Conductores, Conectores y Protoboards: Los Componentes Olvidados

En este artículo vamos a abordar un tema que está presente en toda la electrónica que, sin embargo, a menudo no recibe la atención que merece: los conductores. Para que este tema no pase desapercibido, también hablaremos sobre conectores y protoboards, ya que un mal uso de ellos puede causarte más de un dolor de cabeza.

Conductores Eléctricos

La definición de un conductor eléctrico, de forma muy simplificada, es la siguiente: un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica. Sus átomos se caracterizan por tener pocos electrones en su órbita más elevada, lo que no requiere mucha energía para que salten de un átomo a otro, permitiendo así el flujo de electricidad.

Es crucial destacar que un conductor posee "poca" resistencia, no nula. Esto significa que siempre existirá una caída de voltaje y una disipación de potencia (traducido en aumento de temperatura) al circular la corriente.

Al elegir un conductor, ya sea un cable o una pista de cobre en un PCB, debes considerar dos factores clave: la caída de tensión y el aumento de temperatura que tu circuito puede soportar según la corriente que circule.

Es común que los cables tengan un código AWG(American Wire Gauge) que relaciona su sección con un codigo numérico. Existen tablas que permiten pasarlos a mm2.

Fig. 1 - Corriente permitida por un conductor en función de su codigo AWG y el aumento de temperatura esperado sobre la temperatura ambiente. 

Usemos el gráfico y tomemos un ejemplo de un conductor de 20AWG, con PVC puede experimentar un aumento de temperatura de 10°C con una corriente de 3A.

Cables: Trenzado, Aislamiento y Estaño

Los cables son conductores, generalmente de cobre, recubiertos con un material aislante. Pueden estar formados por múltiples hilos trenzados o ser un conductor sólido. El formato trenzado ofrece mayor flexibilidad y resistencia a la flexión, por lo que es la mejor opción para la mayoría de los proyectos hobistas.

El aislamiento del cable suele ser de PVC, un material con buenas características térmicas y eléctricas. Este material debe soportar el aumento de temperatura, los voltajes y los efectos del entorno del proyecto. Por ejemplo, en aplicaciones críticas, como el cableado de un automóvil, es vital elegir el tipo de aislamiento correcto, ya que debe resistir altas temperaturas, humedad, combustibles y vibraciones.

A menudo, encontrarás que el cobre de un cable no tiene su color característico. Esto se debe a que el fabricante lo ha recubierto con una capa de estaño para protegerlo de la oxidación y facilitar el proceso de soldado.

Consideraciones al usar cables:

• Estañar las puntas: Antes de soldar, aplica un poco de estaño a las puntas del cable. Esto mejora la conexión final y la soldadura.

• Planificar el recorrido: Asegúrate de que el cable no pase por zonas calientes, filosas, en movimiento o cerca de elementos corrosivos.

• Asegurar los puntos de esfuerzo: Si un cable va a sufrir tirones (por ejemplo, el cable de una plancha), debe estar bien asegurado y tener un mecanismo que limite el desgaste, como un conector o un prensacable.

• Cuidar el aislante: El aislante es una parte fundamental del cable; manéjalo con cuidado para no dañarlo.

• Ejemplo de como la NASA maneja sus cables. NASA WORKMANSHIP

Pistas del PCB

PCB son las siglas en inglés de Placa de Circuito Impreso (Printed Circuit Board). Se define como un circuito cuyos componentes y conductores están soportados por una placa, generalmente rígida y de un material especial. Su estructura se construye con un laminado aislante entre capas de material conductivo. En las caras externas del PCB se pueden imprimir textos e imágenes.

Fig. 2 - PCB. Se pueden ver las pistas de cobre en rojo más brillante

El elemento conductor en los PCB son las trazas de cobre. El espesor de estas trazas se define al momento del diseño y, por lo general, es de 1/2 oz o 1 oz por pulgada cuadrada, lo que se traduce en espesores de 17.5 µm y 35 µm respectivamente. En la mayoría de los casos, la resistencia que ofrecen estas pistas es insignificante, pero la disipación de potencia y el aumento de temperatura pueden ser factores importantes a considerar.

Fig. 3 - Corriente permitida por una pista en función de su ancho (1 mil = 0.025mm) y el aumento de temperatura esperado sobre la temperatura ambiente. 

Conectores y Cables Armados

Los conectores y los cables son los elementos que interconectan nuestros circuitos. Llevan y traen las señales a nuestros instrumentos de medición, alimentan los circuitos y permiten la interconexión entre diferentes módulos. Aunque parezcan simples, es crucial elegir el conector adecuado para cada función. Aquí mencionamos los que un hobista o maker, incluso avanzado, más va a necesitar.

