Electrónica básica en automoción

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  • ISBN: 9788426734860
  • Tipo de Encuadernación: Tapa blanda o bolsillo
  • Dimensiones de producto: 17x1x24
  • Número de páginas: 504

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  • Autor: Llanes Ruiz, Daniel
  • Fecha de publicación: 01/09/2022

Descripción

La electrónica, los componentes electrónicos, los circuitos típicos y su análisis por superposición, los ensayos de compatibilidad electromagnética, entre otros, son temas muy fascinantes pero que pueden resultar difíciles de abordar si no se dispone de un buen guía.

Si es ingeniero electrónico, se va a dedicar o se dedica al mundo de la automoción, o simplemente le gusta mucho la electrónica y quiere aprender más sobre ella, ha llegado al libro indicado.

En Electrónica básica en automoción, el autor pone a su disposición los conocimientos adquiridos durante más de 15 años en el mundo de la electrónica, enfocada en el sector de la automoción, para que conozca de forma intuitiva y ágil los componentes electrónicos más habituales y usados en el mundo de la automoción, con sus distintas tecnologías, y cuándo es mejor utilizar una u otra para un aplicativo en concreto.

Asimismo, el autor presenta gradualmente otros temas para que los controle con soltura al finalizar la lectura de este libro:

  • Cálculo de las potencias consumidas en los componentes para distintos tipos de escenarios y ejemplos útiles.
  • Diseño de fuentes conmutadas o reguladores lineales estables para evitar problemas de oscilaciones indeseados que puedan dañar su circuito.
  • Cálculos térmicos y estimación de temperaturas dentro de una placa de circuito o en radiadores con ejemplos prácticos.
  • Las distintas tecnologías de circuitos impresos que hay y sus ventajas e inconvenientes.
  • Introducción a los ensayos de compatibilidad electromagnética más extendidos en el mundo de la automoción y cómo simples contramedidas pueden ayudar a pasar estos test tan exigentes.

Además, en el libro se profundiza en los ensayos eléctricos y su análisis para simplificar al máximo la resolución del problema, en las descargas electrostáticas y cómo proteger a su circuito frente a ellas, en el uso de la transformada de Laplace como una herramienta muy poderosa de resolución y en los buses de comunicación más extendidos dentro del automóvil y sus particularidades.

Sin duda, este libro deviene un manual indispensable para todo aquel que quiera desarrollar sus proyectos sobre electrónica y saber más acerca de su relación directa con la automoción.

Daniel Llanes Ruiz es ingeniero de telecomunicaciones. Estudió en la Universidad Politécnica de Valencia y luego en la Universidad Miguel Hernández. Ha pasado por empresas como Continental Temic, GND Nagares y AED Embedded. Siempre le han gustado los retos y defiende que es posible reducir problemas muy complicados a soluciones muy sencillas: como decía Albert Einstein, “no entiendes realmente algo a menos que seas capaz de explicárselo a tu abuela”.

