ELECTRÓNICA BÁSICA EN AUTOMOCIÓN

Acrónimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Red de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1. Energ´ýa de a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Bater´ýas 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 veh´ýculo . . . . . . . . . . . . 6
1.4.2. Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.3. Ejemplos consumos de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.1. Resistencia espec´ýfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2. Potencia media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3. Temperatura m´axima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.4. Resistencia t´ermica de una resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.5. Carga pulsante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.6. Tensi´on m´axima 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 t´ermico Johnson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2. Resistencias de montaje superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.1. Resistencias de pel´ýcula gruesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.2. Resistencias de pel´ýcula fina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.3. Resistencias de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.4. Resistencias shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.5. Potenci´ometros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 instrumentaci´on para simular un turbocargador . . . . . 45
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4. Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1. Dise?no de condesadores con simetr´ýas sencillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.1. Ley de Gauß. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.1.2. Capacidad de una ´unica carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.3. Condensador de placas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.4. Condensador cil´ýndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.5. Condensador esf´erico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2. Configuraci´on en serie y en paralelo de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2.1. Conexi´on en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.2. Conexi´on en serie de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3. Condensadores cer´amicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4. Condensadores electrol´ýticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.1. Condensadores de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.2. Condensador de t´antalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.4.3. Condensador de Niobio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.4.4. Condensadores con pol´ýmero de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5. Condensadores de folio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5.1. Dimensionamiento y propiedades el´ectricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.5.2. Condensadores de folio de poli´ester (MKT) . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.3. Condensadores de folio de polipropileno (MKP) . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.4. Materiales t´ýpicos 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 saturaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.2.1. Offset de tensi´on de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2.2. Corrientes par´asistas de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.3. Circuitos t´ýpicos con amplificadores operacionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.3.1. Seguidor de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 logar´ýtmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.3.10. Potenciador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.3.11. Medida de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3.12. Detector cambio de direcci´on de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.3.13. Amplificadores de instrumentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.4. Comparadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.5. Amplificadores operacionales y comparadores t´ýpicos . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7. Reguladores de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.1. Reguladores de tensi´on 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. Alimentaci´on en microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.1.6. Doblador de tensi´on con condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.2. Reguladores de tensi´on alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8. Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.1. Filtro paso alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.2. Filtro paso bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
8.2.1. Resoluci´on mediante la transformada de Laplace . . . . . . . . . . . . . 163
8.2.2. Resoluci´on 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 te´orico de la estabilidad de una fuente conmutada . . . . . . . . . . . . . 179
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
10. Osciladores y circuitos con osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
10.1. Resonadores cer´amicos y osciladores de cuarzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.1.1. Circuitos t´ýpicos de oscilaci´on usados con microcontroladores . 186
10.1.2. Factor de seguridad de oscilaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Configuraci´on 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 energ´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.1. Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
11.2. Configuraci´on High Side y Low Side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
11.3. C´alculo de la potencia disipada en un MOSFET para distintos tipos de
cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.3.1. C´alculo de potencia con carga resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.3.2. C´alculo de potencia cuando la carga es inductiva . . . . . . . . . . . . . 212
11.3.3. MOSFET trabajando en la zona de saturaci´on y en la zona lineal 222
11.4. Energ´ýa soportada en un MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
11.4.1. C´alculo mediante Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
11.4.2. C´alculo de energ´ýa mediante balances de energ´ýa . . . . . . . . . . . . . 232
11.4.3. Energ´ýa 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 buj´ýas con IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.10. C´alculo de potencia en drivers integrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
11.10.1. C´alculo de potencia consumida por los drivers . . . . . . . . . . . . . . . 259
11.11.Motores con escobillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
12. Cálculos t´ermicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.1. Equilibrio termodin´amico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.2. Conducci´on de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.3. Convecci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
12.3.1. Determinaci´on del coeficiente de convecci´on mediante el
n´umero de Nusselt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
12.4. Radiaci´on t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
12.5. Convecci´on y radiaci´on t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
12.6. Comportamiento t´ermico dentro de una caja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
12.7. Temperatura para distintas fuentes de calor dentro de un PCB . . . . . . . . . . 287
12.7.1. C´alculos aproximados orientativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
12.7.2. M´etodos aproximados de estimaci´on de la temperatura en la
uni´on para distintas fuentes de calor dentro de un mismo PCB. . 289
12.8. Capacidad t´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.9. Esquemas t´ermicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.9.1. An´alisis capacidad t´ermica radiador mediante Laplace . . . . . . . . 300
12.9.2. Simulaci´on t´ermica 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 tecnolog´ýas r´ýgidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
13.1.1. Propiedades f´ýsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
13.1.2. Acabados de la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
13.1.3. V´ýas t´ermicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 m´axima admisible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
13.4. TFT (Thick Film Technology) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
13.4.1. Corriente m´axima permitida en las pistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
13.4.2. Corriente m´axima en los bondings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
13.4.3. C´alculo de la resistencia t´ermica para distintas c´apsulas . . . . . . . 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 electromagn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
14.1. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
14.1.1. Espectro electromagn´etico de las se?nales m´as comunes . . . . . . . . 367
14.1.2. Series de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
14.1.3. Pulso cuadrado ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
14.1.4. Se?nal trapezoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
14.2. Instrumentos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
14.3. Red de estabilizaci´on 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. C´amaras para ensayos de compatibilidad electromagn´etica . . . . . . . . . . . . 379
14.7.1. C´amaras anecoicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
14.7.2. C´amaras reverberantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.8. Emisiones radiadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.8.1. Medidas electromagn´eticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
14.9. Ensayos de inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
14.9.1. Radiaci´on electromagn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
14.9.2. Inmunidad magn´etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 radiaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
14.12.4. Fuentes conmutadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
15. Ensayos el´ectricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
15.1. Test de inversi´on 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 electrost´aticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1. ESD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1.1. C´alculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.1.2. Resoluci´on mediante ecuaciones diferenciales . . . . . . . . . . . . . . . . 417
16.1.3. Resoluci´on 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. Teor´ýa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
17.1.1. Transformaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
17.1.2. Transformada inversa de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.3. Linearidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.4. Derivada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
17.1.5. Translaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
17.1.6. Integraci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
17.1.7. Convoluci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 realimentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
17.3. Correspondencias importantes entre el dominio temporal y el de la
frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
17.3.1. Funci´on Delta Dirac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
17.3.2. Funci´on escal´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
17.3.3. Funci´on exponencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
17.3.4. Funci´on tn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
17.3.5. Funci´on coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
17.3.6. Funci´on amortiguada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
17.3.7. Resumen transformadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
17.3.8. Aplicaciones pr´acticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
17.3.9. Carga de condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
17.3.10. Sobretensi´on en el apagado debido a un circuito R L C . . . . . . . . 442
17.3.11. Descarga r´apida regenerativa de una v´alvula proporcional . . . . . . 445
17.3.12. Carga de un filtro de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
17.4. Resoluci´on de problemas de Laplace con Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
17.4.1. Representaci´on del diagrama de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
17.4.2. Respuesta a un escal´on de tensi´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
17.5. Uso de Laplace en Mathcad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
18. Buses e interfaces de comunicaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1. Buses circuiter´ýa a bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1.1. CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
18.1.2. LIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
18.2. Interfaces de comunicaci´on 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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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'.