Cables y Conectores de Alimentación y Baja Frecuencia

Son los más sencillos y permiten transferir señales de un lugar a otro sin demasiadas preocupaciones. Aquí te ofrecemos un listado:

• Cables telefónico o cable Dupont: Son conductores de cobre con material aislante. Los cables Dupont vienen con pines de conexión en sus extremos, lo que los hace muy útiles para conexiones en PCBs y protoboards. Son una alternativa superior al cable solo, ya que el terminal provee una conexión más firme.

Fig. 4 - Cables DUPONT

• Conector Banana con cable flexible: Es un conector simple de un solo conductor. Generalmente utilizado en multímetros y fuentes de alimentación. La versión macho va en el cable y la hembra en el instrumento o proyecto. Existen variantes que cambian el extremo del cable por otro tipo de conector o pinza de agarre, como las de tipo cocodrilo.

Fig. 5 - Cables Banana - Banana Macho

Fig. 6 - Cables Banana - Cocodrilo

Fig. 7 - Cables Banana - Hook(Gancho)

Cables y Conectores para Medición y Señales

• Conector BNC y/o SMA con cable RG58 (o RG316): El conector más popular en la electrónica es el BNC. Este conector blindado, pensado para radiofrecuencia, mantiene la fidelidad de la señal a lo largo de su recorrido. Tiene una característica especial: una impedancia de 50 ohm, estándar en los instrumentos de medición. Este cable se usa principalmente para mediciones de señales muy débiles o de radiofrecuencia. Hoy en día también se usa mucho el conector SMA, por lo que es útil tener cables que combinen estos conectores y adaptadores para facilitar la interconexión.

Fig. 8 - Pigtail BNC-BNC con RG58

Fig. 9 - Pigtail SMA-BNC con RG316

Fig. 9 - Pigtail SMA-SMA con RG316

• Cable USB: Este no necesita presentación. El cable USB, con sus distintas variantes, te permite conectar y alimentar dispositivos. Solo debes asegurarte de usar el cable adecuado para el tipo de puerto que tengas.

Protoboards (o Placas de Prueba)

Es una placa plástica con orificios que están conectados eléctricamente entre sí de manera interna. Siguen patrones de líneas verticales y horizontales, permitiendo la inserción de componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos. Esto permite interconectar y dar soporte a los componentes sin necesidad de soldar. Son muy útiles para realizar prototipos y pruebas sencillas. Es recomendable comprar de buena calidad, ya que los de baja calidad suelen generar falsos contactos y varios dolores de cabeza.

Fig. 10 - Protoboard

Fig. 11 - Circuito en protoboard

También existen las placas perforadas universales, que siguen un concepto similar al protoboard, pero en este caso los componentes se sueldan sobre la placa.

Fig. 12 - Circuito en perforada

Conclusión

Para un laboratorio o taller de electrónica, la elección de cables y conectores puede llegar a ser un punto tan importante como la de los propios componentes. Se trata de una inversión fundamental para garantizar mediciones precisas, un funcionamiento seguro y facilidad a la hora de trabajar.

Para un setup de trabajo básico, se recomiendan los siguientes elementos:

• Cables de medición: Son esenciales para conectar tu multímetro, osciloscopio o fuente de alimentación a los circuitos. Los cables con conectores banana y pinzas de cocodrilo son muy versátiles.

• Cables de protoboard (Dupont): Son indispensables para el prototipado rápido en placas de prueba. La variedad de longitudes y tipos (macho-macho, macho-hembra, hembra-hembra) te permitirá crear conexiones limpias y organizadas sin soldar.

• Cables USB: No se puede subestimar su importancia. Vienen en múltiples variantes y son la base para la comunicación y alimentación de microcontroladores como Arduino o ESP32, además de ser útiles para cargar dispositivos.

• Un buen protoboard.

• (Opcional) Cables BNC y sus variantes: Son cruciales si trabajas con señales de alta frecuencia o de bajo ruido, ya que su blindaje evita interferencias. Son el estándar para conectar osciloscopios y generadores de señales. No es un componente básico, lo necesitaras a medida que avances en tu carrera hobbista

Características a Tener en Cuenta

Cuando elijas tus cables y conectores, considera lo siguiente:

• Calidad del material: Los conductores de cobre estañado ofrecen una mayor protección contra la corrosión y facilitan la soldadura.

• Grosor del cable (AWG): Un cable más grueso (con un número AWG más bajo) puede soportar mayor corriente sin sobrecalentarse.

• Flexibilidad: Los cables multifilamento o trenzados son más flexibles y resistentes a la fatiga por flexión, ideal para usos repetitivos en el laboratorio.

• Tipo de aislamiento: Asegúrate de que el material aislante pueda soportar las condiciones de tu proyecto, como la temperatura y el voltaje. El PVC es un buen estándar para la mayoría de las aplicaciones.

En resumen, destina un presupuesto adecuado para estos "componentes olvidados". Un buen arsenal de cables y conectores te ahorrará tiempo, frustración y, lo más importante, te permitirá obtener resultados confiables en todos tus proyectos.