La Tecnología de la Imprevisión
danielperez.webcindario.com  Ing. Daniel Pérez LW1ECP  danyperez1 { arrroba } yahoo.com.ar

 

Original: Ing. Daniel Pérez (LU8AKN), Electrónica Práctica Nro. 105 Noviembre 1984

El trabajo de diseño tiene sus reglas de juego que debe aceptar quien lo emprenda. El desafío puede consistir en lograr un bajo costo de fabricación, o un producto original, o completar el diseño bajo apremio de tiempo. Hoy en día, uno de los principales retos que ponen a prueba a nuestra ingeniería electrónica es la inconsistencia del mercado de componentes. La elección de una determinada pieza queda dictada, no sólo por la optimización de costo, calidad o espacio ocupado que la misma pueda brindar, sino también por su disponibilidad, plazos de entrega o necesidad de su importación. Es así que con una acertada formulación del diseño tal que se minimice la cantidad de componentes especiales, se logrará una continuidad de fabricación más segura que si el departamento de Desarrollo obrase de espaldas al de Compras.

 

PROBLEMAS MECÁNICOS

A menudo, cuando se debe sustituir un determinado componente, se dispone de uno o más reemplazos "funcionales", pero que difieren del original en cuanto a dimensiones o conexionado de terminales. Si va montado sobre circuito impreso, es altamente recomendable diseñar éste con una cantidad de agujeros extra tal que permitan el uso de cualquiera de los formatos posibles. Son conocidas las plaquetas de amplificadores con agujeros y pistas adicionales para admitir transistores o presets con encapsulados o configuraciones de patas diferentes según el fabricante, y que no permiten torcerlas.

Hay cazoletas de ferrite con más de una opción de terminales, por ejemplo RM6 con 4 o con 6 patas. Aunque se necesiten sólo 4, deje agujeros para las restantes: por lo reducida que es la demanda de nuestro mercado el importador tal vez no se moleste en traer las dos variedades.

 

 

 

Otro caso común, es el de espaciar los agujeros de los resistores como para poder emplear de 1/2W (CR37), aun cuando el especificado sea de 1/3W (CR25).

Lo mismo se puede aplicar al resto de las piezas: prever espacio para un electrolítico de 35V si el normal es de 25V, o diseñar el impreso como para poder acomodar tanto una versión vertical (patas radiales) como acostada (axiales). Moraleja: use la previsión hoy para evitar la improvisación mañana.

Lógicamente, estas previsiones se logran a costa de un mayor tamaño de la plaqueta. Cuando se trata de componentes con gran cantidad de conexiones, como ser los relés o flybacks, un diseño que permita usar dos disposiciones de patas diferentes conduce a un importante desperdicio de superficie. En tales casos, es conveniente montar el reemplazo sobre una pequeña plaqueta adaptadora, y ésta a su vez sobre el circuito impreso principal, mediante pines o alambres cortos.

Otro inconveniente originado por el abuso de previsiones es que la persona encargada de armar la plaqueta tiende a ser confundida por la cantidad de agujeros vacantes.

Algunos fabricantes reemplazan productos obsoletos con otros que, si bien difieren bastante mecánicamente, están pensados para facilitar la compatibilidad:

 

NO REINVENTE LA RUEDA

Póngase al tanto de lo que ya existe en plaza antes de especificar cosas raras. Trate de usar transformadores comunes, como ser los de 6,3V, los reactivadores, los de lámparas dicroicas, los de amplificadores de audio o los de TV. Si necesita una escuadrita u otra pieza mecánica poco crítica, visite a su matricero y pídale que le muestre su línea normal de productos, a ver si puede adaptar alguno. Ud. fabrica radios portátiles, y las va a rediseñar para utilizar una salida complementaria?. Diez puntos, pero si con 6V de alimentación y 8 ohm de parlante la potencia resulta excesiva, en vez de cambiar la impedancia de carga a 16 ohm será mejor que simplemente use una pila menos.

 

A PRUEBA DE TOLERANCIAS

Quien escribe es acérrimo enemigo de las momias de cables, tales como las que conectan los controles de un amplificador, (a). Una solución elegante consiste en diseñar la plaqueta como para poder montar los potenciómetros directamente sobre la misma sin cables (b) como se hace en un preamplificador Texas.

 

 

 

Como es lógico, este método condena a usar un determinado frente. Los problemas empiezan cuando, por ley de Murphy, se suman las tolerancias del frente, la plaqueta, los potenciómetros y el ángulo con el cual se los monta. La solución (c) combina las ventajas de las dos anteriores.

 

COMPONENTES MÚLTIPLES

Si piensa usar un puente rectificador integrado, por las dudas diseñe el impreso como para poder usar 4 diodos discretos. Idéntica recomendación para los darlington, y los relés que traen incorporado el diodo en paralelo con la bobina. Un zéner de potencia puede ser convenientemente reemplazado por uno chico conectado entre colector y base de un transistor de potencia. Los displays con lógica incorporada, como chiches podrán ser muy tentadores, pero si sobra plaqueta más vale usar los convencionales y poner la lógica aparte: no sólo es una alternativa más conseguible, sino a menudo también más económica.

