Universidad Austral de ChileFacultad de Ciencias de la Ingeniería

Ingeniería Civil ElectrónicaCircuitos Eléctricos I

Construcción de un circuito PCBY funcionamiento

Alumno: Sebastián LatorreDocente: Julio Zarecht

Valdivia, 3 de Julio de 2012

ÍndiceIntroducción.....................................................................................................................................2

Investigación previa.........................................................................................................................3

Circuito..............................................................................................................................................4

Materiales, herramientas y costos..................................................................................................5

Construcción del circuito PCB..........................................................................................................6

1.- Softwares y modificaciones del circuito.................................................................................6

2.- Construcción de la placa (planchado)....................................................................................7

3.- Soldado de la placa..................................................................................................................8

4.- Armado de la caja....................................................................................................................9

Funcionamiento del circuito..........................................................................................................10

Conclusiones...................................................................................................................................12

Bibliografía......................................................................................................................................13

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Introducción

Este proyecto práctico surge de una actividad en el curso de Circuitos Eléctricos I, donde se pide la construcción de un circuito impreso y como objetivo principal, que este cumpla su función principal. Cada estudiante debió escoger que circuito hacer, investigando por propia cuenta, dándose así una instancia de investigación personal y colaboración entre estudiantes. Antes de comenzar debimos escoger nuestro proyecto personal o grupal, inscribiendo previamente nuestro circuito dejando claramente especificados nuestros objetivos, el objetivo principal y los objetivos específicos de los que se espera al finalizar el proyecto.

En este informe relatare como se hizo el circuito desde la planificación hasta cuando se finalizo el proyecto viendo finalmente los resultados de este. Partiremos hablando de la investigación que se dio principalmente al principio, para lograr dar con el circuito con el que se trabajo, seguidamente hablaremos netamente en la construcción del circuito, explicando detalladamente cada una de las fases del proceso de construcción del circuito impreso, dando importancia a los procesos más importantes de la construcción y también a los mas dificultosos. Finalmente se terminará explicando como funciona le circuito que fue escogido para poder después concluir el informe y ver si efectivamente se cumplen cada uno de los objetivos. A continuación se presentarán los objetivos específicos junto con el objetivo general que son esperados.

Objetivo general: Construcción de un circuito impreso y que este cumpla su función principal.

Objetivos específicos

1. Investigar técnicas para construir un circuito impreso.2. Investigar sobre elementos necesarios para la construcción de la placa.3. Identificar cuales son los cuidados que tenemos que tener para poder lograr

hacer una PCB de buena calidad.4. Investigar que materiales son necesarios para poder construir el circuito que

queremos.5. Aprender a utilizar elementos tales como software o hardware para la

construcción de la placa.6. Aprender a soldar una placa a partir de un mapa donde se indica la posición de

cada pieza.7. Aprender a leer el esquema de un circuito.8. Aprender a ensamblar los componentes electrónicos correctamente en el

circuito.9. Aprender a verificar si efectivamente esta bien construido el circuito.10. Analizar y lograr determinar de que manera afecta cada componente

electrónico en el circuito en el funcionamiento del objeto a construir.

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Investigación previa

Lo primero que tuvimos que comenzar a hacer en este proyecto practico fue investigar que circuito hacer, consultando entre pasillos e investigando en la web, se llego a una pagina donde se había una serie de circuitos hechos para estudiantes y que han sido probados previamente. El circuito que decidí escoger fue un amplificador, por la simpleza de su circuito impreso y por la facilidad de encontrar los componentes y construcción de este. Para esto se evaluó toda la información que nos proporcionaban del proyecto que se encontraba en “Open Solar Circuits”. Lo que pudimos encontrar de este proyecto fueron los materiales, el esquema del circuito, la vista de las conexiones y el esquema PCB para impresión en placa de cobre. Mas adelante en la sección “circuito” se adjuntaran el esquemático e información que fue sacada de la web

Además de esto tuvimos que investigar cuales serían los procesos que tendríamos que seguir para poder construir el circuito. Después de haber visto varios métodos para poder hacer el circuito, el que decidí seguir yo fue el método de la plancha para poder hacer un circuito con características “profesionales”, porque el otro método que se vio fue el método del plumón permanente donde se dibujaban las pistas a mano y luego se aplicaría el cloruro férrico para poder corroer, el cobre que no este protegido por la tinta.

