Protección de entradas

01 · Punto de partida

El pin vale más que el descuido

Un cable a 12 V por error, una pila al revés, una chispa de los dedos (kV de ESD): la entrada de 5 V muere en milisegundos sin defensa. Tres piezas baratas la salvan —serie que limita, clamp que recorta, Zener/TVS que absorbe— si están dimensionadas, no decorativas.

Este tema dimensiona cada una con corriente y potencia, y deja la red completa lista para copiar.

• ¿Qué amenaza cubre cada pieza?
• ¿Cómo se calcula la serie limitadora?
• ¿Clamp a rieles o Zener a masa?
• ¿Cómo verifico sin romper nada?

02 · Serie + clamp

Recortar a rieles con 1 mA de criterio

Dos Schottky (a 5 V y a GND) + serie R: lo normal pasa intacto; lo que excede se deriva a rieles con ~0,3 V de más. Diseño: R = (Vfalla − 5,3)/Iclamp con Iclamp ≤ 1 mA (diodos internos del micro agradecen).

Con 10k la señal normal (µA del ADC) ni se entera: la serie solo existe para la falla. Protección que no molesta en uso normal.

03 · Zener y TVS

Cuando el clamp no alcanza

Zener 5,1 V a masa

Clava sobretensiones sostenidas (fuente equivocada) disipando (V−5,1)²/R... con su serie calculada. Lento pero robusto para DC.

TVS (supresor)

Zener superveloz para transitorios (ns): ESD, picos de conmutación, inducción. No para continua (se cocina).

Diodo serie en fuente

Contra inversión total del proyecto (recap curso 3, Tema 16): 0,7 V de peaje que salvan todo.

Combinación completa

Serie + clamp a rieles + Zener/TVS a masa: cada uno ataja su amenaza. En entradas expuestas (cables largos), las tres.

04 · ESD

Dedos de kilovoltios

Caminar y tocar puede descargar kV en nanosegundos: el TVS + serie la absorben; sin ellos, el óxido de compuerta se perfora en silencio y el pin “raro” aparece semanas después. Hábitos: masa antes de tocar, placas en bolsa antiestática, no frotar plásticos cerca.

05 · Protección en código

Dimensionar serie y Zener

Dada la falla esperada: serie, potencias y veredicto contra diodos internos (1 mA):

def disenar_proteccion(v_falla, v_clamp=5.3, i_clamp_max_ma=1.0):
    r = (v_falla - v_clamp) / (i_clamp_max_ma / 1000)
    print(f"Falla {v_falla}V: serie >= {r:.0f} ohm (E12 hacia arriba)")
    return r


def verificar_zener(v_falla, vz=5.1, r_ohm=10000):
    i = (v_falla - vz) / r_ohm
    print(f"I={i*1000:.1f}mA P_R={(v_falla-vz)*i*1000:.0f}mW Pz={vz*i*1000:.0f}mW")
    return i


disenar_proteccion(12)
disenar_proteccion(24)
verificar_zener(24)

Con falla 12 V: ¿qué serie da? ¿Y con Zener 5,1 V + 10k ante 24 V?

Auditoría de entradas

Revisar cada pin expuesto del proyecto:

def auditar_entrada(nombre, tiene_serie, tiene_clamp, mundo="banco"):
    nota = 0
    if tiene_serie:
        nota += 1
    if tiene_clamp:
        nota += 1
    print(f"{nombre} ({mundo}): {'OK' if nota == 2 else 'INCOMPLETA: agregar ' + ('serie' if not tiene_serie else 'clamp')}")
    return nota == 2


auditar_entrada("NTC", True, True)
auditar_entrada("pulsador largo", False, False, "cables por la casa")

06 · Analogía programador

Validación en frontera

1. 1
   Serie = rate limit.

   Limita el daño por unidad de tiempo aunque el ataque sea grande.

2. 2
   Clamp = sanitizar.

   Recorta a rango válido: como validar 0–5 antes de procesar.

3. 3
   TVS = WAF.

   Frena lo brutal en nanosegundos; lo sostenido lo atiende el diseño (Zener/fusible).

07 · Exploración

Laboratorio: elegir la defensa

Elegí la amenaza: el laboratorio da protección, dimensionado y verificación para tu entrada.

Preguntas para explorar

1. ¿Por qué la serie de 10k no sirve contra inversión de fuente?
2. ¿Qué protege contra 24 V sostenidos: clamp o Zener?
3. ¿Qué defensa pondrías en un cable de 10 m al exterior?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de defensa

Ejercicio 1: serie para 24 V

Con disenar_proteccion(24): ¿R mínima? Elegí E12 hacia arriba y calculá I real. ¿P en R?

Ejercicio 2: Zener ante 24 V

Con verificar_zener(24) (10k + 5,1 V): ¿I? ¿P_R? ¿Pz? ¿Aguanta sostenido?

Ejercicio 3: auditar tu NTC

Ejecutá auditar_entrada() con tu divisor NTC real (serie 1k + clamp?). ¿Verde? ¿Qué agregarías?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Entradas blindadas. Ahora, a multiplicar señales pequeñas: en el próximo tema, puente de Wheatstone.