Soldadura en electrónica: técnicas y materiales para una unión perfecta

A la hora de soldar componentes electrónicos a una placa de circuito impreso lo más sencillo es usar soldadores tipo lápiz y un metal conocido como aleación de soldadura de estaño 60/40.

Un soldador tipo lápiz es un soldador económico y fácil de usar para trabajos simples. Es un soldador de potencia fija, de 25 vatios para trabajos pequeños y de 100 vatios para trabajos más grandes con cableado pesado. Hay muchas marcas de soldadores tipo lápiz en el mercado. Algunas de las marcas más populares incluyen Tabiger, ECMQS, Hilitand y Haofy1

Además de un soldador tipo lápiz, necesitarás otros materiales para soldar. Algunos de los materiales básicos que necesitarás son:

• Estaño: es el material que se funde para unir los componentes eléctricos.
• Flux: es una pasta, líquido o polvo que se utiliza para evitar la oxidación de las uniones y mejorar la calidad de la soldadura.
• Desoldador: es una herramienta que se utiliza para retirar el estaño fundido y desoldar componentes.
• Pinzas: son útiles para sujetar y manipular los componentes eléctricos mientras se sueldan.

Desoldar componentes

Para desoldar componentes electrónicos, puedes utilizar un desoldador. Primero debes calentar el estaño que deseas retirar con la punta del soldador. Una vez que el estaño se haya fundido, coloca la punta del desoldador sobre el estaño fundido y presiona el botón para succionar el estaño. Repite este proceso hasta que hayas retirado todo el estaño.

Es importante tener cuidado al desoldar componentes electrónicos para evitar dañarlos con el calor excesivo. No apliques el soldador al componente por largos períodos de tiempo.

También puedes utilizar una malla para desoldar: primero debes calentar el estaño que deseas retirar con la punta del soldador. Una vez que el estaño se haya fundido, coloca la malla sobre el estaño fundido y presiona con la punta del soldador para que la malla absorba el estaño. Repite este proceso hasta que hayas retirado todo el estaño.

Aleación de soldadura de estaño 60/40.

La aleación de soldadura 60/40 está compuesta de 60% de estaño y 40% de plomo. Esta soldadura se funde a 190°C, pero no se vuelve completamente sólida hasta que se enfría a 183°C. Esto significa que tiene un rango de trabajo de 13 grados. Esto es muy útil ya que los soldadores tipo lápiz no alcanzan más de esta temperatura.

Multímetros: la herramienta imprescindible para medir y diagnosticar circuitos electrónicos

Un multímetro o tester, es una herramienta que se utiliza para medir diferentes parámetros eléctricos, como el voltaje, la corriente y la resistencia. Para tomar medidas con un multímetro, primero debes seleccionar el parámetro que deseas medir y ajustar el selector del multímetro en el rango adecuado.

Por ejemplo, si deseas medir el voltaje de corriente alterna (AC), debes colocar el selector del multímetro en su rango más alto para voltios en corriente alterna (AC). Luego, debes tocar el lado neutro del circuito con la punta de la sonda negra de prueba y el lado de la fase del circuito con la punta roja de prueba. El número que aparece en la pantalla será el valor del voltaje.

Si deseas medir la corriente, debes conectar el cable de medición negro al enchufe COM de tu multímetro y conectar la punta positiva (roja) a la respectiva entrada de amperios (miliamperios o 20A). Luego, debes seleccionar corriente AC o DC y ajustar tu multímetro al rango de medición correcto.

Precauciones y cómo conectarlo

Al usar un multímetro, es importante tomar algunas precauciones para evitar dañar el equipo o sufrir lesiones. Antes de realizar una medida, debes someterlo a una inspección visual para asegurarte de que no presenta daños físicos. También debes asegurarte de que todas las conexiones encajan firmemente y de que no se aprecie metal al descubierto ni grietas en la carcasa.