Otra parte muy importante que debí investigar antes de comenzar a experimentar fue el como soldar y que la soldadura fuera efectiva. Viendo tutoriales en internet aprendí que la mejor manera de soldar componentes electrónicos es con un cautín de no muy lata potencia (30 W aprox.) y que cuando sea soldada la pieza se debe limpiar bien la superficie para que el estaño conduzca bien la corriente junto con el cobre. Luego se debía poner el cautín junto al cobre y el terminal que se quiere soldar, una vez q están calientes las dos piezas se pone el estaño para que quede bien soldado. También me di cuenta que no se debe poner estaño en el cautín para después ponerlo en la pieza por que quedará una soldadura fría, esto pasa también si al soldar se sopla el estaño para enfriarlo.

Junto con todo esto me di cuenta de que me serían necesarias varían herramientas para lograr mi objetivo, por lo que debí investigar también que tipo de instrumentos serían los mejores para ser utilizados en la construcción del circuito PCB. Anteriormente mencione un cautín de 30W, que esta muy importante para poder soldar el circuito, dado que otros soldadores podrían quemar parte del circuito, componentes o podría haces muy difícil la soldadura. También otra herramienta que me sería de mucha utilidad mas adelante y también durante el proceso es la “Dremel”. La cual es una herramienta rotativa de velocidad variable, con la cual se puede cortar, perforar o lijar cuando uno cambia las piezas de la punta de esta herramienta. Siendo estas algunas de las cualidades mas importantes de esta herramienta de las que ocupamos durante el proceso de construcción del circuito PCB.

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Circuito

Como se mencionó previamente el circuito que se escogió fue el de un amplificador de sonido, toda la información con respecto al circuito del amplificador de sonido fue sacada del mismo sitio “Open Solar Circuits”. A continuación se mostrará la información que requerimos para poder tener la primera fase de construcción del circuito, cuando modificamos imágenes y pistas en computador. De la información que se puede recopilar de la web, son:

1. Los materiales que se verán detalladamente mas adelante.a. Circuito integrado (LM386)b. Resistencias (Pot., R1 y R2)c. Condensadores (C1, C2 y C3)d. Speaker (SPK)e. Batería (Bat.)f. Jack (Imput)

2. El circuito esquemático (fig.1).3. Vista de conexiones de componentes PCB (fig. 2)4. Esquema en PCB para impresiones en placa fenólica (fig. 3)

Después con estas imágenes y con la información proporcionada del circuito nos permitirá ir avanzando paso a paso a través de la construcción del circuito PCB del amplificador.

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Figura 1: Esquemático Figura 2: Vista de conexiones

Figura 3Esquema PCB

Materiales, herramientas y costos

Previamente se mencionaron algunos de los materiales y herramientas que serian utilizados en la construcción del circuito PCB, muchos de estos serán muy importantes en las etapas de construcción del circuito.

Materiales:1. Placa de cobre $3502. Cloruro férrico $12503. Condensadores de 10µF, 0.1 µF y 250 µF $4504. Resistencia variable, potenciómetro 10k $3005. Resistencias fijas de 10kΩ y 10Ω $2006. Circuito Integrado LM386 $4507. Speaker (parlante de 8 Ω) $6008. Cables (1m) $1009. Estaño10. Clavos11. Papel fotográfico brillante $60012. Virutilla $45013. Conector de batería $25014. Batería de 9V $90015. Caja para el circuito $70016. Broca $30017. Impresión laser $15018. Scotch

Herramientas:1. Cautín de 30W2. Dremel3. Martillo4. Tijeras5. Plancha6. Taladro y broca de 1 mm

Los costos aproximados de los materiales necesarios son $10.000 pesos, tomando en cuenta las veces que tuve que comprar cada material, dado que no resulto al primer intento porque se trata de un proyecto de experimentación por lo que si se echaba a perder algo tenía que comprarlo de nuevo. Con respecto a las herramientas y algunos de los materiales fueron conseguidas en casa, por lo que no suman gastos extras.

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Construcción del circuito PCB

Ahora se relatará la construcción del circuito PCB del amplificador hecho dando énfasis en los detalles más importantes del proceso de construcción del circuito PCB e ilustrando en imágenes el este proceso. Dividiendo este proceso en 3 partes. La primera la parte en la que trabajamos con software para poder editar el circuito. La segunda va a ser la etapa donde hacemos el circuito en la placa de cobre, como tercera etapa vamos a tener la parte donde soldamos la placa y finalmente la parte donde armamos el circuito en una caja para poder mantener el circuito integro y se pueda apreciar desde las conexiones hasta la parte de la soldadura.

