Componentes Electrónicos · Tema 34

Método de selección y compra

Ya conocés cada familia de componentes por separado. Este tema es sobre el momento en que hay que usarlas todas juntas: tenés una idea, un catálogo con miles de piezas y un pedido que hacer. Entre la idea y el pedido hay un método, y su resultado es un documento: la lista de materiales.

≈ 55 minutos Sin materiales. Conviene tener abierto el buscador de un distribuidor de componentes Incluye simulador y Python

01 · Punto de partida

El pedido que llegó incompleto

En el Tema 5 aprendiste a desconfiar de una pieza, a calcular su costo real y a elegir dónde comprarla. Todo eso supone que ya sabés qué pieza querés. Este tema es el paso anterior.

Una escena típica. Querés un extractor de aire que se encienda solo cuando un gabinete se calienta. Un domingo a la noche hacés el pedido, de memoria: «un sensor de temperatura, un MOSFET 44 de los que aguantan mucho, un capacitor de 470, resistores de 10 k, un fusible». Llega a los doce días.

El sábado lo armás. El MOSFET es un IRFZ44N, y tu placa es de 3,3 V: no enciende. El capacitor de 470 µF es de 10 V, y la fuente es de 12. El fusible vino, pero no hay dónde ponerlo. Y falta el diodo del motor: no estaba en el pedido porque no estaba en tu cabeza. Cuatro piezas que cuestan menos que el envío, y otros doce días.

No fue falta de conocimiento. Sabés que una placa de 3,3 V necesita un MOSFET garantizado a 2,5 V, que un capacitor se elige con el doble de tensión, que un motor lleva diodo. Lo que faltó fue un procedimiento que obligue a usar ese conocimiento antes de pagar, y un lugar donde dejarlo escrito.

Un programador ya resolvió este problema. Un proyecto no dice «necesito una biblioteca para peticiones web»: declara un paquete con nombre y versión exactos en un archivo de dependencias. Y hay un programa que, a partir de ese archivo, descubre solo qué otros paquetes hacen falta. En electrónica el archivo existe y se llama lista de materiales. El programa que resuelve las dependencias, no: ese trabajo lo hacés vos.

  • ¿Cómo se convierte una idea en requisitos que se puedan buscar?
  • ¿En qué orden se toman las decisiones sobre una pieza?
  • ¿Cómo se usa el buscador de un distribuidor?
  • ¿Cuándo vale reemplazar una pieza por otra?
  • ¿Qué tiene que decir una lista de materiales, y cómo se la revisa?

02 · Identificar

De la idea a los requisitos

Un catálogo no entiende «que aguante mucho». Entiende números y comparaciones: tensión mayor o igual que tanto, resistencia menor o igual que tanto. El primer trabajo es traducir la idea a ese idioma, y se hace antes de pensar en ninguna pieza.

El proyecto de la escena, escrito como se debe:

Los datos del proyecto. Todo lo que sigue en el tema sale de esta tabla.
DatoValorDe dónde sale
Tensión de las salidas de la placa3,3 VLa hoja de la placa
Corriente máxima por salida10 mA, como tope prudenteTema 24
Fuente de potencia12 V, 2 A, separada de la placaTema 31
Extractor: resistencia del bobinado8 ΩMedida, como en el Tema 32
Extractor: corriente en marcha0,3 AMedida
Extractor: corriente de bloqueo12 V ÷ 8 Ω = 1,5 ACalculada
Aviso sonoroZumbador activo de 5 V, 30 mASu hoja
IndicadorLED rojo, 5 mATema 17
SensorNTC de 10 kΩ, con divisorTema 30
MontajeProtoboard primero; placa perforada despuésDecisión propia
AmbienteInterior de un gabinete: hasta 50 °CEstimado
El peor caso, no el típico
La llave del extractor se elige con 1,5 A, no con 0,3. Es la lección de los Temas 31 y 32, y es el error más frecuente al escribir requisitos.
Los datos que no parecen eléctricos
El montaje y el ambiente son requisitos con el mismo peso que la tensión. Una pieza perfecta que no se puede pinchar en una protoboard no sirve para una protoboard.
Lo que no sabés, se mide o se anota como duda
Un requisito inventado es peor que uno faltante, porque después parece un dato. Si no conocés la corriente de un actuador, la ficha del Tema 31 la da en cinco minutos.
Los requisitos son desigualdades
Casi ninguno es «igual a». Son «por lo menos» y «a lo sumo». Solo las patas, la cápsula y algunos valores se piden iguales.

03 · Selección

El método: ocho pasos

Las decisiones sobre una pieza tienen un orden. Cada paso achica el conjunto de candidatas, y los primeros son los que más descartan. Hechos en otro orden, se llega a elegir un modelo y descubrir después que no existe en la cápsula que se necesita.

  1. 1
    Función.

    Qué tiene que hacer, en una frase y con sus números: «conectar y desconectar del negativo una carga de 12 V y 1,5 A, mandada con 3,3 V».

  2. 2
    Familia.

    Qué tipo de componente cumple esa función. Es la decisión de los temas de comparación: bipolar o MOSFET, relé u optoacoplador, cerámico o electrolítico.

  3. 3
    Valor.

    El número que sale de la cuenta, llevado después a un valor que se fabrique.

  4. 4
    Tipo y tolerancia.

    Dentro de la familia, qué construcción y con qué precisión. Depende de una sola pregunta: ¿el valor de esta pieza decide el resultado?

  5. 5
    Límites, con margen.

    Tensión, corriente y potencia en el peor caso, con las reglas del Tema 4.

  6. 6
    Cápsula y montaje.

    Que se pueda montar donde va, y que disipe lo que tiene que disipar.

  7. 7
    Modelo.

    Recién acá, un código de pieza: el resultado de filtrar un catálogo con los seis pasos anteriores.

  8. 8
    Lo que arrastra.

