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¿Cómo aprender el diseño de PCB? Guía de bricolaje Kicad 2023

Vistas: 730 Escrito por: Editor del sitio Hora de publicación: 2023-03-20 Origen: Planta

En esta serie, explicaré el procedimiento básico para hacer una placa de circuito impreso (PCB) utilizando el software gratuito de código abierto (OSS) "KiCad". 

Diseño de PCB

Esta es la tercera entrega de la serie, por lo que ingresaremos el diagrama del circuito y diseñaremos el diseño de la placa.

KiCad tiene un editor de esquemas llamado "Eeschema" y un editor de diseño de placa de circuito llamado "Pcbnew". Esta vez, utilizaremos estas poderosas herramientas para diseño de placas de circuito impreso y crear "datos de Gerber" para enviar a los fabricantes de placas de circuitos. 

El envío de estos datos de Gerber al fabricante de la placa se denomina "dibujo". En este artículo, explicaré el procedimiento específico para la impresión.

Principio de funcionamiento del multivibrador astable

El principio de funcionamiento de este circuito se explica brevemente a continuación. No está directamente relacionado con cómo operar KiCad, por lo que puede omitirlo. Aun así, si entiendes el principio de cómo funcionan los circuitos electrónicos, creo que te divertirás mucho más fabricando los tuyos propios.

Un multivibrador astable contiene dos transistores (transistores bipolares), "Q1" y "Q2". Dado que estos transistores se encienden alternativamente, los LED "D1" y "D2" conectados a sus respectivos colectores parpadean alternativamente. 

El período en el que el LED parpadea depende de la constante de tiempo de la resistencia "R2" y el capacitor "C1" conectados a la base (B) de Q1 y la constante de tiempo de la resistencia "R3" y el capacitor "C2" conectados a la base de Q2. Está determinada por la constante de tiempo. 

Colocando un símbolo de transistor

Haga clic en el área de dibujo en el editor de esquemas para activarlo, luego presione la tecla [a] en su teclado. Espere un momento mientras se carga la biblioteca de símbolos esquemáticos. También puede hacer clic en el botón "Colocar símbolo" en el lado izquierdo de la pantalla sin usar la tecla de acceso directo.

Los símbolos de componentes de uso común como "resistencias", "condensadores", "inductores", "diodos" y "transistores" se incluyen en una biblioteca llamada "Dispositivo". Se muestra una lista de nombres de bibliotecas en el lado izquierdo de esta pantalla. Se mostrará "Seleccionar símbolo" cuando se cargue la biblioteca de símbolos esquemáticos. Si tiene problemas, le recomendamos que primero busque en la biblioteca "Dispositivo".

Diseño de PCB

El símbolo "Q_NPN_EBC" recién colocado se explica brevemente. En la biblioteca KiCad, los nombres simbólicos de los transistores (tanto bipolares como MOS) comienzan con la letra "Q". El siguiente "NPN" indica el tipo de transistor.

 Esta vez, el transistor "2N5551" es un transistor bipolar de tipo NPN, así que elegí un símbolo que se ajuste a esto. La huella del transistor preparado en KiCad es "1, 2, 3 en orden desde la izquierda". El último "EBC" representa la disposición real de los pines. "EBC" significa "Emisor (E) es el Pin 1, Base (B) es el Pin 2 y Colector (C) es el Pin 3". ).

Si utiliza otros transistores, utilice la distribución de pines correcta al elegir el símbolo. Además, si utiliza sus propios símbolos o huellas, verifique que los pines sean consistentes.

En el "Navegador de la biblioteca de huellas"

 El transistor "2N5551" utilizado esta vez tiene un paquete llamado "TO-92" (con forma de pastel de pescado). Por lo tanto, elegiremos una huella de la biblioteca "Package_TO_SOT_THT". Esta biblioteca contiene muchas huellas para paquetes "TO" y "SOT" con conductores (tecnología de orificio pasante). Seleccione la huella para asociar con el símbolo.

Esta vez elegí la huella "TO-92_Inline_Wide" de la biblioteca "Package_TO_SOT_THT". Esta huella tiene una separación entre pines de 2.54 mm (100 mils), el mismo paso que una placa universal típica. Además, dado que los cables conductores están dispuestos en una fila horizontal (en línea), creo que será tan cómodo de usar como cuando se hace un prototipo con una placa universal.

Haga doble clic en el nombre de la huella que se utilizará y el nombre de la huella se registrará en la columna "Footprint" de la propiedad del símbolo.

Además, el número de modelo del transistor "2N5551" se ingresa en la columna "Valor". Esto no es esencial para el diseño de la placa, pero se recomienda escribirlo para que el diagrama del circuito sea más fácil de entender.

Después de completar las operaciones anteriores, haga clic en [OK] para volver a la pantalla del diagrama de circuito original. Para cerrar la pantalla de propiedades usando el teclado, presione la tecla [Shift] + [Enter] (en lugar del botón [OK]) o la tecla [Esc] (en lugar del botón [Cancel]).

