Desarrollo y Construcción de Prototipos Electrónicos U.D. 0.3.- Elementos complementarios de circuitos Conectores Elementos destinados a interconexionar circuitos de forma permanente pero no fija, es decir que se pueden extraer para facilitar tareas de mantenimiento o modificaciones. La gama de conectores es amplísima y altamente especializada en función de la aplicación para la que están destinados. De los más empleados en electrónica destacaremos los más comunes para aplicaciones de audio y vídeo, para aplicaciones de laboratorio, para radiofrecuencia y para transmisión de datos con algunos de los accesorios y adaptadores más comunes. La selección de un determinado conector para una aplicación dependerá básicamente del número de conexiones a realizar, tipo de señal con la que se va a trabajar y conductor con el que se va a realizar el conexionado. Téngase en cuenta que no todos los conductores y/o conectores sirven para todo tipo de señales, es más no deben aplicarse más que para el fin para el que están diseñados y no para otro distinto, que podría acarrear errores de funcionamiento, y aún peor deterioros en los elementos de conexionado que puedan ocasionar deterioros en elementos de circuitos. 1
Enchufes y zócalos para alimentación La primera necesidad de alimentación va a estar, normalmente, en conectar el equipo a la red eléctrica, para lo que debemos disponer de zócalos de chasis, cables y enchufes adaptados a la toma de corriente disponible. La situación más común en electrónica es disponer de una toma de corriente bifásica con toma de tierra tipo Schuko, con lo que debemos disponer de un cable con esta toma de corriente en la que, sobre todo si el chasis es metálico, debemos asegurar una buena conexión a tierra que proteja adecuadamente a las personas contra contactos indirectos. Otra situación muy común es alimentar equipos a partir de fuentes de alimentación de continúa, para lo que existe una gama especializada de conectores. Bases hembra de pared y aérea de tipo Schuko Enchufes macho para montaje en chasis de 250V/10A. A la izquierda para sujeción con tornillos y conexión con terminales hembra tipo phanton y a la derecha para encaje a presión y montaje en PCB Enchufe hembra para montaje en chasis de 250V/10A, para sujeción con tornillos y conexión con terminales hembra tipo phanton. Conjunto para entrada y salida de 250V/10A de uso muy extendido en fuentes de alimentación de PC. Existen también con más de una salida. 2
Enchufes y zócalos para alimentación Enchufe macho para montaje en chasis de 250V/10A para encaje a presión y montaje en PCB que admite fusibles de 20 mm. Cables con enchufe tipo Schuko y zócalo en el otro extremo. Valores nominales de tensiones y corrientes para gamas comerciales de 250 V y desde 6 hasta 16 A. La normalización de colores de aislamientos de cables es: Marrón para la fase, Azul para el neutro y Verde/amarillo para la tierra. Cable con enchufe tipo afeitadora Dos modelos de cables con zócalos sin enchufe de terminación para conexiones directas o acabado con enchufes libres. Enchufes para alimentación en corriente continua con valores nominales de 12V/1A de las dimensiones estándar de diámetros exterior e interior siguientes: 3,5/1,3-5,5/2,1 y 5,5/2,5 Zócalos para montaje en PCB de las dimensiones especificadas para los enchufes de la fotografía de arriba. Existen modelos para montaje en chasis. Cables terminados en un extremo con enchufes o zócalos y sin terminar en el otro extremo. Además de estos conectores para alimentación existen muchos modelos para conexionado de aparatos, tripolares, con distintos grados de protección contra agentes atmosféricos y una amplia gama para trabajos con potencia y red eléctrica, que no describimos aquí por su especificidad eléctrica y no electrónica. 3
Enchufes y zócalos para alimentación Conectores para alimentación de 4 vías apropiados para alimentación de drivers de disco en el interior del PC. Vemos los tres modelos más comunes: enchufe recto para montaje en PCB, una carcasa de zócalo en línea y una carcasa de enchufe. Admiten secciones de cable desde 0,5 mm² hasta 1 mm² y valores nominales máximos de tensión y corriente de 250V/15A. Conectores multipolares para montaje por soldadura en cable y en chasis con un número de vías que puede ser de 6, 12, 19, 26 ó 32 y acoplamiento por bayoneta. Soportan una corriente máxima por conector dada por el número de contactos multiplicado por 5A. Para aplicaciones de audio y vídeo Citaremos la gama más corriente de conectores para este tipo de aplicaciones: conectores de panel, adaptadores de unos tipos a otros, conectores multipolares, conectores SCART (nombre que se da al sistema europeo de conexión audio/vídeo, conocido como euroconector), cables preparados, conectores tipo phono y tipo jack, conectores para altavoces, conectores tipo DIN y algunos de los accesorios más corrientes. Gama de conectores hembra de tipo DIN desde 2 vías (punto y raya) hasta 8 vías. El conector de 5 vías (tipo dado) se puede acoplar en dos posiciones distintas, por lo que hay que tener especial cuidado en su conexión. El resto de conectores solamente se pueden acoplar en una posición. 4