    Las piezas que el modelo elegido necesita para funcionar. Cada una vuelve a entrar al método desde el paso 1.

función→familia→valor→tipo→límites→cápsula→modelo→lo que arrastra

La mayoría de las piezas atraviesa los ocho pasos en un minuto. El resistor del LED del proyecto, completo:

Una pieza simple, por los ocho pasos.
PasoDecisiónPor qué
1 · FunciónLimitar a 5 mA un LED rojo desde una salida de 3,3 V—
2 · FamiliaResistor fijoTema 6
3 · Valor(3,3 − 1,8) ÷ 0,005 = 300 Ω → 330 Ω300 Ω no se fabrica en la serie común: se va al siguiente hacia arriba
4 · Tipo y toleranciaCarbón, 5 %Un 5 % más o menos de brillo no se nota
5 · Límites1/4 WDisipa 7 mW: el 3 % de su potencia
6 · CápsulaAxial, con patasPara protoboard
7 · ModeloCualquieraEn un resistor común, la descripción ya lo define
8 · ArrastraNada—

El renglón que queda es «resistor de 330 Ω, 5 %, 1/4 W, axial». En otras piezas, uno de los pasos concentra todo el trabajo: en un MOSFET es el 7; en el resistor de un divisor de medición, el 4; en un capacitor de reserva, el 5. El método sirve para no saltear el paso que parecía obvio.

04 · Selección

Del valor calculado al valor que existe

La cuenta da 300 Ω, 1733 Ω o 412 µF. Ninguno se vende. Los valores se fabrican en series: la más común, llamada E12, tiene doce valores por cada década.

101215182227333947566882

Cada valor es alrededor de un 20 % mayor que el anterior, y eso tiene una razón: con una tolerancia del 10 %, los rangos de dos valores vecinos se tocan sin dejar huecos. Los resistores al 5 % suman la serie E24, con veinticuatro valores; los capacitores electrolíticos suelen venir solo en 10, 22, 33 y 47.

Entre los dos vecinos del valor calculado no se elige el más cercano. Se elige el que falla hacia el lado seguro, y ese lado depende de para qué está la pieza.

Hacia dónde redondear. Los ejemplos son del proyecto.
La piezaSe redondeaPorqueEjemplo
Resistor que limita una corrienteHacia arribaMenos corriente: algo menos de brillo, y ningún riesgo300 → 330 Ω
Resistor de base de un bipolarHacia abajoMás corriente de base: el transistor cierra con más seguridad1733 → 1,5 kΩ
Capacitor de reserva o de filtroHacia arribaMás reserva412 → 470 µF
Tensión nominal de un capacitorHacia arribaMás margen24 → 25 V
Resistor que fija un tiempo o una tensiónAl más cercano; si no alcanza, serie más fina o dos resistoresEl valor decide el resultadoLos dos del divisor
FusibleDentro del intervalo, el menorLas tres condiciones del Tema 330,4 a 0,75 A → 500 mA

05 · Características

Tipo, límites y cápsula

Tipo y tolerancia: la pregunta que decide

¿El valor de esta pieza decide el resultado? En el proyecto hay cinco resistores, y la respuesta es «sí» en uno solo.

Los resistores del proyecto, por lo que se les pide.
Resistor¿Su valor decide?Se elige
330 Ω, del LEDNo: cambia apenas el brilloCarbón, 5 %
1,5 kΩ, de la baseNo: se calculó con margenCarbón, 5 %
220 Ω, de la compuertaNo: cualquier valor de 100 a 470 Ω sirveCarbón, 5 %
10 kΩ, de la compuerta a la fuenteNoCarbón, 5 %
10 kΩ, del divisor del sensorSí: su error es error de temperaturaPelícula metálica, 1 %

Hay dos resistores de 10 kΩ en la misma lista, y no son intercambiables. Si el renglón dice solo «10 kΩ», van a llegar iguales, y la pieza de precisión va a terminar en el lugar equivocado. Es el motivo por el que la descripción completa importa.

Límites: una columna por pieza

Cada pieza se compara con su peor caso, usando las reglas del Tema 4, igual que en la auditoría del Tema 33. La diferencia es el momento: allá se auditaba un circuito armado; acá, antes de comprarlo.

Los límites que piden las piezas principales del proyecto.
PiezaExigenciaReglaSe pide
Llave del extractor: tensión12 VUsar el 50 %24 V o más
Llave del extractor: corriente1,5 AUsar el 70 %2,2 A o más
Capacitor de reserva: tensión12 VUsar el 50 %25 V
Diodo del motor: tensión12 VUsar el 50 %24 V o más
Fusible0,3 A en marcha; 1,5 A en bloqueoTema 33Lento, 500 mA

Cápsula: el requisito que se olvida

La misma pieza eléctrica se vende en varias formas físicas, y una pieza en la cápsula equivocada es una pieza que no se puede usar.

Las cápsulas más habituales, y dónde se pueden montar.
CápsulaQué viene asíProtoboardDisipa, sin ayuda
Axial y radial, con patasResistores, diodos, capacitores, LEDSíSegún el tamaño
TO-92Transistores chicos, sensoresSíHasta 0,5 W
TO-220Transistores de potencia, reguladoresSí, con patas gruesas1 a 2 W; más con disipador
DIPIntegrados, optoacopladoresSíHasta 1 W
SOT-23Transistores de montaje superficialNo: hace falta una placa adaptadoraHasta 0,7 W, sobre cobre
Otras de montaje superficialCasi todo lo modernoNoSegún la placa

06 · Selección

La búsqueda paramétrica

El paso 7 se hace con una herramienta que todos los distribuidores grandes ofrecen: un buscador en el que cada columna de la tabla es un parámetro de la hoja de datos, y cada parámetro se puede filtrar. Para un programador es una consulta a una base de datos, y cada requisito es una condición.

  1. 1
    Entrar por la familia.