1.- Softwares y modificaciones del circuito

En esta primera fase tenemos ya tenemos el circuito que queremos hacer, por lo tanto debemos decidir de que manera vamos ejecutar esta parte. Podemos escoger entre un circuito ya hecho y probado por otras personas en internet o consiguiéndonoslo con alguna persona. Lo otro que se puede hacer si es que uno tiene mas experiencia con circuitos y electrónica es hacer uno mismo el circuito en un programa de computadora, como por ejemplo “PCB Wizard”, “Multisim” o también “Proteus”, siendo uno mismo quien acomoda los componentes electrónicos en la futura placa de cobre.

Lo que yo escogí fue, como había mencionado antes es escoger un circuito ya probado y que funcionaba por lo que solo tuve que hacer leves modificaciones utilizando “Paint” y viendo si quedaba la imagen a escala real para que cada una de las piezas quede en el lugar correcto. Lo que finalmente me daría como resultado lo que se tiene en la figura 4.

En la figura 4 tenemos lo que queremos que quede en la placa de cobre pero la imagen invertida de modo que nosotros al plancharla que invertida y se pueda leer todo como corresponde. Entonces lo que primero hicimos fue tomar esta imagen el ir a imprimirla a una imprenta (impresión laser). Es de vital importancia imprimir este circuito en una hoja permita pegar la tinta al cobre mediante calor y por eso se utiliza papel fotográfico para esto.

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Figura 4: pistas PCB final

Finalmente cuando vallamos a la imprenta tendremos una imagen como la de la figuras 5 y 8. Donde podremos tener varias copias del circuito para poder recórtalas y ponerlas en nuestras placas de cobre por si nos equivocamos en algo.

2.- Construcción de la placa (planchado)

Una vez que hemos pasado la etapa anterior tenemos el circuito impreso en hoja y además hemos comprobado que cada uno de los componentes queda bien puesto en los agujeros respectivos. Entonces podemos proceder a la etapa de planchado. La etapa del planchado de una de las mas importantes de todo este proceso, dado que aquí es cuando el circuito que ha sido impreso en el papel fotográfico va a pasar al cobre, por lo que se debe hacer con mucha paciencia y también se debe ser muy riguroso.

Primero debemos pegar el papel con el circuito impreso a la placa de cobre recortada por alguna herramienta que nos los facilite, en el caso una “Dremel” con un disco de corte (figs. 6 y 7).

En las imágenes se puede ver como se corto la placa de cobre para luego envolver la misma con el papel que contiene el circuito impreso. Entonces una vez que se tiene las imágenes recortadas y la placa también cortada se pega con “Scotch” el papel a la placa de modo que la tinta quede del lado de la placa, una vez hecho esto tendremos lo que se ve en la imagen 9, para de este modo comenzar a planchar durante aproximadamente unos 30 min de forma circular y con una buena cantidad de presión sobre la placa para de este modo pasar bien la tinta a la placa de cobre (fig 10).

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Figura 5: pistas PCB impreso en papel fotográfico

Figura 6: Placa de cobre antes de ser cortada

Figura 7: Placa de cobre después de ser cortada con la

“Dremel”

Figura 8: Placa de cobre cortada

Una vez que esta lista la etapa del planchado podemos poner el cobre en agua caliente para que el papel fotográfico se despegue “solo” y con algo de ayuda de nuestras manos. Finalmente podemos quitar todo lo que nos queda de papel fotográfico (fig. 11) y así podemos pasar a la parte en la que retiraremos todo el cobre que no este protegido por la tinta.

Como se ve en la figura 12 se debe echar la placa de cobre con la tinta en un envase con cloruro férrico y se debe calentar un poco el cloruro para que este haga reacción química mas rápidamente y este corroa todo el cobre que no esta cubierto por tinta.

Finalmente en la figura 13 tenemos lo que debería salir del cloruro férrico, lavamos quitando todo el liquido verdoso y luego lijamos con una virutilla sacando toda la tinta quedándonos como resultado lo que tenemos en la figura 14. Ahora que estamos aquí podemos pasar a la etapa en la que hay que hacer perforaciones a la placa de cobre.

3.- Soldado de la placa

Una vez pasada la etapa anterior, podemos proceder a perforar la placa en los lugares donde se necesitaremos tener agujeros para los terminales (fig. 15). Aquí será necesario un taladro y una broca de 1 mm para poder hacer las perforaciones y estas sean pequeñas aquí se debe poner el taladro perpendicular a la placa y luego se perfora haciendo una leve presión. Además debemos con un clavo y un martillo para hacer una marca en cada punto que perforaremos para que no se corra el taladro. Dejando como resultado las perforaciones necesarias.

