Circuito electrónico ¿cómo se hace?

Si has llegado hasta aquí quizás estas pensando en hacer un circuito electrónico para poder materializar ese proyecto tan chulo que te mueres por hacer pero que te faltan conocimientos y que piensas que es muy difícil, pues, ¿que me dirías si te dijera que existe una herramienta que te facilitará materializar ese proyecto en el que estás pensando partiendo desde cero?

Mas adelante te voy a hablar de esta fantástica herramienta que te traigo con un regalo, pero antes he de ponerte en contexto y porque es tan útil.

Un circuito electrónico es, un conjunto de componentes electrónicos interconectados entre si, que a grandes rasgos se dividen en:

Pasivos: No tienen la capacidad de variar la corriente a través de otra señal eléctrica entre ellos podemos encontrar resistencias, condensadores, bobinas, transformadores e incluso diodos.

Activos: Tienen la capacidad de controlar el flujo de corriente a través de otra u otras señales, normalmente son semiconductores es decir se pueden comportar como conductores o no de la electricidad en función de otra señal de control o mando, en este tipo podemos encontrar los transistores, Triacs, circuitos integrados, puertas lógicas, amplificadores operacionales , memorias, microcontroladores, microprocesadores etc

Igual que en una instalación eléctrica como la de la vivienda de tu casa para unir unos componentes de la instalación con otros se unen con cables (material conductor), en un circuito dependiendo de como este montado también se usaran cables (en protoboard) o si hablamos de un circuito impreso (Pcb) en el que profundizaremos más adelante, se les llama pistas.

La palabra circuito viene de que la corriente entra por un borne al circuito desde la batería, fuente de alimentación o red y sale por el otro borne de alimentación pasando por todos los componentes.

Cada componente hace una función distinta, a mi me gusta pensar en ello como aquel niño (electrón) que entra a un parque de atracciones y cada atracción te mueve de una forma diferente y hace que te sientas de manera distinta, pues con los electrones hacemos lo mismo según por que componente lo pasemos le costará más o menos pasar lo elevaremos, lo bajaremos le haremos circular solo en un sentido, lo almacenaremos, lo aceleraremos etc

circuito electrónico
Circuito electrónico

Fases de creación de un circuito electrónico

Para lograr tener éxito en la creación de un circuito electrónico, debemos de pasar por varias fases:

Definir detalladamente que función que debe realizar.

Que requerimientos ha de tener.

Hacer un diagrama de bloques de las partes de nuestro circuito

Hacer el esquema (plano eléctrico de mi circuito) y selección de componentes

Prueba de concepto, prototipo montaje real o simulación por software

Testeo y validación

Diseño del PCB (circuito impreso), circuito definitivo

Insolado de la baquelita circuito impreso y atacado del cobre sobrante

Máscara (opcional) y taladrado

Soldado de componentes y prueba final.

Definir la función del circuito electrónico

En este apartado lo importante es dejar claro que es lo que realmente va a hacer nuestro circuito, imaginemos que vamos a realizar un circuito electrónico que controle una puerta automática, por lo tanto sería algo asi como :

El circuito electrónico dispondrá unos conectores para dos detectores, cuando algún detector de entrada o de salida detecte a una persona el motor con reductora girará en sentido de abrir hasta que las puertas lleguen al final de su recorrido, en ese momento tocarán un final de carrera y se detendrán.

Seguidamente se activará un temporizador de 5 segundos, pasados estos cinco segundos el motor girará en sentido contrario para cerrar las puertas.

Si durante la maniobra de cierre de puertas es detectada alguna persona por algún detector el motor parará e invertirá giro, para abrir de nuevo las puertas y repetir el proceso.

Si durante la maniobra de cierre no es detectada ninguna persona el motor girará en sentido de cierre hasta tocar las puertas el final de carrera de cierre en ese momento el motor debe parar y quedar a la espera, hasta una nueva detección.

Requerimientos del circuito electrónico

En este apartado definiremos un poquito más a nivel hardware, por ejemplo que potencia hade tener nuestro motor para ser capaz de mover las puertas, que superficie ha de cubrir los detectores, donde ira ubicado cada elemento dentro de la instalación, si queremos alguna llave de apertura de emergencia y que se queden las puertas abiertas hasta nueva orden, cual será la tensión de alimentación y de trabajo de nuestro circuito electrónico, que tecnología a usar sería la más adecuada, condiciones de temperatura, humedad, cuanto más lo detalles mucho mejor.