    La categoría del catálogo: transistores MOSFET, de canal N, individuales. Deja miles.

  2. 2
    Filtrar primero por lo que no se negocia.

    La cápsula y la condición de mando. Son los que más descartan, y los que no tienen arreglo después.

  3. 3
    Filtrar los límites como rangos.

    Tensión de 24 V o más; corriente de 2,2 A o más. Nunca un valor exacto: se seleccionan todas las opciones a partir del mínimo.

  4. 4
    Pedir que haya existencias.

    Un modelo sin unidades disponibles no es un candidato.

  5. 5
    Ordenar por precio, o por cantidad disponible.

    Lo que queda cumple todo. Entre esos, los más baratos y los más abundantes suelen ser los más usados, y son los que vas a volver a conseguir.

  6. 6
    Abrir la hoja de los dos o tres primeros.

    El buscador muestra un resumen. La condición de cada número, y el orden de las patas, están en la hoja.

Cuando el filtro devuelve cero

Es un resultado, no un error: ninguna pieza cumple todos los requisitos a la vez. Hay que ceder uno, y conviene elegir cuál con criterio.

Qué requisito ceder, del más barato al más caro.
Se cedeCómoCuesta
La cápsulaMontaje superficial sobre una placa adaptadoraUna soldadura fina y una pieza más en la lista
Que sea una sola piezaUna etapa intermedia, o un móduloMás piezas, o menos control sobre lo que hay adentro
Otro dato del proyectoUna placa de 5 V en lugar de 3,3 V; una carga de menos corrienteRehacer parte del diseño
El margenAceptar una pieza al 80 % en lugar del 50 %Vida útil, y fallas que aparecen con calor

El margen es lo último que se cede, y es lo primero que se tienta ceder, porque no cuesta nada en el momento. Si se cede, se anota en la lista con su motivo.

Cuando devuelve trescientos

Todas sirven. La elección ya no es técnica, y hay tres criterios, en este orden: la que ya tenés o ya conocés; la más común, que es la que aparece en más proyectos y vas a poder reponer; y la más barata. Elegir entre candidatas válidas la de mejores números es pagar por algo que el diseño no usa.

07 · Identificar

Lo que cada pieza arrastra

El paso 8 es el del diodo de la escena. Casi ninguna pieza funciona sola: necesita otras alrededor, que no aparecen en la idea original porque no hacen «nada» visible. Son las dependencias de segundo nivel, y se encuentran recorriendo la lista con esta tabla.

Las piezas que acompañan a cada una.
Si en la lista hayTiene que haber tambiénTema
Un LEDSu resistor limitador17
Un transistor bipolar como llaveEl resistor de base20
Un MOSFET como llaveEl resistor en serie con la compuerta y el de compuerta a fuente23
Una bobina: relé, motor, solenoide, zumbador electromagnéticoUn diodo en paralelo; en un motor, además, 100 nF sobre sus terminales14, 31
Un integrado100 nF junto a sus patas de alimentación12
Un actuadorSu fuente, y un capacitor de reserva junto a él31
Un sensor resistivoEl resistor fijo del divisor, de precisión30
Un pulsadorSu resistor a la alimentación o al negativo28
Un fusibleSu portafusibles, y uno o dos fusibles de repuesto33
Una pieza de montaje superficial, en protoboardSu placa adaptadora y una tira de pinesEste
Una pieza que disipa más de 1 WDisipador, tornillo y, si hace falta, aislante3
Una fuente que entra por un cableUn conector que no entre al revés, o una bornera33

La tabla se aplica hasta que no agregue nada. El MOSFET arrastra dos resistores; como va en montaje superficial, arrastra una placa adaptadora; la placa adaptadora arrastra una tira de pines. Tres pasadas para una sola pieza.

Y hay una última categoría que no acompaña a ninguna pieza en particular: lo que hace falta para armar. Cable de dos colores, estaño, la placa perforada, separadores. No está en el esquema, y su falta detiene el proyecto igual que la del MOSFET.

08 · Selección

Sustitutos

El modelo elegido no está disponible, o el vendedor ofrece «el equivalente». Decidir si sirve es volver a pasar la pieza ofrecida por los mismos requisitos, y la regla general cabe en una frase.

La segunda parte de esa frase es la que hace posible casi todas las sustituciones: tu diseño usa una fracción chica de lo que la pieza ofrece. Un BC547 que maneja 30 mA se puede reemplazar por casi cualquier transistor NPN chico, porque de sus 100 mA usás 30. El mismo BC547 manejando 70 mA tiene muchos menos reemplazos.

Sustituciones habituales. «Sirve» siempre supone la misma cápsula.
En lugar deOfrecen¿Sirve?Lo que hay que mirar
Resistor al 5 %El mismo valor, al 1 %SíNada
Resistor de 1/4 WEl mismo valor, de 1/2 WSíQue entre: es más grande
330 Ω para un LED390 ΩSíLa dirección segura del redondeo: menos corriente
Electrolítico de 470 µF, 25 V, de reserva1000 µF, 25 VSíEl tamaño. En un temporizado, no serviría
Electrolítico de 470 µF, 25 V470 µF, 16 VCon una fuente de 12 V, justoQueda al 75 %: dentro de lo admitido, sin holgura
Diodo 1N40011N4007SíNada: misma familia, más tensión
Diodo Schottky 1N58191N4007DependeEs lento y pierde más tensión: no en PWM, ni donde la caída importe
Diodo 1N40071N4148NoSoporta la quinta parte de la corriente
BC547BC337SíMismas patas, más corriente
BC5472N3904Sí, giradoLas patas están en el orden inverso
BC337, manejando 300 mABC547NoSu máximo es 100 mA
IRLZ44NIRFZ44NNo, con 5 V de mandoUna letra: la resistencia se garantiza recién con 10 V
Zumbador activoZumbador pasivoNoNecesita una señal que oscile
NTC de 10 kΩ, B 3950NTC de 10 kΩ, B 3435Con cambiosLa tabla de conversión del programa es otra
«Mejor» no siempre es más grande
Un MOSFET de más tensión suele tener más resistencia. Un capacitor de más capacidad es más grande y puede ser peor a alta frecuencia. Un diodo de más corriente tiene más capacidad propia. Se compara parámetro por parámetro, contra el requisito.
Las letras del final
En un código, los sufijos distinguen grupos de ganancia, cápsulas, rangos de temperatura o la forma de entrega. BC547A, B y C son tres rangos de ganancia. El mismo código base puede venir en dos cápsulas distintas.
Las patas, siempre
Dos piezas eléctricamente equivalentes pueden tener otro orden de patas, como en el Tema 2. Es el dato que más sustituciones arruina y el que ningún buscador filtra.
El sustituto se anota
En la lista, junto al modelo original, y antes de necesitarlo. Decidirlo en el mostrador, con el vendedor esperando, es decidirlo sin la hoja.