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Figura 9: Placa envuelta y lista para el planchado

Figura 10: Placa de cobre después de 30 min

Figura 11: Placa de cobre con restos de papel

Figura 12: placa en el cloruro férrico

Figura 14: placa lijada con virutilla

Figura 13: placa después del cloruro férrico

Una vez que están todas las perforaciones podemos soldar la placa debemos poner cada uno de los componentes sus lugares respectivos y con un cautín de 30 W calentar “la patita” del componente y también el cobre durante un momento para luego poner en contacto el estaño y esto será lo que llamaremos soldadura caliente, que nos dará como resultado una soldadura firme, segura y brillante (usualmente tiene forma de “montañita” dado que la gravedad le da esta forma con el terminal) como se ve en la figura 17.

Una vez terminadas todas las conexiones ya es posible probar si funciona el circuito, entonces si no funciona alguna pieza es necesario probar la continuidad de corriente con un multi-tester (fig. 18).

4.- Armado de la caja

Ahora que tenemos todo soldado debemos buscar un lugar donde poner el circuito y se conserve de manera integra (fig. 18). Después de haber buscado varias opciones la que escogí para este circuito fue una caja de interruptores de casa, porque tiene un agujero a un costado y es posible ponerle la placa en uno de los costados y hacerle otras dos perforaciones para poder poner el parlante y poder ver como es por dentro el circuito.

De esta manera comenzamos a modificar la cajita de interruptores (fig. 19), para tener como resultado final lo que se tiene en la figura 20.

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Figura 15: Perforación de la placa de cobre

Figura 17: Como soldar Figura 18: circuito listo

Figura 16: Placa perforada

Funcionamiento del circuito

Una vez finalizada la etapa anterior nos quedo como resultado un amplificador de sonido como el de la figura 20. Ahora debo explicar como funciona mi circuito interiormente. Aquí la pieza principal es el circuito integrado. Siendo este componente el que hace posible que se cumpla la función del amplificación. Porque nosotros podríamos tomar cualquier pieza del circuito y hacerla variar en resistencia o en conductancia y pero seguiría cumpliendo su función.

El amplificador operacional, está constituido por un circuito de entrada diferencial, en el diagrama anterior se aprecian los dos transistores que forman el amplificador diferencial y también las entradas (pines 1-8) para el control de ganancia. El encapsulado DIL es de 8 pines y se muestra en la figura.

Para hacer al LM386 que proporcione un amplificador más versátil, dispone de dos pines (1 y 8) para el control de ganancia. Con los pines 1 y 8 abiertos, una resistencia de 1.35 kW pone la ganancia en 20 (26 dB). Si se pone un condensador del pin 1 al 8, como bypas de la resistencia interna de 1.35 k W, la ganancia se acercará a 200 (46 dB). Si colocamos una resistencia en serie con el condensador, la ganancia puede ser puesta a cualquier valor entre 20 y 200. El control de ganancia también se puede hacer capacitivamente acoplando una resistencia (o FET) del pin 1 a masa.

Con componentes adicionales externos, colocados en paralelo con las resistencias de regeneración internas, se puede adaptar la ganancia y la respuesta en frecuencia para usos concretos. Por ejemplo, podemos compensar la pobre respuesta de bajos del altavoz por frecuencia, mediante la realimentación. Esto se hace con una serie RC del pin 1 a 5 (resistencia en paralelo a la interna de 15 k).

Para un estimulador de bajos (bass boost) de 6 dB eficaces: R± 15 k W, el valor más bajo para una buena operación estable es R = 10 kW si el pin 8 está al aire. Si los pines 1 y 8 se evitan, entonces la R usada puede ser tan baja como 2 k. Esta restricción es porque el amplificador sólo es compensado para ganancias en lazo cerrado mayor de 9.

El esquema muestra que ambas entradas (2-3), están puestas a masa con una resistencia de 50 kW. La corriente de base de los transistores de entrada es aproximadamente de 250 nA, entonces las entradas están en aproximadamente 12.5

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Figura 19: modificando la caja de interruptores.

Figura 20: resultado final “amplificador de audio”

Figura 19: modificando la caja de interruptores.

Figura 21: conexiones internas del circuito

integrado.

mV cuando están abiertas. Si la resistencia de la fuente dc que maneja el LM386 es más alta de 250 kW esto contribuirá a una muy pequeña compensación adicional (aproximadamente 2.5 mV en la entrada, 50 mV en la salida). Si la resistencia de la fuente dc es menos de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia en la entrada no usada a masa, mantendrá la compensación baja (aproximadamente 2.5 mV en la entrada y 50 mV en la salida).