Para aplicaciones de audio y vídeo Conector DIN hembra de 6 vías para montaje en chasis. Conector DIN macho para montaje en cable. Conector tipo DIN hembra para montaje en chasis de tipo punto y raya para conexionado de altavoces. Conector tipo DIN macho para montaje en cable de tipo punto y raya para conexionado de altavoces. Conector tipo DIN hembra para conexionado en cable de tipo punto y raya para conexionado de altavoces. Terminales de conexión rápida accionados mediante palanca con resorte que cuando se suelta mantiene un contacto muy seguro. Aplicación muy común en equipos de sonido. Conectores para conexión entre altavoces y amplificador con terminación sin soldadura, lo que permite reparaciones in situ. Conectores de tres polos macho y hembra para PCB para cables de micrófono. Conectores de tres polos macho y hembra para cables de micrófono. Los de arriba son para cable con terminación sin soldadura y los de abajo para chasis. 5
Para aplicaciones de audio y vídeo Muestra de adaptadores entre conectores de audio Conector multipolar macho para montaje en cable con funda, carcasa y manguito para conductores. Conector multipolar hembra para montaje en cable con funda, carcasa y manguito para conductores. Conector multipolar hembra para montaje en panel con funda y carcasa. Euroconector o conector SCART, que es el nombre que se da al sistema europeo de conexión audio/vídeo y que permite realizar todas las conexiones entre distintos aparatos de audio y vídeo, como por ejemplo entre televisión o monitor y grabadores de vídeo, equipos de HI-FI, ordenadores, etc. En la fotografía siguiente vemos los conectores hembra y macho de este tipo de conector y la distribución de pines. 6
Para aplicaciones de audio y vídeo Conectores Phono hembra para montaje en chasis y macho para montaje en cable con muelle soporte de conductores. Van provisto de una banda de color rojo o negro que facilita su identificación. Conectores Phono hembra para montaje en chasis y montaje en cable y macho para montaje en cable con acabado moleteado en color niquelado. Conector Phono macho para montaje en cable con acabado niquelado de las partes metálicas y cubierta de PVC de colores rojo y negro. Incluye soporte de cable. Conector Phono macho con muelle para soporte de cable extraible. El cable se sujeta mediante abrazadera y el cuerpo tiene un acabado de aleación coloreada. Adaptadores de Phono a BNC (aplicaciones de RF). El acabado metálico de la carcasa asegura una buena continuidad en el apantallamiento. Conectores tipo Jack macho de 2,5 mm, a la izquierda apantallado y a la derecha aislado, ambos con soporte de cable. Conectores Jack hembra de 2,5 mm, a la izquierda para chasis y a la derecha para montaje en cable Conectores Jack para conexiones estéreo Existen versiones para conexiones monoaurales (dos polos) y estéreo (tres polos), y series como la anterior en 3,5 mm y en 6 mm. Los conectores tipo Jack son muy usados en aplicaciones de audio, como por ejemplo para conexión de auriculares. 7
Para aplicaciones de audio y vídeo Adaptadores de Jack hembra a Jack macho estéreo. A la izquierda de 3,5 mm a 6 mm y a la derecha de 6 mm a 3,5 mm. Adaptador de dos Jack hembra a un macho estéreo y todos de 3,5 mm. Adaptador de Phono hembra a Jack macho mono de 6 mm. Cable preparado para conexión audio/vídeo de conector SCART macho a un conector DIN de 4 pines y 2 conectores phono macho. Se emplea para conexión de vídeo VHS a TV con euroconector. Cable preparado con dos conectores SCART macho y dos conectores macho phono. Se emplea para conexiones de vídeo estéreo NICAM VHS a TV NICAM a través de equipo HI-FI. Cable preparado de conector SCART a clavijas phono macho. Se emplea en aplicaciones de grabación de audio o vídeo estéreo. Cable preparado de un conector SCART a dos conectores del mismo tipo. Su empleo se da cuando, por ejemplo, queremos conectar un vídeo y un decodificador de satélite a un puerto SCART. Cable preparado de un conector SCART a un conector DIN de 5 vías y dos conectores BNC. Dispositivo selector de canales a conectores SCART que permite ver y grabar en distintas combinaciones conectando juntos, por ejemplo, TV con vídeo y receptor de satélite. 8