Diagrama de bloques de nuestro circuito electrónico

En esta parte dibujaremos cajitas con las partes más relevantes de nuestro circuito a modo de esquema sin detallar su funcionamiento, de modo que tengamos una idea general de las partes de las que se compondrá nuestro circuito electrónico, tomando como ejemplo el de la puerta automática sería algo así.

circuito electrónico bloques bloques
circuito electrónico bloques

Esquema del circuito electrónico

Un esquema electrónico es un plano, al igual que los arquitectos realizan los planos de las casas, los electrónicos realizamos esquemas eléctricos o electrónicos en los que representamos los componentes (resistencias, condensadores, transistores, circuitos integrados etc) por su símbolo electrónico no confundir con su encapsulado que es la forma física que tiene como vemos en el ejemplo del transistor de la siguiente imagen

símbolo electrónico
Encapsulado y símbolo electrónico de un transistor

Como puedes observar el dibujo de la izquierda es el encapsulado tipo TO-92, es decir como es físicamente los números 1,2 y 3 nos indica que es cada patilla colector , base y emisor, sin embargo en la parte de la derecha tenemos su símbolo electrónico que esta compuesto por las tres rayitas de la cual la de la flechita es el emisor.

Antes de realizar nuestro esquema electrónico debemos decidir con que tipo de electrónica vamos a realizar nuestro circuito electrónico, lo podremos realizar con electrónica analógica, con electrónica digital, con un microcontrolador, FPGA´s o bien con un autómata programable, en este caso teniendo en cuenta varios aspectos como son facilidad de realización, precio, espacio, versatilidad, facilidad de modificación, yo he decidido usar un microcontrolador ya que gana en prácticamente todos los aspectos.

Y te preguntarás que es un microcontrolador, bueno pues contado muy rápidamente, es bastante parecido a un microprocesador que te sonará de tu ordenador , teléfono móvil, TV, es más sin saberlo los usas a diario en tus electrodomésticos en tu automovil y en cualquier aparato electrónico.

Es un circuito integrado programable que necesita muy pocos componentes para funcionar, ya que dispone internamente de memoria, control de puertos de entrada / salida temporizadores, bus de comunicaciones y un largo etc.

Un circuito hecho con electrónica analógica o puertas lógicas siempre hará lo mismo no podemos modificar nada siempre hará lo mismo pero la ventaja de los microcontroladores que al ser programable hoy podemos programarlo para que sea una puerta automática y mañana lo cambiamos para que controle el vuelo de un dron o lo que se te ocurra, esto es una pasada además su programación la podemos hacer desde nuestro ordenador y meterle el nuevo programa en su interior, por lo que si nos equivocamos o queremos hacer actualizaciones lo tendremos bastante fácil.

En la siguiente imagen podemos ver el esquema eléctrico de nuestro circuito electrónico de la puerta automática, donde puedes ver los componentes electrónicos representados por sus símbolos y unidos por líneas (cables o pistas).

Esquema electrónico

Prototipo.

Antes de hacer una placa definitiva hay que hacer las pruebas, ya que lo raro es que funcione algo perfectamente a la primera, por lo tanto para eso está el prototipo para que sea fácil hacer pruebas y hacer modificaciones.

Existen programas de electrónica como Proteus, aunque existen muchos más en los que podemos aparte de realizar el esquema podemos simular su funcionamiento.

Dispone de herramientas como fuentes de alimentación, multímetros, generador de señales , osciloscopios etc.

simulador proteus

Esta herramienta es maravillosa pero sinceramente yo soy de la idea que siempre que sea posible hacer el montaje real, porque a veces es posible que en la simulación funcione pero en el prototipo no, no hay nada como hacer el montaje real.

Y en este punto entra una herramienta super usada y conocida que es la protoboard o placa de prototipos, es simplemente una pieza de plástico con una serie de agujeritos colocados en línea en la que en su interior tienen unas chapitas metálicas de modo que están pensadas por su tamaño y forma para introducir patillas de componentes.

Con lo que esta placa nos sirve para que se sujeten los componentes y nos permite fácilmente conectar unos con otros con cablecitos.

La ventaja que tiene es que es reutilizable y fácilmente modificable.

Placa protoboard

Las protoboard tiene una disposición de líneas de conexión como sigue en la siguiente imagen

Disposición de las líneas de conexión de una protoboard

Lo que representa esta segunda imagen es la unión eléctrica en las diferentes líneas, es como si todos esos agujeritos de cada línea estuvieran unidas por un cable, con lo que si quisiera unir por ejemplo dos resistencias e introdujera la patilla de la resistencia 1 en la columna 1 fila A , la patilla de la resistencia 2 podría introducirla en la B,C,D o E.

Hay que entender que la columna 1 al igual que el resto de columnas está dividida en dos, un grupo A,B,C,D o E y el otro F,G,H,I o J

En los laterales existen a lo largo de la protoboard unas líneas serigrafiadas en rojo y azul que se suelen usar como líneas de alimentación en las que pincharemos los cables provenientes de las fuentes de alimentación y ya tan solo tendremos que pinchar allí los cables provenientes de nuestro circuito que vayan directamente a la alimentación Vcc(+) 24V, 12V, 5V, 3,3 o la que sea y Gnd (masa) 0 voltios, una técnica muy utilizada es unir con cables ambos extremos línea roja con línea roja y azul con azul así nos será más fácil alimentar mi circuito.

Ni que decir tiene que esto es una norma inamovible sino que puedes usarlas a tu gusto no faltaba más.

Una herramienta maravillosa

Llego el momento de presentarte una herramienta maravillosa, que realmente ha generado una revolución en el mundillo de la electrónica, esta herramienta es la placa Arduino.

