Hola a todos los lectores, con lo siguiente tratare de explicar y

Como evitar interferencias
Capacitores o condensadores.
Bobinas o inductancias.
Varistores
Diodo supresor de transitorios
Filtros de línea
Descargadores gaseosos
Consideraciones para el diseño de PCB’s:
Capacitores:
Los capacitores como todos sabemos son elementos encargados de “almacenar”
energía, y como tales si por una línea les llegara un pico o baja de tensión generado por una
interferencia estos tratarán de contrarrestar ese efecto oponiéndose al cambio, si es un pico
lo absorberán y si es una baja de tensión, otorgarán a la línea parte de la energía
almacenada por ellos, tratando siempre que la línea se encuentre a la misma tensión.
Los símbolos usados para ellos en electrónica (entre otros) son los siguientes:
El primero C1 es un condensador no polarizado, entre ellos los más usado para el
filtrado de interferencias (transitorios) son los de cerámica, de poliéster y los multicapa, sus
apariencias son las siguientes:
C2 y C3 son condensadores polarizados, para este uso los mejores son los de
tantalio, pero por su alto costo solo es usado en casos necesarios, también están los
electrolíticos no siendo tan eficientes como los de tantalio, pero con un menor costo.
También les hay en formato SMD:
Los condensadores de cerámica para esta aplicación se usan normalmente en una
capacidad de 100nF (nano-faradio) = 0.1uF (micro-faradio), los de tantalio en valores entre
1uF y 33 uF y poseen varias aplicaciones:
En fuentes de alimentación
Como es posible apreciar en este circuito rectificador y filtrador de una fuente, los
capacitores C1, C2, C3 y C4 (cerámicos de 0.1 uF), están conectados de manera tal que
filtran cualquier señal proveniente del lado del transformador, con lo cual evitamos que las
señales de interferencia entren a nuestro circuito.
La función de C5 (normalmente electrolítico) es la de filtrar la señal de continua
pulsante ya rectificada, pero para las señales de alta frecuencia como los son las
interferencias no es muy eficiente, por tal motivo tiene aparejado en capacitor C6
(cerámico, multicapa o poliéster de 0.1uF) que realiza tal función.
En el caso de existir un circuito integrado regulador de tensión es conveniente que
C6 se encuentre lo más próximo posible al pin de la entrada del mismo y que exista uno a la
salida del regulador y lo más próximo a esta.
En circuitos integrados
En sistemas digitales es muy necesario asegurar que la alimentación de los distintos
circuitos integrados “IC” no posea interferencia ya que podría influenciar el normal
funcionamiento de los mismos, y en el caso de los sistemas microcontrolados asta lograr
que el micro se “tilde” por causa de perdidas de datos.
En la figura podemos apreciar que C1 (cerámico o multicapa) esta para filtrar la
alimentación del IC, las 3 figuras de la derecha son un ejemplo de cómo debería estar
ubicado C1 dentro de una PCB, tal y como se puede apreciar esta lo más próximo posible
de los pines de alimentación del IC, de nada serviría colocarlo lejos de los mismos, en este
caso cada IC debe poseer 1 condensador propio y siempre respetando el tema de la
proximidad al mismo.
En conjunto con resistencias
Siempre que dentro de un mismo PCB exista un circuito que conste de una
resistencia alimentando un condensador y la señal sea pulsante, es conveniente que entre
ellos la distancia sea lo más corta posible.
Como es posible apreciar en el circuito anterior debido a la alta impedancia que
presenta la entrada al IC, la resistencia esta casi exclusivamente alimentando solo al
condensador. Por lo tanto es siempre conveniente que el condensador esta más cercano a la
resistencia que al IC ya que el conjunto de resistencia, pista del PCB y condensador pueden
provocar oscilaciones que influyan el resto de la electrónica, sobre todo si los valores de
corriente que por ellos circula son elevados.
Bobinas:
Las bobinas son poco usadas por el técnico aficionado para el filtrado de
interferencias, pero son tan útiles como los condensadores ya que pueden cumplir casi la
misma cantidad de funciones que ellos.
Las bobinas debido a su principio de funcionamiento presentan una alta impedancia
a las altas frecuencias de las cuales esta formada una interferencia, por lo tanto deja pasar
libremente las señales de baja frecuencia mientras que a las interferencias les presenta una
gran impedancia a su paso, con lo cual estas se ven disminuidas.
En electrónica el símbolo de las bobinas es el siguiente:
L1 es una bobina con núcleo de aire (sin núcleo) más usada en radio frecuencia, L2
posee núcleo de Ferrite (ferrita) esta es la más común para esta aplicación y L3 posee
núcleo de hierro y es usada para bobinas de muy alta impedancia.