Para laboratorio y puntas de prueba Vamos a describir las gamas más corrientes de conectores empleados en aparatos de laboratorio y conectores para puntas de prueba así como algunos de los tipos de sondas más comunes. Conectores macho y hembra unipolares para aplicaciones en baja tensión y corrientes de hasta 1A. Clavija macho apilable para aplicaciones con corrientes de hasta 10 A para tensiones continuas de hasta 60 V. Clavija tipo banana con un fleje que permite mantener la presión de contacto adecuada en el conector hembra. Clavijas de haz de pines con orificio transversal y conexión mediante terminales roscados y corrientes de hasta 10 A. Clavijas terminadas en forma de horquilla para conexión a tornillos y orificio transversal. Conector hembra para montaje en panel. Sonda tipo mordaza que se acciona por presión. Al accionar emerge un cable accionado por un muelle. Pinzas de cocodrilo Cables de prueba con clavijas macho y hembra Cables, sondas y pinzas para polímetros. 9
Para radiofrecuencia y cables coaxiales Los cables de tipo coaxial disponen de malla de apantallamiento para aislar las interferencias. Comercialmente se conocen como conectores BNC y existen varios modelos, siendo de los más comunes el tipo sonda de osciloscopio, aunque también existen desde el tipo roscado hasta los conectores coaxiales típicos en las tomas de antena de TV y vídeo Su principal característica es la impedancia nominal del cable (suele ser de 75 ohmios), dado que este tipo de conectores, y por ende cables, se emplean en señales de frecuencias elevadas y de muy bajo valor, es imprescindible una adaptación de impedancias los más exacta posible. La carcasa de los conectores suele ser metálica para asegurar una buena continuidad del apantallamiento entre el cable y el conector que evite interrupciones en el apantallamiento global del circuito, evitando así la recepción de interferencias por el cable. Conectores BNC macho sin rosca y con rosca. Conectores BNC macho en ángulo recto sin rosca y con rosca. Adaptadores de conectores BNC en linea. Hembra a hembra Macho a macho Derivación en T Conectores BNC para panel, hembra en codo a la izquierda y macho recto el de la derecha. Conectores hembra BNC para montaje en PCB, recto a la izquierda y en ángulo recto a la derecha. Adaptadores BNC, arriba a la izquierda Macho-Macho- Macho, a la derecha recto Hembra-Hembra y abajo en forma de T Hembra- Hembra-Macho. 10
Para radiofrecuencia y cables coaxiales Conectores macho y hembra con especificaciones que permiten usarlos a frecuencias de hasta 500 MHz. Conectores macho y hembra rectos y en ángulo recto para uso en cables coaxiales de TV con sujeción por mordaza de tornillo del cable central. Conectores macho BNC con carga resistiva de 75 Ω/0,5 W para terminación de línea. Alicates para montaje de conectores BNC. Cables acabado con conectores BNC. Adaptadores BNC a clavija Herramienta pelacables coaxiales para pelar los cables según el esquema adjunto. Dispone de unos topes que permiten pelar los conductores interiores a una longitud prefijada. Las distancias A y B dependen del conector a emplear y normalmente son de 6 mm. 11
Conectores y accesorios terminales Veamos otros conectores, terminales y accesorios para acabado de cables que permiten realizar conexiones fiables y seguras en los puntos de unión de los circuitos. Terminales o fichas de empalme en PVC, roscadas fáciles de cortar para adaptarse al número de vías necesario. Estos conectores se caracterizan por el diámetro de cable que admiten y, por tanto, de la corriente máxima que soportan a una determinada tensión. Sus principales características para 380V son: 2 A - 2,5 mm²; 5 A - 4 mm²; 10 A - 6 mm²; 20 A - 10 mm²; 30 A - 16 mm² Terminales o fichas de empalme de porcelana esmaltada apropiados para temperaturas de hasta 500 ºC. Las relaciones entre corrientes máximas admisibles y sección del conductor que admiten son las mismas que las de los terminales de PVC. Terminales de conexión con sistema de sujeción por resorte con botón pulsador para conexiones rápidas y sin tornillos. Casquillos de distintas secciones aislados y sin aislar para conexiones de cables con tornillos que mejoran el contacto e impiden el deterioro de los hilos por presión del tornillo. 12