Lo realmente disruptivo de esta placa con respecto a lo que existía antes es la sencillez en su programación, es open Hardware es decir que los planos de construcción , el esquema eléctrico es abierto están disponibles al público para que si así lo deseas puedas construirte la tuya propia para uso personal o comercial, eso sí no puedes usar el nombre Arduino.

Otra de las premisas con las que se creo y que se diferenciaba de las existentes es su precio, ya que esta placa surgió para proveer a los estudiantes de una herramienta de trabajo asequible económicamente hasta tal punto que la placa original como es la Arduino UNO aunque existen muchos modelos, la UNO es la más popular tiene un precio oficial de unos 20€ y si ya nos vamos a la copia china podemos encontrarla desde los 4 o 5 €, así que el que quiere aprender electrónica ya no podrá poner la excusa del precio jajaja.

Y si estás pensando, es que esto de la electrónica y la programación es muy difícil, yo te diría que nada más alejado de la realidad.

Como muestra un botón como dicen en mi tierra, ¿sabías que a los niños en las escuelas se les enseña a usar esta placa? para que desarrollen su creatividad, aprendan electrónica y programación, así que esto tampoco es excusa.

En virtud de mi conocimiento como ingeniero electrónico y también como estudiante de electrónica desde el año 1992 si hay una herramienta que ha ayudado a la comprensión, el amor y la afición a la electrónica es sin duda esta placa.

En mi época aprender a programar microcontroladores te aseguro que no era una tarea fácil, no así como la oportunidad que se tiene ahora con esta placa.

Estarás pensando pero bueno ya me has contado algunas de las bondades de esta maravillosa placa pero que es realmente, para que sirve, así que déjate de tanto royo y vamos al grano.

Arduino Uno
Arduino Uno

Este tipo de placas se llaman placas entrenadoras, ya que se usan para hacer prototipos y son ideales para aprender el funcionamiento de los microcontroladores.

También se usan como circuito definitivo por lo que la rapidez con la que tendrás tus proyectos será alucinante

Son ideales porque facilitan su uso disponiendo una serie de pines y conectores para que sea fácil interconectarla con otros elementos como veremos más adelante.

Bien el cerebro de esta placa es el microcontrolador que este chip grandote que puedes ver en la placa.

Pero que es un microcontrolador, bueno como antes te comentaba es un chip pero la ventaja que tiene es que es programable por lo que podemos programarla para que haga las funciones que tu quieras podría un día ser una puerta automática a otro podríamos configurarla como el control de un dron y mañana decido que puedo poner la domótica en casa para que suban las persianas automáticas se enciendan las luces se conecte el riego, que haga labores de vigilancia (alarma).

¡El límite es tu imaginación!

¿Cómo funciona Arduino?

Arduino tiene unos conectores algunos de ellos se llaman puertos de E/S (entrada/salida) que podremos programar si se van a comportar como entrada o como salida, una entrada es ese pin donde conectaremos dispositivos de entrada.

Estos dispositivos son aquellos que captan una magnitud física del exterior (temperatura, sonido, presión, humedad, luminosidad, movimiento, inclinación, posición, velocidad y un largo etc) la transforman en señales eléctricas y mediante unos cablecitos lo conectamos a nuestro Arduino, es decir un dispositivo de entrada es aquel que capta información del exterior y la introduce a nuestro sistema en este caso Arduino, sin embargo un dispositivo de salida es aquel que recoge la información de nuestro sistema en forma de señales eléctricas y lo representa en el exterior en nuestro medio ambiente, iluminará, sonará, moverá, mostrará mensajes o imágenes, calentará enfriará etc.

Para que te quede aún mas claro te pondré el ejemplo de un ordenador (Arduino) que tiene dispositivos de entrada (teclado, ratón, micrófono, webcam) y los dispositivos de salida son (impresora, altavoces, monitor).

El ordenador capta las teclas pulsadas del teclado la posición del ratón por ejemplo, el ordenador según el programa evalúa esa información que le llega a través del programa que tiene instalado y actúa en consecuencia mostrando una determinada imagen en pantalla o emitiendo un sonido por los altavoces etc

Pues el funcionamiento de Arduino es prácticamente calcado solo que en este caso nuestros dispositivos de entrada los llamaremos sensores y los dispositivos de salida los llamaremos actuadores

Otra de las cosas buenas de Arduino es que existe una variedad ingente de todo tipo de sensores que muchos de elles ya vienen en módulos pequeñas placas de circuito impreso adaptadas para su uso con Arduino, con lo que tu no tienes que romperte la cabeza en diseñarlos y tener unos altos conocimientos de electrónica si que tan solo tienes que conectar sus cables a estos pines de entrada de los que te hablaba y listo.

