Construcción de circuitos de RF
El método "Manhattan"
Por G. Baars, extractado de revista Elektor
No es necesario utilizar placas de circuito impreso para construir circuitos de RF. Hay un método alternativo, en el cual un trozo de placa cubierta de cobre se utiliza como base para construir el circuito sin usar atacados ácidos.
En ciertas situaciones, este método es incluso preferible a usar una PCB normal, particularmente cuando están implicadas las altas frecuencias. A los radio-aficionados les gusta llamarlo el método de construcción ‘araña’ (también denominado “montaje feo”), porque los componentes que forman el circuito se sueldan simplemente el uno al otro “suspendidos”’ en el aire, con una superficie de cobre de un trozo de placa de circuito impreso como plano de tierra.
Se pueden realizar pequeñas montañas de soldadura (islas) en puntos estratégicos, para apiñar la soldadura en la pista de cobre circundante, o cortar pequeños pedazos de PCB y unirlos al plano de tierra con pegamento o con cinta adhesiva de doble cara. Esto evita la necesidad de diseñar una placa de circuito impreso, lo cual quiere decir que podremos trabajar más rápidamente y alcanzar resultados asombrosamente buenos.
Este tipo de montaje "araña" es particularmente práctico para los prototipos, puesto que así es fácil cambiar el circuito y los componentes.
Sin embargo, las señales de RF se comportan a veces de una manera muy particular, y esto debe tenerse en consideración. Unas cuantas reglas son indispensables para evitar efectos indeseados.
Este artículo describe cómo optimizar el método de construcción ‘Dead Bug’ para el diseño de RF, teniendo en cuenta unos detalles esenciales. El resultado es una técnica de montaje de componentes llamada “Maniatan” ¡ Las razones son absolutamente obvias !
Preparación
Para comenzar tendremos que tener un fragmento adecuado de material PCB. No debe ser demasiado grande ni demasiado pequeño. Después, la placa debe limpiarse a fondo, lo cual puede hacerse usando una esponja con agua tibia y un agente de fregado, tal como Cif o Vim, pero un poco de estropajo de acero o un pedazo de papel fino de arena también pueden hacer maravillas.
Algunas compañías venden ‘Poliblock’ para este propósito, y también da resultados excelentes.
Una vez que hayamos limpiado la placa a fondo, podrá usar preparados de plata si lo desea. Podemos comprar los preparados líquidos de plata en los que sólo tiene que frotar ligeramente con un trozo de algodón.
Esto produce una plata fina que cubre la superficie de la placa de circuito, que se puede utilizar más adelante para soldar de manera normal. Sin embargo, los preparados de plata no son de ninguna manera indispensables, especialmente si no hay involucradas muy altas frecuencias.
Por otra parte, es una buena idea cubrir la placa de circuito con una capa de laca de PCB.
Esto mantiene la placa bonita y brillante, y permitirá seguir soldando aunque pasen varios años.
A veces es práctico aislar un trozo en el borde de la placa del resto. La porción aislada se puede entonces utilizar como pista de alimentación. El trozo se puede aislar fácilmente haciendo dos cortes paralelos dentro de la capa de cobre con un cuchillo y retirando el cobre entre los cortes
Un método más fácil es utilizar un mini-taladro con una herramienta de piedra de
esmerilar para eliminar el pequeño trozo de pista.
El trabajo de verdad
Ahora podemos comenzar el montaje.
Si tenemos un esquema, es mejor empezar con la parte de la entrada, que generalmente estará en el lado izquierdo del dibujo.
Si la primera etapa es un amplificador de entrada para RF, por ejemplo, con su entrada y salida sintonizada usando potenciómetros de ajuste y bobinas con núcleo de aire, es recomendable fijar las bobinas perpendicularmente una a la otra. Esto reduce al mínimo el acoplamiento entre las bobinas y la tendencia de la etapa a oscilar.
En tales casos, a menudo se fija una pequeña pantalla sobre el amplificador entre la entrada y el trazado de circuito de la salida, para eliminar la realimentación. Puede ser hecha de un pedazo de material del PCB alrededor 2 a 3 centímetros de alto, que se suelda directamente al plano de tierra.
Las bobinas se hacen mejor con alambre de cobre plateado con un diámetro de aproximadamente de 1 milímetro.