Al ingresar un diagrama de circuito, no olvide registrar la huella para cada símbolo. Si copia el "símbolo después de registrar la huella", como esta vez, la información de la huella se mantendrá incluso después del símbolo duplicado. Usar copiar y pegar de esta manera le ahorra la molestia de buscar en la biblioteca de huellas cada vez. Sin embargo, tenga en cuenta que existe la posibilidad de que registre por error una huella diferente.

Colocación de símbolos LED

Presione la tecla [a] para crear la pantalla "Seleccionar símbolo". A continuación, coloque el símbolo del LED (diodo emisor de luz). Esta vez usaremos el símbolo "LED_ALT" de la biblioteca "Dispositivo".

Después de colocar el símbolo, mueva el cursor del mouse sobre el símbolo y presione la tecla [e] para mostrar las propiedades. Presione el botón de referencia de la biblioteca (marcador) en la columna "Footprint" para mostrar el "Explorador de la biblioteca de huellas". 

Diseño de PCB

Esta vez seleccionamos la huella "LED_D5.0mm" en la biblioteca "LED_THT". Esta es la huella para un LED de 5.0 mm de diámetro.

 Después de seleccionar la huella, ingrese el color del LED "ROJO" que se usará esta vez en la columna "Valor" de la pantalla de propiedades del símbolo y haga clic en [Aceptar]. 

Después de eso, duplique un símbolo y colóquelo en un lugar apropiado de la misma manera que cuando colocó el símbolo del transistor. 

 Colocación de un símbolo de condensador

A continuación, coloque un símbolo para un condensador (Condensador electrolítico). Esta vez, elegí el símbolo "CP" (Condensador polarizado) en la biblioteca "Dispositivo". Coloque esto en el dibujo.

Explicaré brevemente esta huella.

 "CP" significa una huella para condensadores polarizados. "Radial" significa que los dos cables salen en la misma dirección. La palabra asociada con esto es "Axial", que se refiere a una forma en la que los cables conductores salen de los lados izquierdo y derecho de la pieza. "D5.0mm" significa "el diámetro de la pieza es de 5.0 mm". 

El capacitor electrolítico utilizado esta vez es "100 uF, 16 V", y elegí este porque la mayoría de los capacitores con esta capacidad y voltaje soportado tienen un diámetro de aproximadamente 5.0 mm. 

El último "P2.50mm" significa que "el paso del cable (Paso) es de 2.50 mm". 2.5 mm (100 mils) corresponde a un paso de la placa universal. Si es un condensador electrolítico de unos 100 uF, creo que se puede instalar en un paso de 2.5 mm en la mayoría de los casos.

Errores en las piezas de montaje 

Si comete un error en el paso entre los pines, no podrá montar las piezas en la placa de circuito impreso, así que seleccione la huella con cuidado. 

Si está utilizando una pieza por primera vez, le recomendamos que consulte las dimensiones en la hoja de datos. Además, cuando se utilizan piezas de propósito general como esta vez, la biblioteca estándar de KiCad es suficiente. Aún así, cuando se utilizan piezas especiales, es más rápido crear una huella usted mismo. En ese caso, consulte el procedimiento explicado en la Parte 2 de esta serie.

Después de seleccionar la huella, ingrese la capacidad del condensador "100u" que se usará esta vez en la columna "Valor" de la pantalla de propiedades del símbolo y haga clic en [Aceptar]. Después de eso, duplique un símbolo de la misma manera que antes, presione la tecla [y] para girarlo horizontalmente y luego colóquelo en un lugar apropiado. 

 Colocando un símbolo de resistencia

A continuación, coloque el símbolo de la resistencia. El símbolo de resistencia usa "R" de la biblioteca "Dispositivo". (Estoy familiarizado con los símbolos dentados del antiguo JIS, por lo que generalmente diseño usando mis propios símbolos de resistencia dentados).

Colocación de símbolos para terminales (pads) para cajas de baterías

Prepare "almohadillas" para soldar los cables de la caja de la batería. En tales casos, es conveniente utilizar el símbolo "TestPoint" del "Conector".

"THTPad" se refiere a una almohadilla con un orificio para insertar cables conductores. Por otro lado, el que se llama "Pad" es sólo una almohadilla sin agujeros y sólo una lámina de cobre expuesta. "D2.0mm" significa que el diámetro total es de 2.0 mm.

 "Drill1.0mm" significa que el diámetro del orificio (diámetro del taladro) es de 1.0 mm. Cuando se utilizan piezas electrónicas generales, cables conductores, cables estañados, etc., un orificio con un diámetro de 1.0 mm puede manejar la mayoría de ellos.

Sobre el Autor

Soy el supervisor de ingeniería y ventas que trabaja en Victorypcb desde 2015. Durante los últimos años, he sido responsable de todas las exposiciones en el extranjero como EE. UU. (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) y Japón (Nepcon), etc. Nuestra fábrica fundada en 2005, ahora tenemos 1521 clientes en todo el mundo y ocupamos muy buena reputación entre ellos.

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