Al igual que hay todo un universo de sensores para Arduino hay actuadores para Arduino como pueden ser motores de todos tipos, leds , pantallas, zumbadores, relés.

sensores y actuadores
Algunos sensores y actuadores

Por si fuera poco todo esto además podemos dotar a nuestra placa de conectividad bluetooth, Wifi, ethernet (conexión a través de internet) a sí que podremos activar luces motores alarmas o lo que te salga de tu imaginación desde la palma de tu mano a través de un móvil ordenador o tablet, o si lo prefieres con diferentes mandos a distancia, seguro que ya se te ha encendido la bombilla de ese proyectillo que te molaría hacer jajaja.

Arduino al igual que el ordenador le conectaremos los sensores que necesitemos, evaluará los valores de los mismos en función del programa que le hemos escrito y dará una respuesta moviendo motores encendiendo luces o lo que se te ocurra.

Poniendo el ejemplo de un control automático de iluminación, Arduino comenzaría a leer su programa de arriba a abajo y de izquierda a derecha, llegará un momento en el que se encontrará una instrucción que le dice que lea el sensor de luminosidad que tiene en el pin tal, lo leerá seguidamente comparará el valor de este con unos prefijados en nuestro programa y decidirá que hacer si dar orden de encender o apagar la salida donde tiene conectada la bombilla y eso lo hace una y otra vez a una velocidad super rápida.

secuencia arduino
secuencia Arduino

¿Pero bueno Jose Antonio como meto el programa en el chip microcontrolador para que haga lo que yo quiero?

Muy sencillo nuestra placa de Arduino dispone de un conector usb que nos permite conectarla a nuestro ordenador, mediante un programa gratuito llamado IDE Arduino en el que nos proporciona un entorno donde podremos escribir nuestro programa y cargarlo en el chip, todo super sencillo.

El IDE de Arduino tiene este aspecto

IDE Arduino
IDE Arduino

El programa que escribiremos en el IDE de Arduino es el siguiente, si te fijas en algunas líneas hay // el texto que esta a su derecha es la aclaración de que hace cada línea de instrucción para aclararnos esto se llama comentarios

El motor estará en tres estados, parado, abriendo puerta y cerrando puerta

Cuando estando cerrada la puerta se detecta alguna persona por alguno de los detectores o manualmente mediante la llave de emergencia, se le da la orden al motor para que gire en sentido de abrir.

Hasta que toque el final de carrera de abrir en ese momento el motor parará para que no descarrile la puerta jajaja

Seguidamente se temporiza 5 segundos, tras estos si no hay ninguna persona para pasar o esta activada la llave de emergencia el motor comienza a cerrar, hasta cuando, pues se pueden dar dos casos.

El primero que toque el final de carrera de cerrar porque ha llegado al final de su recorrido.

O bien que mediante la maniobra de cerrar detecte a alguna persona, o se active la llave de emergencia en ese momento el motor debe para e invertir el giro para volver a abrir.

El programa de la puerta automática que escribiríamos en el IDE de Arduino de nuestra puerta sería el siguiente, ahora solo échale un vistazo para que tengas una idea, nada más lee los comentarios de lo que hace cada línea recuerda lo que hay a la derecha del //

int detectEntrar =2;//numero de pin del detector de entrada
int detectSalir = 3;//numero de pin del detector de salida
int fcAbrir = 4;//numero de pin del final de carrera abrir
int fcCerrar = 5;//numero de pin del final de carrera de cerrar
int llaveEmergencia = 6;//numero de pin de la llave de emergencia
int motor_giro_abrir = 7;//pin para girar motor para abrir
int motor_giro_cerrar = 8;//pin para girar motor para cerrar
int estDetectEntrar = 0;//variables que almacenan los estados de los fc, detectores y llave emergencia
int estDetectSalir = 0;
int estLlaveEmer =0;
int estfcAbrir=0;
int estfcCerrar=1;
int cierre_interrumpido=0;// almacena si se interrumpio el cierre por algun detector
bool deteccion = false;//variable que nos sirve para salirnos de los bucles 

void setup() { //definimos detectores, llave y finales de carrera como entradas
pinMode(detectEntrar,INPUT);
pinMode(detectSalir,INPUT);
pinMode(fcAbrir,INPUT);
pinMode(fcCerrar,INPUT);
pinMode(llaveEmergencia,INPUT);
pinMode(motor_giro_abrir,OUTPUT);//estos pines seran salidas para el motor
pinMode(motor_giro_cerrar,OUTPUT);

}

void loop() {
while(deteccion=false){//estare comprobando una y otra vez los detectores y demás hasta que haya una deteccion
 leerEntradas();//compruebo si se ha detectado alguna persona
 if((estDetectEntrar||estDetectSalir||estLlaveEmer)==true&&(estfcCerrar==true)){
 //si se detecto para entrar, salir, se activo emergencia y la puerta esta pulsando fcCerrar
 //abre la puerta
 deteccion=true;//como ha habido una deteccion me salgo del bucle 
 abrir_puerta();//abro la puerta 
 }
 if(cierre_interrumpido==1){//si vengo de una maniobra de cierre interrumpida por una detección
  deteccion=true;
  cierre_interrumpido=0;//reseteo el indicador para la proxima vez
  pararPuerta();//paro de cerrar
  abrir_puerta();//e invierto giro para abrir
 }
 }