Si el extremo ‘frío’ de la bobina está conectado con la tierra, éste puede soldarse directamente al plano de tierra, el cual proporciona una adecuada fuerza mecánica.
Si un extremo de la bobina se debe conectar a una pista de alimentación o a algo distinto de tierra, se puede crear un punto de apoyo usando un pequeño pedazo de material PCB o algún otro método, para apoyar adecuadamente la bobina. A este punto de apoyo también puede soldarse entonces el potenciómetro de ajuste o cualquier otro componente.
Naturalmente, si tenemos un mini-taladro y un pequeño trozo de pista, simplemente llevaremos la pista a donde lo necesitemos.
A propósito de potenciómetros, siempre que utilicemos un potenciómetro de ajuste (PTFE) doblaremos la patilla del medio con un ángulo recto, de manera que pueda emplearse como punto de soldadura para otro componente, igual que en los extremos de la bobina.
Entonces las otras dos patillas se pueden soldar al plano de tierra (por ejemplo). Si estas dos patillas no están conectadas a tierra, puede usarse un pequeño pegote de soldadura para apoyar el potenciómetro de ajuste.
Conexiones cortas
Cuando se trabaja con RF, siempre es una buena idea mantener las conexiones de las señales a llevar tan cortas como sea posible. También es necesario un buen desacoplo, y es importante soldar los condensadores de desacoplo tan cerca como sea posible de los transistores o los IC’s que llevan la señal.
Son preferibles los pequeños condensadores cerámicos, puesto que permiten que los desacoplos a tierra sean buenos.
Debemos considerar que una longitud del alambre tiene una auto-inductancia intrínseca de alrededor 10 nH por centímetro.
En alta frecuencia, esta inductancia puede llegar a ser fácilmente significativa si no hemos desacoplado adecuadamente.
El desacoplo también evita la realimentación hacia la pista de alimentación, que puede causar oscilaciones y otros efectos secundarios.
Para alta frecuencia, es recomendable utilizar los condensadores SMD para desacoplar tienen mejores características que otros tipos de condensadores, tales como condensadores de múltiples capas (de película fina).
Con el método “araña”, también es muy recomendable mantener el trazado de circuito bastante bajo y cerca de la superficie del material PCB, que sirve como plano de tierra. Esto reduce la interferencia de posibles campos exteriores, y reduce la probabilidad de radiación y de realimentación.
Sin embargo, las bobinas siempre deben colocarse algunos milímetros sobre la superficie de la placa, puesto que sus campos pueden hacer cortocircuitos (que reducen su auto-inductancia y aumentan la amortiguación).
Esto se aplica a las bobinas “caseras” tanto como a los “chokes” de radiofrecuencia.
Construcción rígida
Otro factor que desempeña un papel en ciertos circuitos es la fuerza mecánica. Por ejemplo, un circuito de VFO (oscilador de frecuencia variable) debe construirse de una manera mecánicamente
rígida para evitar efectos perjudiciales sobre su estabilidad en frecuencia.
No debe ser sensible a golpes y por esta razón, a menudo se presta especial atención al circuito resonante de un VFO. Por ejemplo, la bobina se suele bobinar sobre un núcleo de cerámica, y se prefiere que sea de alambre de cobre fino y plateado.
Comúnmente los VFO’s también se protegen completamente usando recintos de lámina metálica, con la ventaja de que se reduce la cantidad de radiación electromagnética y el circuito queda resguardado de los movimientos de aire.
Esto es importante, puesto que el aire en movimiento puede causar cambios de temperatura indeseados que pueden producir fluctuaciones de la frecuencia.
Colocación de dispositivos semiconductores
Pueden utilizarse varios métodos para colocar los IC’s. Algunos diseñadores prefieren montarlos en plano sobre su superficie posterior con sus patillas al aire, y después sueldan el resto de componentes a las patillas.
La desventaja de este método es que la posición de las patillas del IC es una imagen en espejo de la posición normal, lo cual puede ser algo incómodo en la práctica.
Otro método es doblar todas las patillas del IC (excepto las patillas conectadas a tierra) perpendicularmente al encapsulado y después acortar los extremos de las patillas.
Esto produce una correcta soldadura en forma de ‘isla’, como se puede ver en el titular de la ilustración de este artículo.