Los valores más usado para el filtrado de las interferencias esta comprendido entre
los 100 uH (micro Henry) y 50 mH (mili-Henry)
Entre los muchos formatos que existen, los siguientes son los más comunes de los
usados en electrónica de baja y media potencia.
En fuentes de alimentación
Las bobinas en las fuentes de alimentación se usan para complementar el filtrado
que ya realizan los capacitores, nunca una bobina esta sola en una fuente de alimentación.
Como se aprecia en el esquema, luego de que la corriente continua pulsante sale del
rectificador es filtrada en su mayoría por los condensadores C1 y C2, luego L1 se encarga
de “evitar” de que las interferencias pasen, para que luego C3 y C4 vuelvan a realizar un
nuevo filtrado.
Normalmente el valor de C1 y C2 es muy superior a los de C3 y C4, con esto
conseguimos que el rizado de la continua sea lo menor posible antes de pasar por L1 ya que
cuanto menor esa lograremos que menos se caliente L1 por tratar de filtrar el rizado de la
continua, en condiciones normales el valor de C3 y C4 es de solo el 10% de C1 y C2
respectivamente.
Otra cosa a tener en cuenta es que por L1 esta pasando toda la intensidad que es
entregada por la fuente, por tal motivo su bobinado debe ser capas de soportar ese nivel de
corriente.
Normalmente es esta aplicación las bobinas posees núcleo de ferrite.
Desacople de circuitos dentro de un mismo PCB
Hay ocasiones que dentro de un mismo PCB coexisten varios tipos de circuitos que
son alimentados por la misma fuente, por tal motivo es necesario desacoplar las
alimentaciones para evitar que las posibles interferencias generadas por uno de ellos hagan
funcionar de mala manera al otro de los circuitos, este es el caso de un circuito lógico que
comanda un Driver y ambos lo alimenta la misma fuente.
En el circuito de más abajo se ve un ejemplo de lo citado más arriba, la corriente
proveniente de la fuente de alimentación es filtrada primeramente por C1 y C2 y alimenta
la parte lógica del circuito, luego es filtrada nuevamente por L1, C3 y C4 evitando que las
interferencias provocadas por el circuito driver retornen a la parte lógica y la interfieran.
Otra posible configuración y más usada cuando las corrientes manejadas por el
driver son elevadas es la siguiente. Este circuito permite que ambas partes posea su propio
filtrado con la consiguiente ventaja tanto en filtrado como en diseño, ya que independizar
completamente ambas partes.
En circuitos integrados
Es posible aplicar las bobinas para filtrar la alimentación de los circuitos integrados,
aunque es muy poco usado.
Al igual que en el caso del condensador, tanto la bobina como los condensadores
deben estar lo más próximo al IC, ya que de estas lejos no tendría sentido ya que las
interferencias podrían nuevamente filtrarse en la línea de la alimentación.
En este caso es posible usar una bobina pequeña (tipo resistencia) de un valor entre
100 uH y 560 uH, pero como la bobina solo refuerza un filtrado mejor, hay que colocar
entre ella y el IC un condensador de 0.1uF cerámico (como en el ejemplo de los
capacitores) acompañado de uno del tipo electrolítico de valor suficiente para el consumo
que presentaré el circuito integrado en cuestión, ya que de no ponerlo podemos provocar
que el rizado de la alimentación del mismo se vea incrementado por el consumo muy
variante del mismo.
Varistores:
Los varistores proporcionan una protección fiable y económica contra transitorios
de alto voltaje que pueden ser producidos, por ejemplo, por relámpagos, conmutaciones o
ruido eléctrico en líneas de potencia de CC o CORRIENTE ALTERNA.
Los varistores tienen la ventaja sobre los diodos (supresores de transitorios) que, al
igual que ellos pueden absorber energías transitorias (incluso más altas) pero además
pueden suprimir los transitorios positivos y negativos.
Cuando aparece un transitorio, el varistor cambia su resistencia de un valor alto a
otro valor muy bajo. El transitorio es absorbido por el varistor, protegiendo de esa manera
los componentes sensibles del circuito.
En electrónica su símbolo es el siguiente:
Y entre otras posibilidades las apariencias físicas más comunes de ellos es esta:
La principal característica a tener en cuenta a la hora de seleccionar un varistor es su
tensión nominal de funcionamiento y los hay desde unos pocos voltios hasta cercano a los
1000V, otra característica no menos importante es la intensidad que por ellos puede circular
que va en relación directa con la potencia de los transitorios que pueden disipar.
En fuentes de alimentación
En las fuentes de alimentación normalmente se usan en la parte de entrada de la
misma y se los puede ver acompañados de una bobina de filtrado.
La bobina de esta realizada sobre un núcleo de ferrita y posee 2 bobinados
realizados en el mismo sentido de giro, la bobina junto al varistor evitara que los
transitorios lleguen a la parte principal de la fuente, ya sea esta realizada con un
transformador y una fuente del tipo switching.