deteccion=false;
while(deteccion==false){//escaneo el final de carrera abrir para saber cuando parar de abrir
 leerEntradas();
 if(estfcAbrir==HIGH){
  deteccion=true;
  pararPuerta();//cuando la puerta pulsa el fc abrir paro
 }
}

deteccion=false;
delay(5000);// espero 5 segundos antes de cerrar    
while(deteccion==false){
  leerEntradas();
  if(estDetectEntrar||estDetectSalir||estLlaveEmer==LOW){//evito que intente cerrar si hay deteccion de los sensores
    //o la llave de emergencia esta activada
    deteccion=true;
    cerrarPuerta();// si no detecto nada cierro
    }
}

deteccion=false;    
while(deteccion=false){
   leerEntradas();
   if(estfcCerrar==true){//si la puerta toca el fcarrera cerrar
     deteccion=true;
     pararPuerta();//para de cerrar
     }
   if(estDetectEntrar||estDetectSalir||estLlaveEmer){//si mientras esta cerrando hay deteccion o llave
      pararPuerta();//para      
      deteccion=true;
      cierre_interrumpido=1;//me recuerda que vengo de una maniobra de cierre interrumpida  
    }
  }
  
deteccion=false;
}

//Aquí coloco funciones de uso habitual para no tener que repetirlas, las llamo cada vez que las necesite

void leerEntradas(){//leo el estado de los sensores,finales de carrera y llave
 estDetectEntrar = digitalRead(detectEntrar);
 estDetectSalir  = digitalRead(detectSalir);
 estLlaveEmer = digitalRead(llaveEmergencia);
 estfcAbrir= digitalRead(fcAbrir);
 estfcCerrar= digitalRead(fcCerrar);
}

void abrir_puerta(){ //funcion que le ordena al motor que gire en sentido de abrir
  digitalWrite(motor_giro_abrir,HIGH);
  digitalWrite(motor_giro_cerrar,LOW);
}

void pararPuerta(){ // funcion que le ordena al motor que pare
  digitalWrite(motor_giro_abrir,LOW);
  digitalWrite(motor_giro_cerrar,LOW);
}

void cerrarPuerta(){ //funcion que le ordena al motor que gire en sentido de cerrar puerta
 digitalWrite(motor_giro_abrir,LOW);
 digitalWrite(motor_giro_cerrar,HIGH); 
}

Si has llegado hasta aquí en un porcentaje bastante alto estás interesado en hacer tu propio proyecto de electrónica, pero no sabes por donde empezar, pues bien te ofrezco la oportunidad para que te apuntes al mini-curso de Arduino de forma gratuita con el que conseguirás:

Aprender los conceptos básicos de la electrónica

Como instalar y configurar el IDE de Arduino

Conocer los pines y conectores de Arduino

Explicación de instrucciones para programar Arduino

Realizar tu primer proyecto

solo tienes que rellenar el campo con tu email

Recuerda añadir mi correo info@pasionelectronica.com a tu lista de contactos de correo para que los email que te envíe con los vídeos de las lecciones no acaben en la bandeja de spam

Pero que si no te importa un carajo esto de Arduino y aprender a realizar tus propios dispositivos de forma super sencilla, no pasa absolutamente nada jajaja sigue leyendo.

Pues bien el prototipo de nuestra puerta automática tendría un aspecto como este

Con Arduino nos permite, corregir fácilmente el programa si nos hemos equivocado, tan solo tecleando en el ordenador y volviendo a cargar las veces que queramos

Si lo deseas Arduino no tiene que ser solo una placa entrenadora , perfectamente puede ir en el circuito definitivo con lo que te ahorrarías hacer una placa de circuito impreso que ahora veremos como se hace

Testeo y validación

Una vez ya funciona nuestro prototipo, hay que testearlo y validar nuestro circuito electrónico.

Por lo que ahora habrá que entre comillas hacerle la zancadilla a nuestro circuito, intentar que falle, provocar cortes de alimentación, intentar buscar casuísticas que puedan hacer que nuestro circuito falle y una de las mejores maneras es hacer que lo pruebe otra persona y cuantos menos conocimientos tenga de circuitos electrónicos mucho mejor porque provocará errores que a nosotros ni se nos han ocurrido.

Por lo que habrá que corregir los posibles fallos antes de pasar a hacer el circuito definitivo.

Diseño del PCB de nuestro circuito electrónico

De lo que se trata aquí es de dibujar las las conexiones entre cada una de las patillas de cada componente cada línea es como si fuera un cable.

Primitivamente si no conoces un programa de PCB (printed circuit board) placa de circuito impreso , puedes coger y en un papel hacer un bosquejo de como unir cada patilla de cada componente sin cruzar unas con otras, cuando es un pequeño circuito puede que nos resulte facil pero a la que el circuito es un poquito más grande se hace una tarea bastante complicada.

Una vez tienes claro como por donde echar las pistas puedes coger una baquelita virgen o circuito impreso no fotosensible y con un rotulador endeleble pintar todas las pistas teniendo en cuenta las dimensiones de los componentes para que encajen perfectamente.