Para un programador, esto es compatibilidad de interfaz. Un reemplazo vale si cumple el contrato que el código que lo llama usa, no si es idéntico por dentro. Y el orden de las patas es la firma de la función: con los mismos tipos en otro orden, compila y no anda.

09 · Aplicación

La lista de materiales

Es el documento que sale del método, y tiene un nombre de oficio: en la industria se la llama BOM, por su sigla en inglés. Cada renglón es una pieza elegida, escrita de manera que otra persona, o vos dentro de seis meses, compre exactamente lo mismo.

Referencia
El nombre de la pieza en el esquema: R1, C2, Q1. Una letra por familia y un número. Es lo que une la lista con el esquema y con el montaje: «R3 calienta» es una frase que se puede buscar.
Descripción completa
Lo que decidieron los pasos 3 a 6: valor, tolerancia, límite y cápsula. Tiene que alcanzar para comprar la pieza sin conocer el proyecto.
Modelo y sustituto
El código elegido en el paso 7 y el reemplazo ya verificado. En las piezas comunes, «cualquiera» es una respuesta válida.
Función
Para qué está, en tres palabras. Es lo que permite decidir un sustituto sin rehacer el diseño.
La lista de materiales del extractor. Las letras habituales: R, resistor; C, capacitor; D, diodo; Q, transistor; F, fusible; J, conector.
Ref.Cant.DescripciónModeloSustitutoFunción
RT11NTC de 10 kΩ a 25 °C, B 3950, 1 %, con patas—Otro B, cambiando la tablaSensor
R1110 kΩ, 1 %, 1/4 W, película metálicaCualquiera—Divisor del sensor
C11100 nF, 50 V, cerámicoCualquiera—Filtro de la lectura
D11LED rojo, 5 mmCualquieraOtro color, recalculando R2Indicador
R21330 Ω, 5 %, 1/4 WCualquiera390 ΩLimita D1 a 4,5 mA
BZ11Zumbador activo, 5 V, 30 mA——Aviso
Q11NPN, 45 V, 100 mA, TO-92BC547BC337; 2N3904 giradoLlave de BZ1
R311,5 kΩ, 5 %, 1/4 WCualquiera1,2 kΩBase de Q1
D21Diodo de señal, 75 V, 0,2 A1N41481N4007Corte de BZ1
Q21MOSFET canal N, 30 V, garantizado a 2,5 V, SOT-23AO3400Otro de 30 V garantizado a 2,5 VLlave del extractor
—1Placa adaptadora de SOT-23 a patas, con tira de pines——Montar Q2
R41220 Ω, 5 %, 1/4 WCualquiera100 a 470 ΩCompuerta de Q2
R5110 kΩ, 5 %, 1/4 WCualquiera4,7 a 100 kΩApagado de Q2
D31Diodo Schottky, 40 V, 1 A1N58191N4007, si no hay PWMCorte del motor
C21100 nF, 50 V, cerámicoCualquiera—Ruido del motor
C31470 µF, 25 V, electrolíticoCualquiera1000 µF, 25 VReserva
F11 + 2Fusible lento, 500 mA, 5 × 20 mm——Protege motor y cables
—1Portafusibles para 5 × 20 mm——Montar F1
J1, J22Bornera de dos contactos, paso de 5 mm——Fuente y motor

La idea eran cinco cosas: un sensor, un extractor, un zumbador, un LED y una placa. La lista tiene diecinueve renglones. Los catorce que se agregaron son los que no llegan cuando el pedido se hace de memoria. Y las palabras en negrita son las cuatro que, de faltar, hacen llegar la pieza equivocada.

10 · Verificar

La revisión antes de pagar

La lista de control del primer encendido del Tema 33 tiene su par en este momento. Es la última oportunidad de encontrar un error cuando corregirlo todavía es gratis.

Lista de control del pedido.
PreguntaQué encuentra
¿Cada referencia del esquema tiene su renglón, y cada renglón su referencia?Piezas olvidadas, y piezas que sobran
¿Cada descripción alcanza para comprar sin conocer el proyecto?El «capacitor de 470» y el «MOSFET 44»
¿Se aplicó la tabla de lo que cada pieza arrastra, hasta que no agregó nada?El diodo, el portafusibles, la placa adaptadora
¿Cada límite se comparó con el peor caso, con margen?El capacitor de 10 V en una fuente de 12
¿Cada pieza se puede montar donde va?La pieza de montaje superficial para la protoboard
¿Está descargada la hoja de cada semiconductor, y mirado el orden de sus patas?La letra de diferencia; las patas invertidas
¿Lo que el vendedor publica coincide con el renglón, parámetro por parámetro?El título que dice una cosa y la ficha otra
¿Hay repuestos de lo que se puede dañar al montar?El segundo viaje por una pieza de centavos
¿Está lo que hace falta para armar?El cable, el estaño, la placa

Cuántas unidades

El Tema 5 dio la regla general: un 10 a 20 % de repuesto, y no el doble. Aplicada renglón por renglón, depende de dos cosas: cuánto cuesta la pieza y qué tan fácil es dañarla.

