Electrónica básica en automoción

Descripción: Acrónimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Red de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. Energ´ýa de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1. Bater´ýas de plomo AGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Aluminio versus cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3.1. Resistencia cobre y aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4. Capacidad de resistencia a la corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4.1. Nomenclatura del cableado dentro de un veh´ýculo . . . . . . . . . . . . 6 1.4.2. Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.4.3. Ejemplos consumos de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. Resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1.1. Resistencia espec´ýfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1.2. Potencia media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1.3. Temperatura m´axima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.4. Resistencia t´ermica de una resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.1.5. Carga pulsante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.6. Tensi´on m´axima de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.7. Equivalente real de una resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.8. Conexionado en serie y paralelo de resistencias . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.9. Ruido t´ermico Johnson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2. Resistencias de montaje superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.1. Resistencias de pel´ýcula gruesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2.2. Resistencias de pel´ýcula fina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.3. Resistencias de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.4. Resistencias shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.5. Potenci´ometros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.6. Resistencias SC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3. Bobinas y transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1. Bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1.1. Potencia consumida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.2. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1.3. Bobinas en serie y en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.2.1. Circuito con etapa de potencia AB y transformador para circuito de instrumentaci´on para simular un turbocargador . . . . . 45 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4. Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1. Dise˜no de condesadores con simetr´ýas sencillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1.1. Ley de Gauß. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1.2. Capacidad de una ´unica carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.1.3. Condensador de placas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.1.4. Condensador cil´ýndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1.5. Condensador esf´erico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.2. Configuraci´on en serie y en paralelo de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.2.1. Conexi´on en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2.2. Conexi´on en serie de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.3. Condensadores cer´amicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4. Condensadores electrol´ýticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.4.1. Condensadores de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.4.2. Condensador de t´antalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.4.3. Condensador de Niobio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.4.4. Condensadores con pol´ýmero de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.5. Condensadores de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.5.1. Dimensionamiento y propiedades el´ectricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.5.2. Condensadores de folio de poli´ester (MKT) . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.5.3. Condensadores de folio de polipropileno (MKP) . . . . . . . . . . . . . 83 4.5.4. Materiales t´ýpicos para encapsular condensadores . . . . . . . . . . . . . 84 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5. Transistores y diodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1. Transistores bipolares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1.1. Zona de bloqueo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.1.2. Zona lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.1.3. Zona de saturaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.1.4. Modelo de pequeña señal de un transistor NPN . . . . . . . . . . . . . . 96 5.1.5. Transistores frecuentes que utilizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.2. MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2.1. MOSFET de enriquecimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2.2. Modelo de pequeña señal de un MOSFET de canal N. . . . . . . . . . 100 5.3. IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.4. Diodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.4.1. Diodos Schottky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4.2. Diodos Zener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.5. Diodos frecuentes que utilizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6. Amplificadores operacionales y comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.1. Amplificadores operacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2. Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2.1. Offset de tensi´on de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2.2. Corrientes par´asistas de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.3. Circuitos t´ýpicos con amplificadores operacionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.3.1. Seguidor de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.3.2. Amplificador inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.3.3. No inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6.3.4. Comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.3.5. Sumador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.3.6. Restador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.3.7. Integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.3.8. Diferenciador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.3.9. Amplificador logar´ýtmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.3.10. Potenciador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 6.3.11. Medida de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.3.12. Detector cambio de direcci´on de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6.3.13. Amplificadores de instrumentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.4. Comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.5. Amplificadores operacionales y comparadores t´ýpicos . . . . . . . . . . . . . . . . 