Este método es bastante cutre jajaja y el resultado dista mucho de un acabado profesional, así que no te lo recomiendo.

Trazado manual del pcb

Otra opción que a mi personal no me gusta es usar una baquelita perforada con la que evitaremos el decapado y taladrado pero por contra tendremos que hacer las conexiones soldando los cables y estañado para unir unos componentes con otros.

fuente imagen perteneciente a spmat

Para hacerlo de forma profesional usaremos un software de ruteado pcb como Kicad, Proteus, Altium, Orcad etc.

Estos programas nos permiten dibujar el esquema eléctrico, simularlos y hacer el pcb, es decir una vez hecho el esquematico el programa pasa automáticamente del simbolo electrico a la parte del pcb donde veremos ya el componente no por su simbolo eléctrico sino por su encapsulado o forma física real con sus dimensiones exactas, ahora nos quedará mover cada uno de estos componentes ya que nos lo entrega de forma desordenada y una vez mas o menos situados le decimos que rutee de forma automática, pero como no hay nada molagroso lo normal es que queden bastantes pistas sin rutear ya que se cortan o estorban unas con otras por lo que nos tocara hacer labor de rehacer o modificar aquellas pistas que el programa de forma automática no ha sido capaz de hacer.

Lo primero es distribuir los componentes más o menos en la posición que ocupan en el circuito electrónico para intentar que los componentes que han de unirse estén lo más cerca posible uno de otros para evitar que se me crucen pistas de otras conexiones, ahora que he soltado esta palabreja pistas vamos a ver un poco de argot Pcbriano jajaja

Fuente imagen Hubor-Proteus

Las pistas son los caminitos por donde circula la corriente, en lugar de ser cables son líneas de cobre que unen patillas entre componentes, en este caso en el programa proteus vemos como hay de color rojo y azul, eso indica que es una placa de circuito impreso de doble cara es decir hay pistas a ambos lados de la baquelita debido a que por la complejidad y tamaño reducido del pcb para evitar que se me crucen unas pistas con otras lo que hago pasarme a la otra cara continuar por esta y luego volver a la cara anterior si fuera necesario.

Para intercomunicar una cara con otra se usa una Via que no es ni más ni menos que un agujero que atraviesa la placa de una cara a la otra, para tener conexión entre una cara y la otra o bien mediante bañado de estaño (forma industrial) o bien paso un hilito fino de cobre y sueldo con estaño en ambas caras dando así conectividad a la pista de la cara de arriba con la pista de la cara de abajo.

En un paso posterior habrá que hacer coincidir muy bien el fotolito de las pistas de arriba con las de abajo para que coincidan los agujeritos de la via.

Insolado y decapado de la baquelita o pcb

Una vez ya he terminado de diseñar el pcb en el software de diseño hay que pasarlo a la realidad, la manera es imprimiendo mediante la impresora (mejor laser) el negativo o fotolito, el papel que useños en la impresora ha de ser transparente o papel vegetal.

Es muy, muy importante en esta fase que las pistas queden totalmente opacas, no nos vale que la impresora imprima unas pistas que dejen pasar la luz, si fuera necesario retocaríamos manualmente con un rotulador endeleble o permanente y con ayuda de una regla, cada una de las pistas hasta que queden totalmente opacas.

Después recortaremos el papel transparente y cortaremos a medida nuestra baquelita, ahora si ha de ser fotosensible ya que vamos a usar el medio de insolado, este tipo de baquelitas llevan unas pegatinas en ambas caras y una imprimación de un material fotosensible.

fuente junta de andalucia/averroes/centros-tic

Si nuestro PCB es de dos caras llevaría esto mismo en ambas caras

Aquí tenemos el aspecto de este tipo de placas

Fuente repro-circuit

Una vez todo cortado a medida quitamos la pegatina de la placa y ponemos encima nuestro fotolito o transparencia con el dibujo de las pistas, recuerda que disponemos de unos pocos segundos, si no la propia luz de la habitación de donde estemos trabajando nos velará la placa y quedará inservible, así que tenlo todo super preparado para no perder tiempo y meterlo cuanto antes en la insoladora.

fuente imagen: https://blog.bricogeek.com/noticias/tutoriales/tutorial-como-hacer-una-placa-pcb-desde-principio-a-fin/

Una vez quitada la pegatina rápidamente le ponemos los fotolitos (transparencia) de nuestro circuito electrónico a ambos lados de la baquelita en caso de ser de doble cara muy importante alinear una cara con la otra para que coincidan se suelen hacer unos taladros previos para ayudar a centrar.

fuente imagen aquí hay apuntes, Entre medias de las transparencias metemos nuestra baquelita placa fotosensible positiva

La insoladora es una máquina que simplemente lo que tiene son unos tubos fluorescentes de luz ultravioleta aunque se pueden hacer caseras con otros tipos distintos de tubos fluorescentes, es como una especie de maletií en la que si es de doble cara tendrá tubos fluorescentes por ambas caras, aunque también las hay de una cara con lo que toca insolar primero por una cara y luego retirar la pegatina de la otra cara de la placa fotosensible e insolar por esta otra.

