electrònic 11/11
Soldadura• Tècniques industrials
1.-Soldadura per ona(Wave soldering)
2.-Tècnica ‘Reflow’
Wave Soldering
Simple• Technologia ‘Thru Hole’ i SMD (una cara)• Temps de soldadura <3s
Doble• Evita zones crítiques en targetes SMD (ponts i falses soldadures)• Temps de soldadura <5s
• Desplaçament per damunt de l’ona provocada per l’element terminal (‘Nozle’)• Temperatura de l’estany: 265ºC• Profunditat d’immersió de la soldadura: 2..6mm• Velocitat d’avanç de la placa: 1..3cm/s• Angle de passada: 5..10º• Necessita neteja posterior
Reflow technique
• La placa es submergeix en la zona de vapor del líquid inert en ebullició.• La pasta adherida als components es fon per condensació• Soldadura simultànea per les dues cares• Punt d’ebullició: 215ºC• No precisa neteja posterior
- Prèviament s’escalfa la placa per eliminar laHumitat i els gasos del material (16h a 105ºC)
- Altres consideracions:Temps d’’emmagatzematge, preescalfament a 150ºC durant 20 segons