Si necesitas usar un multímetro para medir voltaje AC o DC, debes ajustar el selector en el rango más alto para voltios AC. Al empezar con voltaje alto y luego ir hacia abajo, evitarás dañar el sistema exponiéndolo a un voltaje más alto que el esperado.

También es importante conectar correctamente las pinzas de medición. La pinza de color negro se debe conectar en el espacio COM y la de color rojo en el espacio adecuado según la magnitud que deseas medir.

Cuál comprar

Hay varios factores a tener en cuenta al comprar un multímetro. Primero, debes decidir si deseas un multímetro analógico o digital. Los multímetros digitales son más precisos y fáciles de leer que los analógicos.

También debes considerar qué funciones necesitas en tu multímetro. Por ejemplo, algunos multímetros tienen la función True RMS, que proporciona mediciones más precisas en ciertas situaciones.

Además, es importante tener en cuenta el precio y la calidad del multímetro. Hay muchas opciones disponibles en el mercado a diferentes precios y con diferentes características.

Protoboards: la herramienta esencial para experimentar con circuitos electrónicos

 

Las protoboards son placas de pruebas que permiten interconectar elementos electrónicos sin la necesidad de soldar componentes. Son básicamente pequeños tableros que incluyen diversos orificios que siguen un patrón determinado, los cuales, de forma interna, se encuentran conectados entre sí eléctricamente.

Las protoboards se emplean normalmente para realizar pruebas experimentales de circuitos electrónicos. Se usan insertando las terminales de los dispositivos electrónicos en los orificios de forma en que tengan continuidad.

Por lo general, se utilizan dos piezas de alambre más grandes a cada lado para conectar una fuente de alimentación a la placa. Suelen denominarse rieles de potencia. Los otros trozos de alambre más pequeños que se extienden perpendicularmente a través del tablero se usan para componentes en su circuito.

El protoboard se puede utilizar de muchas maneras diferentes, todo depende de qué tan grande sea el circuito que va a montar. Se recomienda que cuando se utilicen cables para protoboard, mejor conocidos como cables jumpers.

 

Existen dos tipos principales de protoboard: las placas soldadas y las placas sin soldadura alguna. Las placas de soldadura o soldadas son placas en las que los componentes deben ser soldados

Otro tipo de protoboard es la perfboard, que se trata de una placa perforada en la que cada hueco está rodeado por material conductor que generalmente será cobre.

La cerámica

Aunque no solemos asociar la cerámica con la electricidad, es un material con muchas propiedades en este campo. Generalmente se aprovechan sus características aislantes. De hecho, tiene mejores propiedades que el plástico en este sentido. No obstante también se han desarrollado materiales cerámicos con propiedades semiconductoras, superconductoras, piezoeléctricas y magnéticas.

La radio

La radio es un dispositivo que permite transmitir y escuchar sonido sin necesidad de cables valiendose de los avances en electrónica.

Como vimos en el artículo sobre radiación electromagnética el movimiento de un electrón puede generar una onda que puede transmitirse a través del espacio. El dispositivo que emite la onda se llama transmisor y la parte de éste donde se convierte el movimiento del electrón en electromagnetismo es la antena.

El transmisor genera una onda, conocida como "onda portadora", a una frecuencia determinada. En la radio AM (siglas de "amplitud modulada") la amplitud o "fuerza" de la onda varía produciendo sonido. En la FM ("frecuencia modulada") varía la frecuencia. El proceso por el que la onda portadora se modifica para incluir el sonido se llama modulación.

Para evitar interferencias cada estación de radio trasmite a una frecuencia distinta.

El receptor es quien recibe la señal a través de otra antena que realiza el proceso inverso: convierte las ondas de radio en señal eléctrica. Usando un circuito electrónico se filtra la señal para escuchar solo la señal cuya frecuencia se desea. Luego se vuelve a convertir la onda en sonido en forma de electricidad. Posteriormente mediante un transistor se amplifica y se envía a los altavoces que convierten la señal eléctrica en sonido.