Repuestos por tipo de pieza.
PiezaPedirPorque
Resistores, cerámicos, diodos comunesLa decena, o la tiraSueltos cuestan casi lo mismo, y pasan a la base del taller
Semiconductores que se manejan con cuidado: MOSFET, integradosUno másSensibles a la estática y a un error de conexión
Piezas de montaje superficialDos o tres másSe pierden, se sobrecalientan al soldar
FusiblesDos másSu función es fundirse
Sensores y actuadoresLos justosSon lo más caro, y se prueban antes de montar

11 · Simulador

Buscador paramétrico

Un catálogo de doce llaves: cuatro transistores bipolares y ocho MOSFET, en tres cápsulas. Cargá los requisitos y mirá cuáles pasan, y por qué no pasa cada una de las otras.

  • Cada fila es una pieza del catálogo; cada columna, un requisito.
  • Una casilla verde cumple; una roja no. Adentro está el dato de la pieza que se comparó.
  • Las filas resaltadas pasan los cinco filtros.
  • El precio es relativo: el BC547 vale 1.
SIMULADOR 34

Doce candidatas, cinco filtros

Catálogo de doce llaves filtrado por cinco requisitos Tabla de doce transistores con una casilla por cada requisito: mando, corriente, tensión, calor y cápsula. Las casillas indican si la pieza cumple y con qué dato.
Pasan los cinco filtros
La más barata que pasa
El filtro que más descarta
Si no pasa ninguna

Recorrido guiado (10 minutos)

  1. 1
    Mirá el estado inicial.

    Es la llave del extractor, con el requisito de la protoboard: no pasa ninguna. Leé por qué cae cada grupo: los bipolares chicos por lo que le piden a la salida, el Darlington por calor, los MOSFET con patas por el mando.

  2. 2
    Cambiá el montaje a «cualquiera».

    Aparecen dos, las dos en SOT-23. Una tercera, también garantizada a 2,5 V, cae por tensión: soporta 20 V y se piden 24.

  3. 3
    Volvé a la protoboard y cambiá el mando a 5 V.

    Pasan tres MOSFET con patas. Es el otro requisito que se podía ceder: la placa. El IRFZ44N sigue afuera.

  4. 4
    Subí el mando a 12 V.

    Recién ahora pasa el IRFZ44N. Poné el montaje en «cualquiera»: los tres SOT-23 caen por el mando. Su compuerta soporta 12 V como máximo, y no queda margen.

  5. 5
    Mando de 3,3 V, carga de 30 mA y 5 V, protoboard.

    El zumbador. Pasan los cuatro bipolares, y los MOSFET con patas siguen afuera. La más barata es el BC547.

  6. 6
    Subí la corriente a 200 mA.

    El BC547 cae por corriente. El BC337 y el 2N2222 pasan, pidiendo a la salida 10 mA: justo en el tope. El Darlington también, pidiendo menos de 1 mA.

  7. 7
    Mando de 5 V, 1,5 A, y subí la carga a 24 V.

    Caen los MOSFET de 30 V. Quedan los de 55 y 60 V. Un requisito que parecía cumplido de sobra descarta piezas al cambiar la fuente.

  8. 8
    Volvé al estado inicial y quitá los márgenes.

    Sigue sin pasar ninguna con patas. Con montaje «cualquiera», ahora pasa también la de 20 V, trabajando al 60 % de su tensión. Es lo que se gana cediendo el margen: una candidata más, que no hacía falta.

Preguntas para pensar

  1. En el paso 1, ¿por qué el IRLZ44N, «de nivel lógico» y capaz de 47 A, no pasa?
  2. En el paso 3, pasan tres. ¿Con qué criterio elegirías una?
  3. En el paso 8, ¿qué riesgo concreto tiene la pieza que entró al quitar los márgenes?
Ver respuestas sugeridas
  1. Porque «de nivel lógico» significa garantizado a 4 o 5 V, y el mando es de 3,3 V. Con esa tensión probablemente encienda, pero la hoja no promete cuánto: es el caso del Tema 22. Los 47 A no compensan nada: es un parámetro del que el diseño usa el 3 %, mientras que el que falla es el único que se usa al límite. Una pieza no se elige por su mejor número.
  2. Las tres cumplen: la diferencia de resistencia entre ellas, a 1,5 A, son centésimas de watt. Deciden la que ya tengas, la más común y el precio, en ese orden. El IRLZ44N es el que aparece en el resto del curso y en la mayoría de los proyectos publicados: es el que vas a volver a conseguir. Elegir la de 16 mΩ sobre la de 25 por tener «mejor número» no cambia nada medible.
  3. Una fuente de 12 V no entrega exactamente 12 V: en vacío puede dar 13, y al cortar un motor aparecen picos por encima, aun con el diodo, por la inductancia de los cables. Con 20 V de máximo quedan 7 V para todo eso. Lo más probable es que funcione en la mesa durante meses. La falla aparece un día, con un cable más largo o una fuente distinta, y en una pieza que ya nadie sospecha.

12 · El método en código

Redondear, filtrar y revisar

Python en tu navegador. Los bloques son editables: cambiá los valores y presioná «Ejecutar Python».

