Electrónica básica en automoción

Índice

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
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