En casa tengo dos la primera que me hice de forma artesanal en mi época de estudiante que funciona a la perfección y una profesional exactamente igual que la de la imagen que me regalo un amigo.

fuente: Insoladora FREAK IF-48 de metrotecnia sl

Lo que se consigue es que la luz al pasar por el fotolito vela todas las partes que no están protegidas por las pistas de hay su importancia como te decía antes de que quedaran las pistas bien oscuras.

Pasado un tiempo que va ha depender del fabricante de la placa y de la potencia de tu insoladora, se quedara grabado el dibujo del circuito de la transparencia en tu placa baquelita, si no conoces estos tiempos te tocará hacer pruebas con pequeños trocitos de baquelita más transparencia, poniéndolos a insolar y observando los resultados, es muy importante que una vez cierres la insoladora no entre luz por ningún sitio así que asegúrate de poner goma espuma o algo similar para evitar que se cuele luz del exterior.

Fuente imagen: Giltesa.com

Una vez ya hemos conseguido que se grabe el dibujo de nuestro circuito electrónico ,ahora toca el revelado con el que tendremos que eliminar los restos de película fotosensible como se ve en la imagen lo más clarito diferente a las pistas.

Es muy importante que en las siguientes operaciones de revelado y atacado te protejas con unos guantes, gafas de protección y que te sitúes cerca de un extractor o una habitación ventilada, hay que tomárselo en serio ya que si ocurre algún accidente te puede provocar quemaduras, asfixia, intoxicación por vía respiratoria, recuerda que estamos disfrutando de la electrónica, queremos pasarlo bien no, tener un disgusto.

Revelado

Para el revelado tienes dos opciones comprar liquido revelador ya hecho hidróxido de sodio o hacerlo de forma casera echando dos cucharaditas (tamaño café, unos 8 gramos) de sosa caustica de la que venden en cualquier supermercado y diluirlas en medio litro de agua, con esta proporción prepara la cantidad que necesitas y viértela en una cubeta de plástico hasta que cubra nuestra placa observarás que en unos 30 segundos aproximadamente

habra desaparecido el sobrante de la capa fotosensible

Fuente imagen bosque verde

Seguidamente lava con agua abundante la placa para que deje de actuar la sosa, te quedará así

Fuente imagen giltesa.com

Atacado

Ahora nos toca eliminar el cobre sobrante sumergiendo la placa en una solución de ácido en una cubeta de plástico recuerda que los ácidos no atacan al plástico no uses una metálica.

Muy importante en esta fase se desprenden vapores tóxicos protégete y asegúrate de poder extraer esos gases y estar en un sitio ventilado.

Si te ocurre algún accidente lávate abundantemente con agua e intenta que se expanda a otras partes del cuerpo, haz el proceso con tus guantes ropa adecuada gafas y métodos de ventilación-extración.

Usa unas pinzas de plástico para sumergir, sacar y moverla durante el proceso

La solución que preparamos es de :

1 Parte de Agua oxigenada de 110 volúmenes

1 Parte de Salfumant (ácido clorhídrico)

2 Partes de agua corriente (del grifo) para frenar algo la reacción

Así hasta preparar suficiente cantidad para que cubra la placa.

fuente imagen bricogeek, atacado placa circuito impreso

Cuando veas que el cobre sobrante ya ha desaparecido, sácala ya que si la dejas mucho tiempo acabará comiéndose también las pistas

Después saca la placa con ayuda de las pinzas, métela debajo del agua, para eliminar el ácido que le quede

Para quitar la capa oscura que queda encima de las pistas usa acetona o también llamada quitaesmalte de uñas, hasta que te quede con este aspecto

fuente imagen carlitospedia.info

Es una buena práctica coger nuestro multímetro ponerlo en continuidad y comprobar una a una que no hay ninguna pista cortada.

Si te encuentras alguna rellena ese pequeño corte con estaño o un cable no es lo más profesional pero te evitará volver a tener que repetir la placa de circuito impreso.

Máscara y taladrado

Para evitar que se oxide el cobre y darle un acabado más profesional es aconsejable echarle una capa antisoldante

Le aplicaremos el producto de máscara antisoldante en este caso de color verde, seguidamente imprimiremos una transparencia solo con los pads recuerda es la zona donde van soldadas las patillas de nuestros componentes, claro esta esa zona no nos interesa cubrirla para poder soldar bien.

Cuando apliquemos la pasta y pongamos la transparencia le aplicaremos luz ultravioleta, el resultado será algo así

Fuente imagen hacedores.com

Ha grandes rasgos tenemos dos tipos de componentes, los SMD o de montaje superficial que normalmente más pequeño y su particularidad es que todo el componente queda en una cara es decir sus patillas no atraviesan de una cara a la otra por lo tanto no necesito taladrar

componentes smd

Por otro lado tenemos componentes o conectores de inserción THD para los que si tendremos que taladrar para poder colocarlos en el pcb de nuestro circuito electrónico

componente smd vs THD fuente imagen tegnologiamontajesuperficial.es

Para practicar estos taladros lo primero que se aconseja es usar un granete o punzón para que en cada pads donde debamos hacer un taladro, al dar un golpecito con el punzón dejaremos una pequeña hendidura que evitará que al taladrar nos resbale la broca.