En el caso de que la fuente sea realizada con un transformador también se los puede
ver en el secundario del mismo, como lo demuestra el esquema:
En el esquema hay 2 varistores, pero normalmente es usado solo uno que se
encuentra ubicado sobre el primario del transformador, pero en casos extremo y por su bajo
costo puede ser necesario colocar uno también en el secundario de dicho transformador.
En circuitos:
En circuitos sobre todos los que manejar cargas ya sean inductivas como capacitivas
que es necesario poder filtrar los transitorios que las mismas cargas generan en su normal
funcionamiento, en el ejemplo se demuestra uno de los modos de conexión para esta caso.
Otra forme de uso es en la misma salida del driver y en paralelo a la carga misma,
donde ya se deberá tener la precaución de seleccionar muy adecuadamente tanto la tensión
nominal como la corriente para el varistor, un ejemplo de este uso es el siguiente.
Saliendo del tema central, nótese que dentro de las ventajas ya comentadas de los
varistores, también esta la de ser una eficaz protección por sobre tensiones para nuestros
circuitos según el siguiente esquema.
Diodo supresor de transitorios:
Los diodos supresores de transitorios o también (transient voltage suppressors
diode), los podríamos comparar con los zener, en un primer vistazo, sus funcionamientos
son parecido, pero este esta diseñado y construido de tal manera que son muy rápidos y
permiten corrientes muy altas por periodos pequeños tiempos.
La ventaja que poseen es que dejan una muy pequeña tensión residual de los
transitorios que por él son filtrados, los hay tanto para corrientes alternas (bi-direccionales,
como para corriente continua (uni-direccionales)
Su apariencia física es similar a la de cualquier otro diodo y los hay de diversos
formatos según la potencia en transitorios que son capaces de absorber.
Al igual que los Varistores, ellos son seleccionados por la tensión, corriente y
potencia de funcionamiento.
Las aplicaciones de los mismos son muy similares a la de los varistores, pero hay
que tener cuidado ya que si usáramos un diodo unidireccional en una línea de corriente
alterna provocaríamos un corto circuito con la posible rotura tanto del diodo como
cualquier parte del resto del circuito.
Filtros de línea:
Los filtros de línea son dispositivos que nos permiten eliminar el ruido eléctrico
generado por otros equipos, ellos constan en su construcción de bobinas, condensadores y
en algunos casos varistores, como se aprecia son una sencilla unión de los elementos ya
explicados.
Este es el caso más común de filtro de línea
Como se puede apreciar su construcción es muy sencilla y solo consta de 2
condensadores de 0.1uF y de tensión suficiente, y una bobina realizada sobre un núcleo de
ferrita y con ambos bobinados enrollados en el mismo sentido, tanto el alambre como el
núcleo para la bobina deben ser de la sección adecuada a la intensidad que por ellos a de
pasar
También hay modelos comerciales que dentro de una misma cápsula ya traen todo
lo necesario, sus apariencias varían debido a la gran variedad de modelos que hay, en la
imagen inferior se pueden apreciar algunos de ellos.
Los hay tanto para montaje en panel, como para PCB o en forma de módulos.
Sus principales características son la intensidad que pueden soportar y la tensión de
funcionamiento.
Descargadores gaseosos:
Los descargadores gaseosos son principalmente usados para filtrar y descargar a
tierra las altas tensiones generadas por las situaciones atmosféricas, pero también son de
utilidad para el filtrado de tensiones parásitas muy grandes generados por algunos
elementos eléctricos.
Su apariencia es la siguiente
Como se aprecia en la imagen, los a tanto simples como dobles, en los dobles el pin
central se conecta a la puesta a tierra o a la masa del equipo y los laterales son conectados a
cada uno de los cables de la alimentación, los simples aparte de poder usar 2 de la manera
como se menciona con anterioridad, también se pueden conectar directamente entre ambos
cables de la alimentación.
La principal características de ellos es la tensión para la que están construidos.
Para la protección de equipos de la electricidad atmosférica se los usa en conjunto
con un fusible tal como lo demuestra el esquema.
Como es de apreciar, en este caso en particular es muy importante disponer de una
puesta a tierra de buena calidad, ya que de esta dependerá la protección del equipo, los
fusibles a emplear debes ser del tipo rápido (ya que protegerán de mejor manera que los
comunes) y de 250mA por lo tanto este circuito no es posible usarlo donde la fuente de
alimentación necesite más que esa corriente para el normal funcionamiento, las bobinas y
los condensadores disminuyen en pico de tensión que llegara al circuito antes que los
fusibles hayan actuado,
Consideraciones para el diseño de PCB’s:
Masas independientes:
Las pistas de masas en el diseño de una PCB son muy importantes, ya que la mala
disposición o ejecución de las mismas puede atraer consecuencias negativas en el
funcionamiento correcto del circuito en general.