141 7. Reguladores de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.1. Reguladores de tensi´on continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.1.1. Reguladores lineales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7.1.2. Fuentes conmutadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.1.3. Convertidores reductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.1.4. Convertidores elevadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.1.5. Alimentaci´on en microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.1.6. Doblador de tensi´on con condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.2. Reguladores de tensi´on alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8. Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.1. Filtro paso alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.2. Filtro paso bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.2.1. Resoluci´on mediante la transformada de Laplace . . . . . . . . . . . . . 163 8.2.2. Resoluci´on mediante ecuaciones diferenciales . . . . . . . . . . . . . . . . 163 8.3. Filtro paso bajo L C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.4. Filtro paso banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 8.4.1. Circuito RCL serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 8.4.2. RCL paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.5. Filtro elimina banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 9. Estabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 9.1. Estudio te´orico de la estabilidad de una fuente conmutada . . . . . . . . . . . . . 179 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 10. Osciladores y circuitos con osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 10.1. Resonadores cer´amicos y osciladores de cuarzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 10.1.1. Circuitos t´ýpicos de oscilaci´on usados con microcontroladores . 186 10.1.2. Factor de seguridad de oscilaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 10.1.3. Medida de la potencia consumida en el oscilador . . . . . . . . . . . . . 191 10.2. Osciladores con puertas NOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 10.3. Generador de onda cuadrada con el integrado LM555 . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 10.4. Configuraci´on de frecuencia y ciclo de trabajo variable . . . . . . . . . . . . . . . 197 10.4.1. Frecuencia de funcionamiento constante con ciclo de trabajo variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 11. Potencia y energ´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 11.1. Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 11.2. Configuraci´on High Side y Low Side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 11.3. C´alculo de la potencia disipada en un MOSFET para distintos tipos de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 11.3.1. C´alculo de potencia con carga resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 11.3.2. C´alculo de potencia cuando la carga es inductiva . . . . . . . . . . . . . 212 11.3.3. MOSFET trabajando en la zona de saturaci´on y en la zona lineal 222 11.4. Energ´ýa soportada en un MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 11.4.1. C´alculo mediante Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 11.4.2. C´alculo de energ´ýa mediante balances de energ´ýa . . . . . . . . . . . . . 232 11.4.3. Energ´ýa disipada en el MOSFET igual a la almacenada en la bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 11.5. Circuitos discretos de control para MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 11.5.1. T´ecnicas para acelerar los tiempos de encendido y apagado de transistores NPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 11.6. Control mediante puertas l´ogicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 11.6.1. Control mediante otro MOSFET de canal N de peque˜na se˜nal . . . 250 11.7. High Side con medidas adicionales de protecci´on por sobrecorriente . . . . 251 11.8. Control de un MOSFET Low Side con medidas de protecci´on por sobrecorriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 11.9. Control IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 11.9.1. Control de buj´ýas con IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 11.10. C´alculo de potencia en drivers integrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 11.10.1. C´alculo de potencia consumida por los drivers . . . . . . . . . . . . . . . 259 11.11.Motores con escobillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 12. Cálculos t´ermicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 12.1. Equilibrio termodin´amico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 12.2. Conducci´on de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 12.3. Convecci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 12.3.1. Determinaci´on del coeficiente de convecci´on mediante el n´umero de Nusselt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 12.4. Radiaci´on t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 12.5. Convecci´on y radiaci´on t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 12.6. Comportamiento t´ermico dentro de una caja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 12.7. Temperatura para distintas fuentes de calor dentro de un PCB . . . . . . . . . . 287 12.7.1. C´alculos aproximados orientativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 12.7.2. M´etodos aproximados de estimaci´on de la temperatura en la uni´on para distintas fuentes de calor dentro de un mismo PCB. . 289 12.8. Capacidad t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 12.9. Esquemas t´ermicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 12.9.1. An´alisis capacidad t´ermica radiador mediante Laplace . . . . . . . . 300 12.9.2. Simulaci´on t´ermica mediante programas tipo CAD y LTSpice . . 303 12.10. Sensores de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 12.10.1. Termorresistencia PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 12.10.2. Termopares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 12.10.3. NTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 12.10.4. Diodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 13. Tecnologías de circuitos impresos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 13.1. FR4 y otras tecnolog´ýas r´ýgidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 13.1.1. Propiedades f´ýsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 13.1.2. Acabados de la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 13.1.3. V´ýas t´ermicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 13.1.4. Orden de las capas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 13.2. Thick Copper PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 13.3. Placas de circuitos impresos flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 13.3.1. Capacidad de corriente m´axima admisible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 13.4. TFT (Thick Film Technology) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 13.4.1. Corriente m´axima permitida en las pistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 13.4.2. Corriente m´axima en los bondings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 13.4.3. C´alculo de la resistencia t´ermica para distintas c´apsulas . . . . . . . 