Del valor calculado al valor de serie

import math

E12 = (1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2)
E24 = (1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0,
       3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1)


def de_serie(valor, hacia, serie=E12):
    """hacia: 'arriba', 'abajo' o 'cerca'. Devuelve el valor de la serie."""
    decada = 10 ** math.floor(math.log10(valor))
    posibles = [round(m * decada * f, 6) for f in (0.1, 1, 10) for m in serie]
    abajo = max(p for p in posibles if p <= valor * 1.0001)
    arriba = min(p for p in posibles if p >= valor * 0.9999)
    if hacia == "arriba":
        return arriba
    if hacia == "abajo":
        return abajo
    return abajo if valor - abajo <= arriba - valor else arriba


V_PLACA = 3.3
r_led = de_serie((V_PLACA - 1.8) / 0.005, "arriba")
print(f"LED: calculado {(V_PLACA - 1.8) / 0.005:.0f} ohm -> {r_led:.0f} ohm -> {(V_PLACA - 1.8) / r_led * 1000:.1f} mA reales")

r_base = de_serie((V_PLACA - 0.7) / (0.030 / 20), "abajo")
print(f"Base: calculado {(V_PLACA - 0.7) / (0.030 / 20):.0f} ohm -> {r_base:.0f} ohm -> "
      f"{(V_PLACA - 0.7) / r_base * 1000:.2f} mA de base")

for calculado in (412, 1733, 5230):
    print(f"{calculado:>5}: E12 {de_serie(calculado, 'cerca'):.0f} "
          f"({(de_serie(calculado, 'cerca') / calculado - 1) * 100:+.1f} %)   "
          f"E24 {de_serie(calculado, 'cerca', E24):.0f} "
          f"({(de_serie(calculado, 'cerca', E24) / calculado - 1) * 100:+.1f} %)")

Cambiá V_PLACA a 5. ¿Qué resistores de la lista cambian de valor?

La búsqueda paramétrica

El filtro del simulador, sobre los ocho MOSFET del catálogo. Cada requisito es una condición, y la función dice cuál descartó a cada pieza.

CATALOGO = {    # modelo: (volts, cápsula, {tensión de mando: ohm garantizados}, precio relativo)
    "2N7000":    (60, "TO-92",  {4.5: 5.3, 10: 5.0}, 2),
    "IRLZ44N":   (55, "TO-220", {4: 0.035, 5: 0.025, 10: 0.022}, 12),
    "IRFZ44N":   (55, "TO-220", {10: 0.0175}, 9),
    "IRLB8721":  (30, "TO-220", {4.5: 0.016, 10: 0.0087}, 11),
    "FQP30N06L": (60, "TO-220", {5: 0.045, 10: 0.035}, 12),
    "IRLML2502": (20, "SOT-23", {2.5: 0.080, 4.5: 0.045}, 4),
    "AO3400":    (30, "SOT-23", {2.5: 0.052, 4.5: 0.032, 10: 0.0265}, 2),
    "IRLML6344": (30, "SOT-23", {2.5: 0.037, 4.5: 0.029}, 5),
}
DISIPA = {"TO-92": 0.5, "SOT-23": 0.7, "TO-220": 2.0}       # watts, sin disipador


def buscar(v_mando, amperes, v_carga, capsulas, mostrar_descartes=True):
    pasan = []
    for modelo, (volts, capsula, ohms, precio) in CATALOGO.items():
        garantizadas = [v for v in ohms if v <= v_mando]
        if capsula not in capsulas:
            motivo = f"cápsula {capsula}"
        elif not garantizadas:
            motivo = f"garantizado recién desde {min(ohms)} V"
        elif volts < 2 * v_carga:
            motivo = f"soporta {volts} V y se piden {2 * v_carga}"
        else:
            watts = amperes ** 2 * ohms[max(garantizadas)] * 1.5
            if watts > DISIPA[capsula] / 2:
                motivo = f"disiparía {watts:.2f} W"
            else:
                pasan.append((precio, modelo, watts))
                continue
        if mostrar_descartes:
            print(f"   descartado {modelo:10} {motivo}")
    for precio, modelo, watts in sorted(pasan):
        print(f"   PASA       {modelo:10} {watts * 1000:4.0f} mW, precio {precio}")
    return [modelo for _, modelo, _ in sorted(pasan)]


print("Extractor, 3,3 V de mando, en protoboard:")
if not buscar(3.3, 1.5, 12, ("TO-92", "TO-220")):
    print("   -> ninguna: hay que ceder un requisito")
print("\nCediendo la cápsula:")
buscar(3.3, 1.5, 12, ("TO-92", "TO-220", "SOT-23"))
print("\nCediendo la placa: 5 V de mando, en protoboard:")
buscar(5, 1.5, 12, ("TO-92", "TO-220"), mostrar_descartes=False)

Agregá al catálogo un MOSFET que encuentres en un buscador real, con los datos de su hoja, y fijate si pasa.

Revisar la lista antes de pagar

Dos de las preguntas de la lista de control, automatizadas: si cada renglón dice lo que tiene que decir, y si está lo que cada pieza arrastra. La lista de ejemplo es la de la escena.

DEBE_DECIR = {      # qué datos necesita el renglón de cada familia
    "resistor": ("valor", "tolerancia", "potencia"),
    "capacitor": ("valor", "tension", "tipo"),
    "mosfet": ("modelo", "capsula", "mando"),
    "bipolar": ("modelo", "capsula"),
    "diodo": ("modelo",),
    "fusible": ("valor", "velocidad", "medida"),
    "motor": ("tension", "bloqueo"),
}
ARRASTRA = {        # qué funciones tienen que estar cubiertas por otro renglón
    "mosfet": ("resistor de compuerta", "resistor de apagado"),
    "bipolar": ("resistor de base",),
    "motor": ("diodo en paralelo", "capacitor sobre el motor", "capacitor de reserva", "fusible"),
    "fusible": ("portafusibles",),
    "SOT-23": ("placa adaptadora",),
}