 

CÓMO DISEÑAR SIN COMPONENTES ESPECIALES

- No se deje tentar por esos componentes exóticos que le prometen simplificar el circuito, pero que son pan para hoy y desabastecimiento para mañana.

Caen en esta categoría las lamparitas o termistores de muy baja disipación utilizados para estabilizar la amplitud de los osciladores con puente de Wien; más recomendable es un AGC con FET como resistor controlado. De los osciladores con diodo túnel, ni hablemos. 555 mata unijuntura.

Si un resistor tiene que ser de 20k mejor ponga dos de 10k en serie; en nuestro mercado, los valores de la serie E24 (24 valores en una década, más conocida como "serie del 5%") que no pertenezcan a la E12, directamente no existen. Y si requiere un resistor de 10 megohm de aislación garantizada (metal glaze) para un touch, u otra aplicación donde la seguridad de la vida humana requiera este tipo de componente, tal vez convenga poner dos resistores en serie de 4,7 megohm, comunes pero de generosa disipación porque tienen mayor espaciado entre casquillos y mayor paso de la hélice resistiva.

- Consideremos el caso hipotético de un diseñador que proyectó una fuente muy exacta (a).

 

 

 

Para lograr la finura necesaria en el ajuste, decidió especificar un potenciómetro de 10 vueltas para P. Técnicamente, la fuente ofrece un funcionamiento impecable, pero adolece de pobreza de criterio en el diseño: como la tensión de salida es fija, de todo el recorrido del potenciómetro sólo se usará una mínima porción, la necesaria para compensar la tolerancia del zéner y el offset del operacional. Bien podría utilizarse un preset convencional de única vuelta, con una juiciosa limitación de su rango eléctrico (b), sin desmedro alguno de la calidad. Aparte del menor costo y mayor probabilidad de conseguirlo, la solución alternativa protege a la carga contra una tensión excesiva en caso de que el cursor se hallare en un extremo antes del ajuste. Si bien el ejemplo citado puede parecer trivial, no es infrecuente encontrarse con diseños que subutilizan componentes de lujo. En (c) se muestra cómo, mediante el agregado de un resistor opcional, pueden utilizarse presets de varios valores.

El rediseño de (d) es intrínsecamente insensible a su valor, puede utilizarse prácticamente cualquier valor de preset, ocurriendo sólo una deformación en la ley de variación para los más elevados. De paso, en el caso de una fuente variable en la cual el potenciómetro sea un control en el frente, se minimiza la cantidad de conexiones con la plaqueta. Y si accidentalmente el cursor deja de hacer contacto con la pista, podemos estar seguros de que no se le enviará una tensión excesiva a la carga.

Los valores de componentes en los casos b, c y d están calculados previendo también las tolerancias en los resistores y el potenciómetro.

- A menudo, los avances tecnológicos permiten la eliminación y sustitución de componentes con problemas, no sólo de calidad o confiabilidad, sino también de disponibilidad. Tal el caso de los transformadores, tanto más raros cuanto más exóticos, p. ej. aquellos de salida “ultralineales” con derivaciones para pantallas y para varias impedancias de carga. Quedando irremediablemente los transformadores de alimentación, cabe esperar que el diseñador pueda utilizar un modelo estándar en plaza. Y nada más factible de ser estándar que los de un solo primario y un solo secundario sin derivaciones. En caso de indecisión, este factor puede volcar la balanza a favor del puente de 4 rectificadores, en vez de usar 2 y secundario con punto medio.

Y qué pasa con esa fuente variable que llega hasta 0V y necesita por lo tanto una alimentación auxiliar negativa?. Si se usa un transformador aparte para esta alimentación, se encarece el circuito. Entonces, se puede agregar otro secundario al trafo principal pero, ¡ay! lo estaríamos convirtiendo en “especial”. Afortunadamente, un pequeño truco puede salvar la situación (se ilustra además la provisión de una tensión positiva auxiliar más elevada que la de salida del filtro):

 

 

- Los amplificadores de banda ancha de UHF casi siempre demandan el uso de capacitores “chip” (sin patas) para reducir en todo lo posible la inductancia parásita. Ahora bien, es probable que en varios puntos del circuito (p. ej. con niveles de impedancia de 50 ohm o más) la utilización de un capacitor convencional pero con patas cortas no degrade apreciablemente el comportamiento. De la misma manera, si bien los resistores de composición son mandatorios en los lugares donde tienen RF aplicada, en las redes donde hay CC exclusivamente se pueden usar perfectamente los más comunes de película de carbón depositado (que son inductivos debido a la hélice de ajuste). Así se puede esquivar el empleo de algunos componentes especiales: basta con tomarse la molestia de armar el prototipo con los mejores componentes primero, y luego reemplazarlos de a uno por los comunes para detectar cualquier deterioro.