348 13.5. LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 13.6. HTCC (High Temperature Cofired Ceramic) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 13.7. DBC (Direct Bonded Copper) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 13.8. IMS (Insulated Metal Substrate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 13.9. AMS (Aluminium Metal Substrate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 14. Compatibilidad electromagn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 14.1. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 14.1.1. Espectro electromagn´etico de las se˜nales m´as comunes . . . . . . . . 367 14.1.2. Series de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 14.1.3. Pulso cuadrado ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 14.1.4. Se˜nal trapezoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 14.2. Instrumentos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 14.3. Red de estabilizaci´on de impedancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 14.3.1. Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 14.4. Modulaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 14.5. Modos y estados de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 14.6. Normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 14.7. C´amaras para ensayos de compatibilidad electromagn´etica . . . . . . . . . . . . 379 14.7.1. C´amaras anecoicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 14.7.2. C´amaras reverberantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 14.8. Emisiones radiadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 14.8.1. Medidas electromagn´eticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 14.9. Ensayos de inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 14.9.1. Radiaci´on electromagn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 14.9.2. Inmunidad magn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 14.9.3. BCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 14.9.4. Handys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 14.9.5. Celda TEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 14.10.Emisiones conducidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 14.11. Stripline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 14.12.Contramedidas para mejorar comportamiento EMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 14.12.1. Ferritas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 14.12.2. Acoplamientos capacitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 14.12.3. Superficies de radiaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 14.12.4. Fuentes conmutadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 15. Ensayos el´ectricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 15.1. Test de inversi´on de polaridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 15.2. Load Dump o Pulso 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 15.3. Pulso 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 15.4. Pulso 2a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 15.5. Pulso 2b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 15.6. Pulso 3a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 15.7. Pulso 3b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 15.8. Perfil de arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 16. Descargas electrost´aticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 16.1. ESD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 16.1.1. C´alculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 16.1.2. Resoluci´on mediante ecuaciones diferenciales . . . . . . . . . . . . . . . . 417 16.1.3. Resoluci´on mediante la transformada de Laplace . . . . . . . . . . . . . 420 16.1.4. Test ESD en el laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 17. Transformada de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 17.1. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 17.1.1. Transformaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 17.1.2. Transformada inversa de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 17.1.3. Linearidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 17.1.4. Derivada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 17.1.5. Translaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 17.1.6. Integraci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 17.1.7. Convoluci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 17.2. Diagrama de bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 17.2.1. Bloques en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 17.2.2. Bloques en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 17.2.3. Red realimentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 17.3. Correspondencias importantes entre el dominio temporal y el de la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 17.3.1. Funci´on Delta Dirac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 17.3.2. Funci´on escal´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 17.3.3. Funci´on exponencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 17.3.4. Funci´on tn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 17.3.5. Funci´on coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 17.3.6. Funci´on amortiguada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 17.3.7. Resumen transformadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 17.3.8. Aplicaciones pr´acticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 17.3.9. Carga de condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 17.3.10. Sobretensi´on en el apagado debido a un circuito R L C . . . . . . . . 442 17.3.11. Descarga r´apida regenerativa de una v´alvula proporcional . . . . . . 445 17.3.12. Carga de un filtro de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 17.4. Resoluci´on de problemas de Laplace con Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 17.4.1. Representaci´on del diagrama de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 17.4.2. Respuesta a un escal´on de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 17.5. Uso de Laplace en Mathcad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 18. Buses e interfaces de comunicaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 18.1. Buses circuiter´ýa a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 18.1.1. CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 18.1.2. LIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 18.2. Interfaces de comunicaci´on dentro a nivel de circuito . . . . . . . . . . . . . . . . 463 18.2.1. I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 18.2.2. SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 18.2.3. LVDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 Índice alfabético .....................................469