def revisar(lista):
    """lista: renglones (referencia, familia, datos, función que cumple)."""
    cubiertas = {funcion for _, _, _, funcion in lista}
    observaciones = 0
    for referencia, familia, datos, _ in lista:
        faltan = [campo for campo in DEBE_DECIR.get(familia, ()) if campo not in datos]
        if faltan:
            print(f"   {referencia}: el renglón no dice {', '.join(faltan)}")
        pedidas = ARRASTRA.get(familia, ()) + ARRASTRA.get(datos.get("capsula"), ())
        sin_cubrir = [funcion for funcion in pedidas if funcion not in cubiertas]
        if sin_cubrir:
            print(f"   {referencia}: falta en la lista {', '.join(sin_cubrir)}")
        observaciones += len(faltan) + len(sin_cubrir)
    print(f"   {observaciones} observaciones: {'se puede pagar' if observaciones == 0 else 'todavía no'}\n")


de_memoria = [
    ("M1", "motor", {"tension": 12}, "carga"),
    ("Q2", "mosfet", {"modelo": "el 44"}, "llave"),
    ("C3", "capacitor", {"valor": "470 uF"}, "capacitor de reserva"),
    ("R1", "resistor", {"valor": "10 k"}, "divisor del sensor"),
    ("F1", "fusible", {"valor": "500 mA"}, "fusible"),
]
print("El pedido de la escena:")
revisar(de_memoria)

con_metodo = [
    ("M1", "motor", {"tension": 12, "bloqueo": 1.5}, "carga"),
    ("Q2", "mosfet", {"modelo": "AO3400", "capsula": "SOT-23", "mando": 2.5}, "llave"),
    ("A1", "adaptador", {}, "placa adaptadora"),
    ("R4", "resistor", {"valor": "220", "tolerancia": "5 %", "potencia": "1/4 W"}, "resistor de compuerta"),
    ("R5", "resistor", {"valor": "10 k", "tolerancia": "5 %", "potencia": "1/4 W"}, "resistor de apagado"),
    ("D3", "diodo", {"modelo": "1N5819"}, "diodo en paralelo"),
    ("C2", "capacitor", {"valor": "100 nF", "tension": 50, "tipo": "cerámico"}, "capacitor sobre el motor"),
    ("C3", "capacitor", {"valor": "470 uF", "tension": 25, "tipo": "electrolítico"}, "capacitor de reserva"),
    ("F1", "fusible", {"valor": "500 mA", "velocidad": "lento", "medida": "5 x 20"}, "fusible"),
    ("XF1", "portafusibles", {}, "portafusibles"),
]
print("La parte del extractor, con el método:")
revisar(con_metodo)

Agregá a con_metodo el zumbador con su BC547. La función dice qué falta: agregá una regla a ARRASTRA para que también pida el diodo.

13 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Primero elijo la pieza y después veo si sirve»

Así se llega a un modelo que no existe en la cápsula que hace falta, o que no enciende con la tensión de mando. Primero los requisitos; el modelo es el paso 7 de 8.

«Elijo la de mejores números»

Los números que el diseño no usa no aportan nada. Entre las que cumplen, deciden la que ya tenés, la más común y el precio.

«Redondeo al valor más cercano»

Se redondea hacia el lado seguro, que depende de la función: hacia arriba un limitador, hacia abajo un resistor de base.

«Si es equivalente, es igual»

Sirve si cumple tus requisitos y tiene las mismas patas. Dos piezas «equivalentes» pueden tener colector y emisor intercambiados.

«El buscador ya me dio el modelo»

Dio candidatas, con un resumen de cada una. La condición de cada dato y el orden de las patas están en la hoja, que se abre antes de comprar.

«La lista son las piezas del esquema»

Son esas, más lo que cada una arrastra, más lo que hace falta para armar. En el proyecto del tema, de cinco ideas salieron diecinueve renglones.

«Un renglón corto alcanza: yo sé lo que quise decir»

Hoy. Dentro de seis meses, o para quien haga el pedido, «capacitor de 470» admite cuatro tensiones y dos tecnologías.

«Si no pasa ninguna, bajo el margen»

Es lo último que se cede. Antes, la cápsula, la cantidad de piezas o algún dato del proyecto.

14 · Práctica guiada

Ejercicios

Ejercicio 1: escribir los requisitos

«Quiero prender una tira de LED de 12 V desde una placa de 5 V.» Escribí qué datos faltan para poder buscar la llave, y de dónde sacarías cada uno.

Ver solución razonada

Faltan cuatro. La corriente de la tira: de su etiqueta, en watts por metro, multiplicada por el largo y dividida por 12 V; o medida. Si se va a regular el brillo con PWM: cambia el diodo y la exigencia sobre la llave. El montaje: protoboard, placa perforada o circuito impreso. El ambiente: no es lo mismo al aire que dentro de un perfil cerrado. Con una tira de 2 m y 14 W por metro: 28 W ÷ 12 V = 2,3 A. Los requisitos quedan: mando de 5 V, 2,3 A, 24 V o más, y la cápsula que corresponda.

Ejercicio 2: redondear

Llevá a la serie E12, justificando la dirección: un resistor para un LED azul de 3,0 V a 10 mA desde 5 V; el resistor de base de un BC337 que maneja 150 mA desde una salida de 5 V; un capacitor de reserva que calculaste en 680 µF para una fuente de 9 V.

Ver solución razonada

LED: (5 − 3) ÷ 0,01 = 200 Ω. Hacia arriba: 220 Ω, que da 9,1 mA. Base: 150 mA ÷ 20 = 7,5 mA; (5 − 0,7) ÷ 0,0075 = 573 Ω. Hacia abajo: 560 Ω, que da 7,7 mA, dentro del tope de 10 mA. Capacitor: 680 µF existe en la serie, pero los electrolíticos se consiguen sobre todo en 470 y 1000: hacia arriba, 1000 µF. Y su tensión: 9 × 2 = 18 V, hacia arriba, 25 V.

Ejercicio 3: sustitutos

Decí si sirve, y qué mirarías: un 1N5822, de 40 V y 3 A, en lugar del 1N5819; un BC548, de 30 V, en lugar del BC547 del zumbador; un capacitor de 470 µF y 50 V en lugar del de 25 V; un resistor de 10 kΩ al 5 % en lugar de R1.