Historia

La invención de la radio estuvo a cargo de varios investigadores que estudiaron la naturaleza de las ondas electromagneticas:

Michael Faraday - 1831: demostró que un flujo eléctrico puede generar una corriente en otro circuito colocado en sus proximidades.

James Maxwell - 1864: demosotró matemáticamente que la energía de dicho campo podría emitirse como ondas radiales semejantes a las que origina la caída de un objeto en un estanque, solo que a la velocidad de la luz.

Heinrich Hertz - 1888: detectó las ondas electromagnéticas que había generado, confirmando así la teoría de Maxwell

Guglielmo Marconi - 1895: mejoró el invento de Hertz y logró transmitir las ondas a unos 2,5 km. En 1896 se mudó de Italia a Inglaterra y en 1900 estableció una conexión radiotelegráfica de 300 kilómetros entre Cornwall y la isla de Wight, en el sur de Inglaterra. Así logró superar la curvatura de la Tierra.

¿Cómo lo logró? En 1902 los físicos Arthur Kennelly y Oliver Heaviside explicaron que la atmósfera poseía una capa, la ionosfera, que reflejaba las ondas de radio.

Al principio solo se podía transmitir código Morse hasta que en 1904 se inventó el diodo permitiendo la transmisión de voz.

Referencias

• La radio: invento que cambió al mundo - ¡Despertad!

• How Radio Works - Georgia States University

• Radio technology - Britannica

• Radio: Imagen de Maximilian Hofer en Pixabay

• Torre de radio: Imagen de Gordon Johnson en Pixabay

Circuitos integrados

Un circuito integrado o chip es un dispositivo del tamaño de un pulgar, o incluso más pequeño, que contiene en su interior diodos, resistencias, transistores y otros componentes que le permiten cumplir la función de un cicuito eléctrico completo. Estos se llaman componentes discretos.

Podemos decir que se trata de circuitos prearmados que nos evita tener que realizar nosotros mismos el trabajo. Además siempre será mucho más pequeño y eficiente energéticamente que uno que podamos armar nosotros soldando componentes en una plaqueta.

El transistor

En este especial sobre componentes electrónicos dejamos para el final el que tal vez sea uno de los más importante. Hablamos de un componente tan revolucionario que le otorgó a sus creadores, los físicos Bardeen, Brattain y Shockley, el premio Nobel de física. Nos referimos al humilde transistor.

NPN o PNP

Este elemento esta formado por tres capas de material semiconductor. Básicamente existen dos tipos de transistores. En primer lugar está el NPN:

El transformador

Hasta ahora hemos visto como un alambre por el que pasa electricidad genera un campo magnético. También es posible el mismo fenómeno a la inversa: si hacemos pasar un campo magnético cerca un alambre enrollado, éste generará una corriente. De modo que podemos colocar dos de estas bobinas y hacer pasar una corriente por una de ellas. Esta corriente generará un campo magnético que inducirá a la otra bobina, que a su vez reproducirá la corriente inicial. Para que funcione ambas bobinas deben estar enrolladas sobre un material especial, conocido como ferromagnético, y tenemos que usar corriente alterna (CA).

¿Qué lograremos con esto? En principio, nada, excepto desperdiciar algo de energía en el proceso. La CA que saldrá será una copia más o menos fiel de la que entró.

Pero todo cambiará si modificamos el número de espiras (o vueltas) de la segunda bobina o bobinado secundario. Si es menor conseguiremos reducir la tensión de la CA; si es mayor, la aumentaremos. Es por eso que este aparato recibe el nombre de transformador.

Tipos de baterías

Las baterías o pilas son unidades electroquímicas que producen electricidad. En esta era de aparatos portátiles son cada vez más importantes. Pero es importante saber que no son todas iguales.