La manera más fácil de doblar las patillas es cogiendo las 10 al mismo tiempo (todas las de cada lado) con unos alicates planos.
Todas las partes anchas de las patillas deben terminar encima y perpendiculares al encapsulado una vez que se hayan doblado.
Cuando trabajamos con dispositivos SMD es algo más difícil, pero no imposible.
A menudo es posible soldar directamente a las patillas de un IC con ocho pines de 50-mil de separación, por ejemplo, pero si hay más pines que están implicados o se utiliza una separación más fina, se recomienda construir una placa de adaptación.
Dicha placa de adaptación puede convertir la separación de patillas de SMD a una separación estándar de patillas DIP de 100-mil, la cual es más fácil de soldar.
En general, los transistores pueden colocarse pegados contra la placa de circuito impreso, según se ilustra.
Las patillas externas están dobladas perpendicularmente a la izquierda y a la derecha, de modo que actúen como ‘pilares de soldadura’ para los siguientes componentes.
Los reguladores de tensión con el típico encapsulado TO220 también pueden pegarse fácilmente contra la superficie de la placa, lo cual proporciona la ventaja adicional de una mejor refrigeración.
En el caso de amplificador de potencia de RF, los transistores que se utilizan a menudo tienen patillas algo anchas.
Se pueden colocar pequeños trozos de soldadura en la PCB y unirlas a la placa de circuito, de manera que pueden servir como puntos de soldadura para otros componentes.
También es posible cortar o demoler los trozos de soldadura de la pista de cobre de la placa de circuito, según lo descrito anteriormente.
Este trabajo es difícil si utilizamos un cuchillo de aficionado, pero con un mini-taladro y pequeños trozos de pista es pan comido.
Conclusión
Si hay conexiones que llevan corrientes elevadas, tales como una conexión de alimentación o una conexión de altavoz, es preferible utilizar un punto de tierra en “estrella”.
La ventaja de usar estos puntos en “estrella” es que las conexiones en cuestión están encaminadas individualmente al punto central de tierra. Esto previene la generación de las corrientes indeseadas hacia tierra que podrían tener efectos perjudiciales en el circuito.
El método "Manhattan"
Por G. Baars, extractado de revista Elektor
No es necesario utilizar placas de circuito impreso para construir circuitos de RF. Hay un método alternativo, en el cual un trozo de placa cubierta de cobre se utiliza como base para construir el circuito sin usar atacados ácidos.
En ciertas situaciones, este método es incluso preferible a usar una PCB normal, particularmente cuando están implicadas las altas frecuencias. A los radio-aficionados les gusta llamarlo el método de construcción ‘araña’ (también denominado “montaje feo”), porque los componentes que forman el circuito se sueldan simplemente el uno al otro “suspendidos”’ en el aire, con una superficie de cobre de un trozo de placa de circuito impreso como plano de tierra.
Se pueden realizar pequeñas montañas de soldadura (islas) en puntos estratégicos, para apiñar la soldadura en la pista de cobre circundante, o cortar pequeños pedazos de PCB y unirlos al plano de tierra con pegamento o con cinta adhesiva de doble cara. Esto evita la necesidad de diseñar una placa de circuito impreso, lo cual quiere decir que podremos trabajar más rápidamente y alcanzar resultados asombrosamente buenos.
Este tipo de montaje "araña" es particularmente práctico para los prototipos, puesto que así es fácil cambiar el circuito y los componentes.
Sin embargo, las señales de RF se comportan a veces de una manera muy particular, y esto debe tenerse en consideración. Unas cuantas reglas son indispensables para evitar efectos indeseados.
Este artículo describe cómo optimizar el método de construcción ‘Dead Bug’ para el diseño de RF, teniendo en cuenta unos detalles esenciales. El resultado es una técnica de montaje de componentes llamada “Maniatan” ¡ Las razones son absolutamente obvias !
Preparación
Para comenzar tendremos que tener un fragmento adecuado de material PCB. No debe ser demasiado grande ni demasiado pequeño. Después, la placa debe limpiarse a fondo, lo cual puede hacerse usando una esponja con agua tibia y un agente de fregado, tal como Cif o Vim, pero un poco de estropajo de acero o un pedazo de papel fino de arena también pueden hacer maravillas.