Ver solución razonada

1N5822: sirve. Misma tensión, más corriente. Es más grande y de patas más gruesas: hay que ver que entre. BC548: sirve. El zumbador trabaja con 5 V, y 30 V sigue siendo seis veces más. Mismas patas. 470 µF, 50 V: sirve, si entra: es bastante más grande. 10 kΩ al 5 %: no para R1. Es el resistor del divisor del sensor, el único de la lista cuyo valor decide el resultado. En R5, que también es de 10 kΩ, serviría sin problemas.

Ejercicio 4: completar lo que arrastra

La idea: «una placa de 5 V, un relé de 5 V que conecta una lámpara, y un pulsador para encenderla». Escribí la lista completa aplicando la tabla.

Ver solución razonada

El relé es una bobina de unos 70 mA: necesita una llave, y la llave un BC547 con su resistor de base; como es bobina, un diodo en paralelo; y como no tiene que activarse solo mientras la placa arranca, un resistor de base a emisor. El pulsador arrastra su resistor al negativo o a la alimentación, y si el cable es largo, un resistor en serie con la entrada. La lámpara es otro circuito: su fusible con portafusibles, y borneras para sus cables. Un 100 nF junto a la placa. De tres ideas, alrededor de doce renglones. Y si la lámpara es de la red eléctrica, valen todas las advertencias del Tema 25.

Ejercicio 5: en el simulador

Buscá la llave para un relé de 5 V y 71 mA con una placa de 3,3 V, en protoboard. Después, para una bomba de 24 V y 5 A con una placa de 5 V. ¿Cuántas pasan en cada caso, y cuál elegirías?

Ver solución razonada

Relé: con 200 mA como valor más cercano por encima, pasan el BC337, el 2N2222 y el Darlington. Con la corriente real de 71 mA pasaría también el BC547, que es el que eligió el Tema 24: el simulador solo ofrece cuatro corrientes, y redondear el requisito hacia arriba descarta una pieza que servía. Vale como advertencia: los requisitos se escriben con el número real. Bomba: con 5 V, 5 A y 24 V pasa una sola, el IRLZ44N. El otro MOSFET de nivel lógico de 60 V cae por calor: con 45 mΩ disiparía 1,7 W. El de 30 V y los SOT-23 caen por tensión. Cuando pasa una sola no hay sustituto: conviene pedir una unidad de más, y anotar que a esa corriente ya vale la pena un disipador chico.

Ejercicio 6: una búsqueda real

Entrá al buscador de un distribuidor y buscá un MOSFET para el extractor: canal N, 30 V o más, garantizado a 2,5 V, SOT-23, con existencias. Anotá cuántos quedan después de cada filtro, y abrí la hoja del primero.

Qué mirar en el resultado

El orden en que caen: la categoría deja miles; la cápsula, cientos; la condición de mando, decenas. Fijate cómo llama ese buscador a la condición de mando, porque cambia de un sitio a otro. En la hoja del primero, buscá tres cosas: la fila de la resistencia con su condición de 2,5 V, el máximo de la compuerta, y el dibujo con el orden de las patas. Si alguna de las tres no coincide con lo que mostraba el buscador, encontraste la razón por la que el paso 6 de la búsqueda existe.

Ejercicio 7: tu propia lista

Tomá un proyecto que quieras armar. Escribí su tabla de requisitos, pasá cada pieza por los ocho pasos, armá la lista de materiales con sus seis columnas y aplicale la lista de control.

Qué mirar en el resultado

Contá cuántos renglones tenía la idea y cuántos tiene la lista: la diferencia es lo que habrías olvidado. Marcá en qué paso te detuviste más con cada pieza, porque es donde ese tipo de pieza concentra su dificultad. Y dásela a leer a otra persona: cada pregunta que te haga sobre un renglón es un dato que le falta a la descripción.

15 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Antes de buscar una pieza, se escriben los requisitos con números, en el peor caso. El montaje y el ambiente también son requisitos.
  • Ocho pasos: función, familia, valor, tipo, límites, cápsula, modelo y lo que arrastra. El modelo es el séptimo.
  • El valor calculado se lleva a la serie hacia el lado seguro, y la cuenta se rehace con el valor real.
  • La tolerancia se paga solo donde el valor de la pieza decide el resultado.
  • La búsqueda paramétrica filtra primero por lo que no se negocia, y los límites como rangos.
  • Si no pasa ninguna, se cede un requisito: la cápsula antes que el margen.
  • Si pasan muchas, deciden la que ya tenés, la más común y el precio.
  • Casi ninguna pieza funciona sola: la tabla de lo que arrastra se aplica hasta que no agregue nada.
  • Un sustituto sirve si es igual o mejor en lo que el diseño usa, e idéntico en cápsula y patas.
  • La lista de materiales tiene referencia, cantidad, descripción completa, modelo, sustituto y función, y se revisa entera antes de pagar.

¿Listo para el Tema 35?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

  • Enumerar los ocho pasos, en orden.
  • Decir hacia dónde se redondea el resistor de un LED y el de una base, y por qué.
  • Explicar por qué dos resistores de 10 kΩ de la misma lista pueden no ser intercambiables.
  • Decir qué requisito se cede primero cuando el filtro devuelve cero, y cuál último.
  • Nombrar lo que arrastra un MOSFET, un motor y un fusible.
  • Enunciar la regla de los sustitutos.
  • Decir qué columnas tiene una lista de materiales.

Con el método y la lista, queda una sola cosa: usarlos de punta a punta. Un proyecto chico y completo, desde los requisitos hasta el dictamen: sensa, indica y conmuta, con su lista de materiales, sus predicciones, su montaje por etapas y sus mediciones. En el próximo tema, el proyecto integrador.