Para resistencias de fuente dc menor de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia de la entrada no usada a masa, igual al valor de la resistencia de la fuente dc. Desde luego todos los problemas de compensación son eliminados si es acoplada la entrada capacitivamente. Usando el LM386 con ganancias más altas (evitando la resistencia de 1.35 k interna entre pines 1 y 8) es necesario evitar la entrada no usada, previniendo la degradación de ganancia e inestabilidades posibles. Esto se hace con un condensador de 0,1 uF o un corto a masa según la resistencia de la fuente dc sobre la entrada manejada.

Veamos algunos circuitos típicos:

En el circuito amplificador de la figura 21, la ganancia es de 20, que es el valor mínimo que se consigue al dejar libres los terminales 1 y 8. Sin embargo si lo que queremos es una ganancia Av de 200 (fig. 22), debemos conectar un condensador entre los mencionados terminales, como se aprecia en la siguiente figura (fig. 22).

En caso de necesitar una Av intermedia (fig. 23), por ejemplo 50, debemos conectar una resistencia en serie con el condensador, como se aprecia en la figura.

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Figura 21: amplificador de av 20db

Figura 22: amplificador de av 200db

Figura 23: amplificador de av 50db, “el modelo hecho”

Finalmente podemos decir que se ha explicado el funcionamiento interno del circuito, dando así por terminado el informe.

Conclusiones

Después de haber llegado hasta el final de este trabajo viendo los resultados puedo decir que efectivamente se han cumplido cada uno de los objetivos esperados dándome así herramientas que podre ocupar cada vez que quiera trabajar con el armado o construcción de un circuito PCB. También podemos decir que en todo proceso de construcción de van a haber herramientas y etapas que van a ser fundamentales y se van a ver reflejadas en el resultado final, como lo fueron la “Dremel” que me facilito la vida a la hora de cortar, perforar o lijar; también así de importante fueron cada una de las etapas que tuvimos que pasar en la construcción del circuito como por ejemplo la etapa del planchado o también la etapa en la que tuvimos que soldar. Siendo estos pasos unos de los mas importantes tomando en cuenta que si algo sale mal en estas etapas puede afectar completamente en el funcionamiento de la función del circuito.

Otra cosa que también es muy importante y se debe tener siempre en cuenta es probar el circuito en un protoboard, cosa que yo no hice por q no tenía uno a mano, por lo que lo hice sin saber si realmente funcionaría el circuito. Además de esto se deben comprar varias piezas por si se te echan a perder ya sea por la soldadura o por corriente.

Viendo el resultado del Amplificador de sonido se puede ver que hay algo que afecta en la salida del audio, según yo creo que puede ser el potenciómetro que hace que exista un leve ruido en la salida del audio. Pero más allá de eso se puede decir que cumple su función y puede reproducir música desde mi computadora o desde mi mp3 y es solo necesaria una batería de 9 volt y el amplificador de sonido.

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Bibliografía

Paginas web:

Open Solar Circuits, “Circuito Audio Amplifier”Consulta: 27 de Abril de 2012http://opensolarcircuits.cc/?p=224

Plexilandia, “Foro de consultas de construcción de circuitos PCB”Consulta: 20 de Junio de 2012http://www.plexilandia.cl/foro/

Kowka, “Instrumentos y materiales”Consulta: 16 de Junio 2012http://kowka.cl/

Taringa, “Como hacer un pedal efecto de guitarra”Consulta: 16 de Junio de 2012http://www.taringa.net/posts/info/1013362/Como-hacer-un-pedal-de-efecto-para-guitarra.html

Blog Brico Geek, “Tutorial como hacer una placa PCB desde principio a fin”Consulta: 15 de Junio de 2012http://blog.bricogeek.com/noticias/tutoriales/tutorial-como-hacer-una-placa-pcb-desde-principio-a-fin/

You Tube, “Video: Diseño de PCB con el método de la plancha”Consulta: 19 de Junio de 2012http://www.youtube.com/watch?v=Te2iHofQSbA&feature=related

You Tube, Video tutorial: “Como soldar placas componentes y electrónicos”Consulta: 24 de Junio de 2012http://www.youtube.com/watch?v=qxlglm8d14c

U control, “Como construir tus propios PCB”Consulta: 18 de Junio de 2012http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/Como_construir_tus_propios_PCB

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