Como todo conductor de los usados normalmente en electrónica posee una
resistencia eléctrica, en ellos se produce una caída de tensión que es proporcional a la
intensidad que los recorre e inversamente proporcional a la resistencia que presentan
Por lo tanto si una misma pista de PCB es la encargada de conectar la masa de la
fuente con dos circuitos integrados, en esta pista a de producirse una caída de tensión según
sea el consumo de los IC, entonces en la medida que el consumo de los IC varia esta
tensión también lo hará, por lo tanto podemos decir que tendremos una señal de alterna
entre la masa de la fuente y la de los IC, como ambos IC están unidos por sus masas
podemos decir que hay la misma variación para ambos, por lo tanto esta variación que
puede ser solo producida por 1 de los integrados puede influenciar al otro de manera no
deseada.
Entonces el consejo es que cada IC o sector que posea diferenciación con respecto a
otro es conveniente que posea masas independientes asta él ultimo condensador de la fuente
de alimentación.
Observando el grafico se puede llegar a comprender de mejor manera.
Esto hay que tenerlo en cuenta sobre todo si en una misma PCB se encuentran
circuitos digitales y analógicos, ya que los digitales saben ser grandes generadores de
transitorios y si los analógicos son usados para la medición de algún parámetro, estos
últimos pueden obtener problemas de lectura.
Lógica y driver en la misma PCB:
Siempre que en la misma PCB deban coexistir tanto la parte lógica como la de
potencia, es conveniente que se hallen lo más distante posible la una de la otra, de esta
manera se evitara que las interferencias sean acopladas de manera inductiva.
Si la parte lógica funciona con una tensión distinta a la de potencia y se usa un
regulador para obtener la misma es conveniente que dicho regulador se encuentre lo más
próximo a la parte lógica, ya que de esta manera toda interferencia sé vera reducida por la
acción del propio regulador. También se evitará que a lo largo de la línea de alimentación
que lleva la tensión regulada a la lógica se le puedan inducir corrientes por el
funcionamiento da la parte de potencia.
Un ejemplo para que el concepto se entienda mejor.
Opto-acopladores:
Otra manera eficiente de filtrar la interferencia generadas por los circuitos de
potencia es el uso de opto-acopladores, que aparte de permitir un aislamiento de las altas
tensiones usadas normalmente en los sectores del Driver evitan que los transitorios puedan
llegar al circuito lógico por medio de las líneas de control.
La apariencia de los mismos es la siguiente.
Se debe tener en cuenta de elegir el opto-acoplador correcto para el uso que le
daremos, sobre todo si por ellos debe pasar una señal mayor a 5000 hz.
Chasis del equipo:
En caso que el equipo electrónico deba funcionar en un ambiente muy ruidoso
eléctricamente hablando o que parte del circuito posea una alta sensibilidad, es conveniente
que todo el conjunto (fuente, PCB, etc.) este alojado un único gabinete metálico, y que el
mismo se encuentre conectado tanto a masa del circuito como a la puesta a tierra.
De esta manera el gabinete actuara de blindaje para las interferencias.
Si un sensor que necesite una alta precisión no tiene conexión directa a la PCB y
llega a ella por medio de un cable, este deberá ser del tipo mallado, entonces la malla por
un extremo será conectada al terminal de entrada del sensor al gabinete, y por el otro
extremo se conectara a la PCB, de esta forma la “masa” del terminal de entrada debe estar
aislado eléctricamente del gabinete.
Para todo diseño en el cual algún sensor trabaje de forma analógica, es conveniente
que la salida de esta sea por control de corriente y no de tensión, si esto no es posible la
entrada del circuito al cual esta conectado el sensor debe ser del tipo balanceada, para poder
evitar en mayor medida toda interferencia.
Tamaño de las pistas:
En un circuito donde la sensibilidad es alta, las pistas deben ser lo mas corta y ancha
posibles, de esta forma se evitara en gran medida las interferencias por inducción, las
mismas consideraciones hay que tener en cuenta si las frecuencias que pasan por tal pista
son elevadas.
En la medida de lo posible, la masa debe tratar de ocupar la mayor cantidad de
espacio dentro de una PCB, de esta forma se completa el llamado “plano de masa” el cual
atenúa en gran medida cualquier efecto de inducción que ocurra entre pistas lindantes.
La sección de una pista debe poder soportar adecuadamente la corriente que por ella
a de circular, de lo contrario se producirán caídas de tensión que generarán transitorios.
Las curvas de las pistas debe tratarse de que no superen un ángulo máximo de 45°,
de lo contrario si la señal que por ella circula es de la suficiente frecuencia, podría
producirse una auto inducción sobre la misma y actuar como una bobina desformando la
señal y asta produciendo auto-oscilaciones según el circuito del cual se trate.