Punzonado fuente imagen foros de electrónica

El tipo de taladro más usado es el de la siguiente imagen.

Fuente de la imagen Cetronic

Las brocas que normalmente se emplean son super finas tienen un diámetro de 0,3mm a 1,2mm

Brocas para pcb

Soldadura

Antes de proceder a la soldadura es una buena costumbre comprobar cada componente con el multímetro.

La soldadura empleada en electrónica es soldadura blanda de estaño.

Necesitamos un soldador de estaño y el propio estaño que en la mayoría de los casos es una aleación 60% estaño- 40% Plomo

Soldador típico de estaño suele ser de unos 25w según el uso al que lo vayamos a destinar pero recuerda que si tiene mucha potencia podria dañar el componente con lo que para trabajos delicados cuanto menos potencia mejor, tardarás más en hacer el trabajo pero te aseguras no calentar en exceso.

Para este tipo de trabajos lo que se busca es una punta de soldadura lo más fina posible esto nos facilita soldar por ejemplo circuitos integrados que tengan las patillas muy juntas.

Si el soldador es de una marca reconocida dispondrá de diferentes tipos de puntas que podremos intercambiar tan solo tirando de la punta y volviéndola a encajar, ni que decir tiene que lo hagas con el soldador apagado si no quieres que te quede un bonito tatuaje ya que recuerda que el punto de fusión del estaño esta en torno a los 200 grados y nuestro soldador es capaz de derretirlo.

Soldador de estaño

Hay otro tipo de soldador que es una máquina de soldadura por aire caliente en el que se usa una pasta de estaño de color grisacea que se unta en el pads a soldar se pone el componente encima y con el calor de del aire caliente este se suelda.

Este tipo de máquinas de soldar es el adecuado para soldar componentes SMD o componentes como circuitos integrado que por la forma de su encapsulado no sea factible otro tipo de soldadura más tradicional

Algunos rollos de estaño como el de la imagen incorporan un componente que se llama flux cuya misión es la de facilitar que se adhiera el estaño a la las partes a soldar, el flux también se puede comprar a parte viene en un botecito pequeño cuyo tapón es un pincel para facilitar su aplicación

Fuente imagen RS online

Para soldar hay que esperar que el soldador este bastante caliente y la manera de comprobarlo es intentando fundir el estaño si aún no lo hace o lo hace con dificultad hay que esperar.

Una vez está caliente, comprobamos que la punta esta limpia y que no tiene restos de una soldadura anterior u otro material que se haya podido adherir paa ello debemos limpiar la punta con una esponjita húmeda que en muchas ocasiones nos viene al comprar el soldador o podemos adquirirla por separado, recuerda no limpiar el soldador con unas tijeras u otra cosa que no sea esta esponjita ya que dañaras la punta del soldador deteriorando unas capas que tiene la punta que permiten que el soldador suelde correctamente.

Con el soldador ya caliente, calentamos ambas partes a unir dejando el soldador quieto en dicha parte pasados unos segundos aplicaremos el estaño moviendo este y el soldador hasta cubrir la zona a unir.

No por echar más estaño una soldadura es mejor ni por echar poco tampoco lo es , hay que depositar la cantidad justa para que quede toda la unión cubierta, esta soldadura ha de quedar brillante, si no lo es es síntoma de que no se ha realizado del todo bien y podría dar problemas

Ya casi por último nos quedaría cortar todas las patillas al ras para que no se cortocircuiten unas con otras

fuente imagen ideas robóticas avanzadas

Bueno por último nos quedaría alimentar nuestro circuito electrónico y comprobar que todo funciona correctamente si hemos bien todos los pasos previos, en ese preciso instante cuando funciona tu circuito electrónico si eres un apasionado de la electrónica te embargará una alegría y emoción impresionantes

En caso de no ser así, muchas veces pasa jajaja debido a algún despiste o error nos toca coger nuestro multímetro y averiguar que esta ocurriendo, no te preocupes esto nos ha ocurrido a todo el mundo, revisa que tiene alimentación que las soldaduras están bien hechas, que no hay una pista cortada etc

Bueno espero que te haya gustado este post es un poco extenso y aún así no se profundiza en cada una de las fases para evitar que este sea eterno, la intención es que tengas una idea general de los pasos a seguir para poder hacer tus propios circuitos electrónicos en casa, evidentemente en la industria los procesos de construcción están robotizados, pero la idea es que te aficiones a la electrónica y puedas realizar tus propios circuitos electrónicos.

La mejor herramienta para hacer prototipos o proyectos es sin duda Arduino aprovecha esta ocasión para apuntarte al mini-curso gratuito de Arduino en el que conocerás más como se programa y si esto de Arduino es para ti.

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