Algunas compañías venden ‘Poliblock’ para este propósito, y también da resultados excelentes.
Una vez que hayamos limpiado la placa a fondo, podrá usar preparados de plata si lo desea. Podemos comprar los preparados líquidos de plata en los que sólo tiene que frotar ligeramente con un trozo de algodón.
Esto produce una plata fina que cubre la superficie de la placa de circuito, que se puede utilizar más adelante para soldar de manera normal. Sin embargo, los preparados de plata no son de ninguna manera indispensables, especialmente si no hay involucradas muy altas frecuencias.
Por otra parte, es una buena idea cubrir la placa de circuito con una capa de laca de PCB.
Esto mantiene la placa bonita y brillante, y permitirá seguir soldando aunque pasen varios años.
A veces es práctico aislar un trozo en el borde de la placa del resto. La porción aislada se puede entonces utilizar como pista de alimentación. El trozo se puede aislar fácilmente haciendo dos cortes paralelos dentro de la capa de cobre con un cuchillo y retirando el cobre entre los cortes
Un método más fácil es utilizar un mini-taladro con una herramienta de piedra de
esmerilar para eliminar el pequeño trozo de pista.
El trabajo de verdad
Ahora podemos comenzar el montaje.
Si tenemos un esquema, es mejor empezar con la parte de la entrada, que generalmente estará en el lado izquierdo del dibujo.
Si la primera etapa es un amplificador de entrada para RF, por ejemplo, con su entrada y salida sintonizada usando potenciómetros de ajuste y bobinas con núcleo de aire, es recomendable fijar las bobinas perpendicularmente una a la otra. Esto reduce al mínimo el acoplamiento entre las bobinas y la tendencia de la etapa a oscilar.
En tales casos, a menudo se fija una pequeña pantalla sobre el amplificador entre la entrada y el trazado de circuito de la salida, para eliminar la realimentación. Puede ser hecha de un pedazo de material del PCB alrededor 2 a 3 centímetros de alto, que se suelda directamente al plano de tierra.
Las bobinas se hacen mejor con alambre de cobre plateado con un diámetro de aproximadamente de 1 milímetro.
Si el extremo ‘frío’ de la bobina está conectado con la tierra, éste puede soldarse directamente al plano de tierra, el cual proporciona una adecuada fuerza mecánica.
Si un extremo de la bobina se debe conectar a una pista de alimentación o a algo distinto de tierra, se puede crear un punto de apoyo usando un pequeño pedazo de material PCB o algún otro método, para apoyar adecuadamente la bobina. A este punto de apoyo también puede soldarse entonces el potenciómetro de ajuste o cualquier otro componente.
Naturalmente, si tenemos un mini-taladro y un pequeño trozo de pista, simplemente llevaremos la pista a donde lo necesitemos.
A propósito de potenciómetros, siempre que utilicemos un potenciómetro de ajuste (PTFE) doblaremos la patilla del medio con un ángulo recto, de manera que pueda emplearse como punto de soldadura para otro componente, igual que en los extremos de la bobina.
Entonces las otras dos patillas se pueden soldar al plano de tierra (por ejemplo). Si estas dos patillas no están conectadas a tierra, puede usarse un pequeño pegote de soldadura para apoyar el potenciómetro de ajuste.
Conexiones cortas
Cuando se trabaja con RF, siempre es una buena idea mantener las conexiones de las señales a llevar tan cortas como sea posible. También es necesario un buen desacoplo, y es importante soldar los condensadores de desacoplo tan cerca como sea posible de los transistores o los IC’s que llevan la señal.
Son preferibles los pequeños condensadores cerámicos, puesto que permiten que los desacoplos a tierra sean buenos.
Debemos considerar que una longitud del alambre tiene una auto-inductancia intrínseca de alrededor 10 nH por centímetro.
En alta frecuencia, esta inductancia puede llegar a ser fácilmente significativa si no hemos desacoplado adecuadamente.
El desacoplo también evita la realimentación hacia la pista de alimentación, que puede causar oscilaciones y otros efectos secundarios.
Para alta frecuencia, es recomendable utilizar los condensadores SMD para desacoplar tienen mejores características que otros tipos de condensadores, tales como condensadores de múltiples capas (de película fina).