Los resistores de 1/2W no son tan comunes como los de 1/3. Reemplazar uno grande por dos chicos en paralelo o serie trae además la ventaja de un menor gradiente térmico en la plaqueta.

- 22 megohm no es un valor fácil de conseguir, y menos al 5%. El siguiente rediseño ilustra la forma de cómo se lo evitó en un circuito particular:

 

 

 

- La 1a versión de un milivoltímetro usaba 3 resistores al 1%, pudiendo demostrarse que el error total contribuido por ellos en el peor caso es del 3%. La versión simplificada funciona exactamente igual usando un solo resistor al 3% (que puede ser al 5% seleccionado):

 

 

Una ventaja extra: no influye la resistencia de la bobina móvil ni sus variaciones con la temperatura (muy altas por ser de cobre).

 

- Los trimmers más comunes en nuestro medio son los de 3-30pF. Veamos cómo se modificó un circuito para reemplazar un modelo poco común:

 

 

La función de la V de conmutación es introducir un pequeño desplazamiento de frecuencia. Si bien la variante propuesta no es exactamente equivalente, pues la capacitancia residual es mayor, produce en cambio el mismo rango de variación de C que es lo que interesa.

 

- Un circuito pide un capacitor variable de 100pF pero supongamos que lo único que se consigue es de 400pF. Si Ud. es radioaficionado, toma una pinza pequeña y procede a “des - chaparlo”. Pero si es un industrial, difícilmente se ponga a hacer esta modificación en serie. Más bien, intentará algo así:

 

 

 

Aclaremos que los capacitores que tienen sus chapas cortadas para uso en la banda de 540-1600kHz no proporcionan una variación de sintonía lineal en banda ensanchada. Por otra parte, si el inductor no tiene buen acoplamiento entre todas sus espiras, la derivación deberá hacerse un poco más arriba del 50% mencionado.

 

 

- En muchos tipos de llaves selectoras se produce momentáneamente un cortocircuito entre contactos adyacentes cuando el cursor pasa entre ellos. Esto puede ocasionar daños al circuito en ciertos casos. Como las llaves absolutamente libres de cortocircuitos son especiales, se puede optar por una común con más posiciones que las necesarias, y usar una posición sí, una posición no. Por ejemplo:

 

 

Antes de tomar esta precaución, el accionamiento de la llave causaba cortocircuitos entre + B y masa y grilla, además de violentos retrocesos de la aguja. Otra ventaja proporcionada por la posición salteada es la mayor aislación entre contactos.

 

CUÁNTOS PROVEEDORES TENGO?

Una buena medida de seguridad, muy difundida hasta en los países altamente industrializados, es la preferencia por aquellos productos que son ofrecidos por más de un fabricante. Tal es así, que muchos importantes fabricantes de CI invitan a sus competidores a que les copien sus nuevos chips, porque los diseñadores no los aceptarían si careciesen de "second-source” (proveedor alternativo) con la consiguiente paralización de sus propios productos si el CI se llegase a discontinuar.

La línea CMOS CD4000 tiene una impresionante cantidad de “second-sources”, pero no para la totalidad de sus integrantes; por ejemplo el 4033, que es una década con salida para 7 segmentos, no tiene equivalente Motorola.

 

CUIDADO CON LOS OBSOLETOS

Hay componentes muy caros porque son nuevos, pero hay otros todavía más caros porque son obsoletos. Así, el histórico OC170 / AF115 / AF125, PNP Ge RF, es mucho más costoso que un moderno MOSFET que cumple la misma función pero con mejores características. Y el TAA300, amplificador de 1W, también cuesta más que el popular TDA2002 de 8W.

Sucede que muchas empresas electrónicas en nuestro medio siguen fabricando los mismos productos de hace 10 años o más, y no tienen ni siquiera una modesta oficinita de ingeniería que encare un rediseño para evitar que se sigan empleando componentes que se tornaron obsoletos. La línea TTL 74L ya no se fabrica más, y es reemplazable por la 74LS que es mucho más rápida pero que también consume el doble, requiriéndose una decisión de ingeniería para adoptarla, o bien considerar la conveniencia de pasar a la familia CMOS 74C.

 

POSDATA

Podrá parecer que los conceptos vertidos atentan conga la seriedad profesional, ya que si los circuitos se pudieran armar con cualquier cosa se estaría malacostumbrando a los proveedores de componentes. No es el caso: la oferta de componentes obedece únicamente a las necesidades de los grandes consumidores, que no se molestarán en rediseñar un circuito para evitar una pieza que sólo se consigue si se la pide en grandes cantidades. Al pequeño industrial, que es el que se digna leer Electrónica Práctica, le convendrá seguir aquella norma evolutiva según la cual sobrevive aquel que logra adaptarse al medio ambiente.