El germanio

Junto con el silicio, el germanio es uno de los semiconductores más importantes en la electrónica. Al igual que éste pueden variarse sus propiedades con mezclándolo con elementos conocidos como dopantes.

La historia de su descubrimiento es muy interesante. Cuando Dmitri Mendeléyev descubrió su tabla periódica encontró "agujeros" (elementos que faltaban) que, según predijo, se irían rellenando con descubrimientos futuros. Uno de ellos era similar al silicio y lo llamó eka-silicio. No se equivocó: aproximadamente dos décadas más tarde el alemán Clemens Winkler descubrió el elemento, que asombrosamente cumplía con las predicciones de Mendeléyev, y lo nombró germanium que en latín significa "alemán".

El estaño

A la hora de soldar circuitos electrónicos el material elegido por la mayoría es el estaño. Es cierto que hay materiales mas resistentes o que conducen mejor la electricidad. Pero el estaño combina en cierto grado esas dos características y es fácil de usar para soldar.

Por lo general, no se usa en estado puro. Es común encontrarlo mezclado con plomo. La proporción más usada es de 60-40: 60 % de estaño y 40 de plomo. Estas bajan su punto de fusión (la temperatura a la cual se derrite) haciendo más fácil la soldadura. También permite llevar a cabo el proceso a menor temperatura para proteger los componentes que queremos soldar.

El LED

El LED (de las siglas en inglés para Diodo Emisor de Luz) es un diodo que emite luz cuando es traspasado por una corriente eléctrica. Como cualquier diodo solo permite el paso de la corriente en un sentido.

Los leds se han venido usando desde hace mucho tiempo como soluciones de iluminación de bajo coste. Muchos indicadores de aparatos domésticos, como televisores o equipos de audio, usan leds. En los últimos años los leds han mejorado su potencia y han reducido su coste. Estos cambios lograron que los usos de los leds se diversifiquen todavía más. Linternas, flashes de cámaras y hasta las ópticas de los autos se beneficiaron.

Organizaciones ecologistas recomiendan el uso de leds principalmente por su bajo consumo: 92 % menos que una lámpara incandescente y 30 % menos que las fluorescentes.

El diodo

Un diodo es un elemento que, en circunstancias ideales, permite el paso de la corriente en un solo sentido. Cuando la corriente circula en ese sentido, se dice que se encuentra en polarización directa; en caso contrario se llama polarización inversa.  El símbolo es el siguiente:

En esta imagen podemos ver el símbolo usado para describir al diodo. Aunque el símbolo parece una flecha no hay que confundirse: la corriente solo circula en sentido opuesto.

El diodo ideal opone completamente al paso de la corriente de determinada polaridad y se abre completamente cuando alcanza cierto valor. El siguiente gráfico lo ilustra:

Componentes electrónicos: los condensadores

El condensador es un componente muy importante de muchos circuitos eléctricos. Es capaz de almacenar una determinada carga eléctrica durante un tiempo. Algunas de sus características le permiten servir para otros usos como filtrar la corriente alterna (CA) permitiendo el paso solo de corriente continua (CC).

Está compuesto por dos superficies de un material conductor conocidas como armaduras separadas por un material semiaislante: el dieléctrico. Algunos tienen polaridad, esto quiere decir que solo funcionan en un sentido. Otros no la tienen y pueden funcionar de cualquier manera.

Componentes electrónicos: la resistencia

En nuestro artículo anterior sobre la ley de Ohm vimos como una lampara podría hacer resistencia en un circuito. Pero no es el único elemento que lo hace. Practicamente cualquier elemento, incluyendo los cables, generan resistencia.

Aunque, claro está, los cables generan tan poca que en la mayoría de los casos no se tiene en cuenta. Solo cuando la intensidad de la corriente, medida en amperios, es excesiva los cables pueden llegar a derretirse. Para evitar esto los que deben soportar una gran cantidad de potencia elevan la tensión para poder disminuir la intensidad. Por eso se los llama cables de alta tensión.