Información adicional

Peso 0,83 kg
Dimensiones 24 × 17 × 1 cm

Content missing

Índice

Acrónimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Red de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. Energía de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Baterías 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 vehículo . . . . . . . . . . . . 6
1.4.2. Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.3. Ejemplos consumos de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1. Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.1. Resistencia específica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2. Potencia media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3. Temperatura máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.4. Resistencia térmica de una resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.5. Carga pulsante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.6. Tensión máxima 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 térmico Johnson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2. Resistencias de montaje superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.1. Resistencias de película gruesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.2. Resistencias de película fina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.3. Resistencias de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.4. Resistencias shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.5. Potenciómetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 instrumentación para simular un turbocargador . . . . . 45
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4. Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1. Diseño de condesadores con simetrías sencillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.1. Ley de Gauß. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.1.2. Capacidad de una única carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.3. Condensador de placas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.4. Condensador cilíndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.5. Condensador esférico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2. Configuración en serie y en paralelo de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2.1. Conexión en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.2. Conexión en serie de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3. Condensadores cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4. Condensadores electrolíticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.1. Condensadores de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.2. Condensador de tántalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.4.3. Condensador de Niobio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.4.4. Condensadores con polímero de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5. Condensadores de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5.1. Dimensionamiento y propiedades eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.5.2. Condensadores de folio de poliéster (MKT) . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.3. Condensadores de folio de polipropileno (MKP) . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.4. Materiales típicos 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 saturación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.2.1. Offset de tensión de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2.2. Corrientes parásistas de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.3. Circuitos típicos con amplificadores operacionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.3.1. Seguidor de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 logarítmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.3.10. Potenciador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.3.11. Medida de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3.12. Detector cambio de dirección de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.3.13. Amplificadores de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.4. Comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.5. Amplificadores operacionales y comparadores típicos . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7. Reguladores de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.1. Reguladores de tensión 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. Alimentación en microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.1.6. Doblador de tensión con condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.2. Reguladores de tensión alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8. Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.1. Filtro paso alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.2. Filtro paso bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.2.1. Resolución mediante la transformada de Laplace . . . . . . . . . . . . . 163
8.2.2. Resolución 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 teórico de la estabilidad de una fuente conmutada . . . . . . . . . . . . . 179
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
10. Osciladores y circuitos con osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
10.1. Resonadores cerámicos y osciladores de cuarzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.1.1. Circuitos típicos de oscilación usados con microcontroladores . 186
10.1.2. Factor de seguridad de oscilación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Configuración 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 energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.1. Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.2. Configuración High Side y Low Side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
11.3. Cálculo de la potencia disipada en un MOSFET para distintos tipos de
cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.3.1. Cálculo de potencia con carga resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.3.2. Cálculo de potencia cuando la carga es inductiva . . . . . . . . . . . . . 212
11.3.3. MOSFET trabajando en la zona de saturación y en la zona lineal 222
11.4. Energía soportada en un MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
11.4.1. Cálculo mediante Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
11.4.2. Cálculo de energía mediante balances de energía . . . . . . . . . . . . . 232
11.4.3. Energía 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 bujías con IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.10. Cálculo de potencia en drivers integrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
11.10.1. Cálculo de potencia consumida por los drivers . . . . . . . . . . . . . . . 259
11.11.Motores con escobillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
12. Cálculos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.1. Equilibrio termodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.2. Conducción de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.3. Convección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
12.3.1. Determinación del coeficiente de convección mediante el
número de Nusselt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
12.4. Radiación térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
12.5. Convección y radiación térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
12.6. Comportamiento térmico dentro de una caja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
12.7. Temperatura para distintas fuentes de calor dentro de un PCB . . . . . . . . . . 287
12.7.1. Cálculos aproximados orientativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
12.7.2. Métodos aproximados de estimación de la temperatura en la
unión para distintas fuentes de calor dentro de un mismo PCB. . 289
12.8. Capacidad térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.9. Esquemas térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.9.1. Análisis capacidad térmica radiador mediante Laplace . . . . . . . . 300
12.9.2. Simulación térmica 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 tecnologías rígidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
13.1.1. Propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
13.1.2. Acabados de la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
13.1.3. Vías térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 máxima admisible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
13.4. TFT (Thick Film Technology) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
13.4.1. Corriente máxima permitida en las pistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
13.4.2. Corriente máxima en los bondings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
13.4.3. Cálculo de la resistencia térmica para distintas cápsulas . . . . . . . 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 electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
14.1. Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
14.1.1. Espectro electromagnético de las señales más comunes . . . . . . . . 367
14.1.2. Series de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
14.1.3. Pulso cuadrado ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
14.1.4. Señal trapezoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
14.2. Instrumentos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
14.3. Red de estabilización 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. Cámaras para ensayos de compatibilidad electromagnética . . . . . . . . . . . . 379
14.7.1. Cámaras anecoicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
14.7.2. Cámaras reverberantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.8. Emisiones radiadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.8.1. Medidas electromagnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.9. Ensayos de inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
14.9.1. Radiación electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
14.9.2. Inmunidad magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
14.12.4. Fuentes conmutadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
15. Ensayos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
15.1. Test de inversión 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 electrostáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1. ESD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1.1. Cálculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1.2. Resolución mediante ecuaciones diferenciales . . . . . . . . . . . . . . . . 417
16.1.3. Resolución 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. Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
17.1.1. Transformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
17.1.2. Transformada inversa de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.3. Linearidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.4. Derivada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.5. Translación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
17.1.6. Integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
17.1.7. Convolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 realimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
17.3. Correspondencias importantes entre el dominio temporal y el de la
frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
17.3.1. Función Delta Dirac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
17.3.2. Función escalón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
17.3.3. Función exponencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
17.3.4. Función tn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
17.3.5. Función coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
17.3.6. Función amortiguada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
17.3.7. Resumen transformadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
17.3.8. Aplicaciones prácticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
17.3.9. Carga de condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
17.3.10. Sobretensión en el apagado debido a un circuito R L C . . . . . . . . 442
17.3.11. Descarga rápida regenerativa de una válvula proporcional . . . . . . 445
17.3.12. Carga de un filtro de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
17.4. Resolución de problemas de Laplace con Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
17.4.1. Representación del diagrama de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
17.4.2. Respuesta a un escalón de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
17.5. Uso de Laplace en Mathcad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
18. Buses e interfaces de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1. Buses circuitería a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1.1. CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1.2. LIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
18.2. Interfaces de comunicación 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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