Con el método “araña”, también es muy recomendable mantener el trazado de circuito bastante bajo y cerca de la superficie del material PCB, que sirve como plano de tierra. Esto reduce la interferencia de posibles campos exteriores, y reduce la probabilidad de radiación y de realimentación.
Sin embargo, las bobinas siempre deben colocarse algunos milímetros sobre la superficie de la placa, puesto que sus campos pueden hacer cortocircuitos (que reducen su auto-inductancia y aumentan la amortiguación).
Esto se aplica a las bobinas “caseras” tanto como a los “chokes” de radiofrecuencia.
Construcción rígida
Otro factor que desempeña un papel en ciertos circuitos es la fuerza mecánica. Por ejemplo, un circuito de VFO (oscilador de frecuencia variable) debe construirse de una manera mecánicamente
rígida para evitar efectos perjudiciales sobre su estabilidad en frecuencia.
No debe ser sensible a golpes y por esta razón, a menudo se presta especial atención al circuito resonante de un VFO. Por ejemplo, la bobina se suele bobinar sobre un núcleo de cerámica, y se prefiere que sea de alambre de cobre fino y plateado.
Comúnmente los VFO’s también se protegen completamente usando recintos de lámina metálica, con la ventaja de que se reduce la cantidad de radiación electromagnética y el circuito queda resguardado de los movimientos de aire.
Esto es importante, puesto que el aire en movimiento puede causar cambios de temperatura indeseados que pueden producir fluctuaciones de la frecuencia.
Colocación de dispositivos semiconductores
Pueden utilizarse varios métodos para colocar los IC’s. Algunos diseñadores prefieren montarlos en plano sobre su superficie posterior con sus patillas al aire, y después sueldan el resto de componentes a las patillas.
La desventaja de este método es que la posición de las patillas del IC es una imagen en espejo de la posición normal, lo cual puede ser algo incómodo en la práctica.
Otro método es doblar todas las patillas del IC (excepto las patillas conectadas a tierra) perpendicularmente al encapsulado y después acortar los extremos de las patillas.
Esto produce una correcta soldadura en forma de ‘isla’, como se puede ver en el titular de la ilustración de este artículo.
La manera más fácil de doblar las patillas es cogiendo las 10 al mismo tiempo (todas las de cada lado) con unos alicates planos.
Todas las partes anchas de las patillas deben terminar encima y perpendiculares al encapsulado una vez que se hayan doblado.
Cuando trabajamos con dispositivos SMD es algo más difícil, pero no imposible.
A menudo es posible soldar directamente a las patillas de un IC con ocho pines de 50-mil de separación, por ejemplo, pero si hay más pines que están implicados o se utiliza una separación más fina, se recomienda construir una placa de adaptación.
Dicha placa de adaptación puede convertir la separación de patillas de SMD a una separación estándar de patillas DIP de 100-mil, la cual es más fácil de soldar.
En general, los transistores pueden colocarse pegados contra la placa de circuito impreso, según se ilustra.
Las patillas externas están dobladas perpendicularmente a la izquierda y a la derecha, de modo que actúen como ‘pilares de soldadura’ para los siguientes componentes.
Los reguladores de tensión con el típico encapsulado TO220 también pueden pegarse fácilmente contra la superficie de la placa, lo cual proporciona la ventaja adicional de una mejor refrigeración.
En el caso de amplificador de potencia de RF, los transistores que se utilizan a menudo tienen patillas algo anchas.
Se pueden colocar pequeños trozos de soldadura en la PCB y unirlas a la placa de circuito, de manera que pueden servir como puntos de soldadura para otros componentes.
También es posible cortar o demoler los trozos de soldadura de la pista de cobre de la placa de circuito, según lo descrito anteriormente.
Este trabajo es difícil si utilizamos un cuchillo de aficionado, pero con un mini-taladro y pequeños trozos de pista es pan comido.
Conclusión
Si hay conexiones que llevan corrientes elevadas, tales como una conexión de alimentación o una conexión de altavoz, es preferible utilizar un punto de tierra en “estrella”.
La ventaja de usar estos puntos en “estrella” es que las conexiones en cuestión están encaminadas individualmente al punto central de tierra. Esto previene la generación de las corrientes indeseadas hacia tierra que podrían tener efectos perjudiciales en el circuito.
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