Conectores y accesorios terminales Terminales Faston hembra con aislamiento parcial y total. Terminales Faston macho con aislamiento. Terminales de conexión aislados en forma de horquilla para sujeción por tornillo. Terminales Faston aislados en forma de ojal para sujeción por tornillo. Terminales de conexión macho aislados en forma de lámina. Terminales de conexión macho aislados en forma de pin. Terminales Faston hembra con sistema de sujeción antivibraciones. Conectores sin aislamiento en ojal, en horquilla, tipo pin y lamina plana. Conectores Faston sin aislante de tipo banderola, hembra y macho. Distintos tipos de cubiertas aislante para terminales Faston. Terminal Faston con doble conexión permiten empalmes en cascada. Herramienta para acabado de conectores Faston. 13
Para transmisión de datos Se caracterizan inicialmente por disponer de un número de contactos elevado, lo que va a originar un gran número de pines. De la forma de distribución de estos pines y de la distancia entre ellos (paso) surgen distintas gamas de conectores sometidos a normalización especifica. Además del paso, los conectores se van a caracterizar por: Máxima tensión de trabajo permitida Máxima corriente permitida por cada contacto Resistencia de contacto Margen de temperatura de funcionamiento Máximo espesor de placa de circuito impreso si se trata de conectores para PCB. Conectores para montaje en PCB de paso 1,27 mm para aplicaciones en las que resulta necesario ahorrar espacio. Conector macho montado en PCB con click de sujeción y ejectores. Conector de simple cara para montaje en PCB y ranura de borde de placa con paso de 3,81 mm y sujeción a base con tornillos. Para montajes de placas verticales. Conector de simple cara para montaje en PCB y ranura de borde de placa con paso de 2,54 mm y sujeción a base con tornillos. Para montajes de placas verticales. Conector de doble cara para montaje en PCB y ranura de borde de placa con paso de 2,54 mm y sujeción a base por soldadura. Para montajes de placas verticales. 14
Para transmisión de datos Conectores de doble y simple cara para montaje en PCB macho y sujeción a base por soldadura de los pines. Conector de doble cara para montaje en PCB y ranura de borde de placa con paso de 2,54 mm. Conectores IDC macho y hembra con paso de montaje en PCB de 2,54 mm. Los terminales tienen cierres de bloqueo y ejección. El conector hembra dispone de soporte para cable. Conector IDC macho con cable plano montado. Conector IDC hembra polarizado con un resalte central y dos ranuras que impide colocarlo inversamente. Conector IDC hembra para montaje en cable con polarización por hendiduras laterales y resalte. Conectores IDC macho para montaje en PCB recto y en ángulo recto con cierres de sujeción laterales. Conectores IDC macho para montaje en cable Conector tipo D para cable plano tipo IDC 15
Para transmisión de datos Conectores IDC de tipo Centronics para terminación con cable plano. Conector IDC de tipo Centronics hembra para montaje recto en PCB. Conector IDC de tipo Centronics macho para montaje en cable por soldadura con cubierta. Conector IDC de tipo Centronics hembra para montaje en PCB en ángulo recto. Conectores macho y hembra para terminación con cables planos de tipo Centronics. Conectores macho y hembra IDC de tipo D para montaje en cable. Conectores tipo D para soldadura, recto y en ángulo recto. En la fotografía se ven los modelos DB9, aunque existen comercialmente desde 9 a 50 vías. Conectores macho y hembra tipo D con juego completo de accesorios para montaje. 16
Conectores D con posibilidad de recableado para aplicaciones I+D. Para transmisión de datos Fundas para conectores tipo D en distintas versiones, materiales y colores. Herramientas para realizar el montaje de conectores IDC que, con los troqueles adecuados, sirven para montaje de conectores de tipo D. 17
Otros conectores para transmisión de datos Conectores para PCB macho rectos y en ángulo recto con un número de vías, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12 y 15 con una longitud total de pin de 14 mm y que permiten realizar conexiones a medida. Carcasas para montar conectores hembra rectos y en ángulo recto de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12 y 15 vías y terminal de conexión para montar conectores hembra. Terminales clema para PCB con terminales roscados y entrada de cable en ángulo recto a 55º. Terminales para puntos de medida en circuitos que permiten sujetar puntas de prueba o pinzas de cocodrilo. Conectores hembra para montaje en PCB y macho aislados y no aislados. Sistema de terminales jumpers macho y hembra Puentes tipo cinta de conexión entre placas. Terminal de soldadura con fijación por tornillo. Terminales de soldadura para montaje en chasis. 18
Redes locales Vamos a exponer brevemente los elementos de cableado, conectores y normativas de más empleo en el montaje de redes de área local LAN. Medio de conexión: Cable coaxial. Es utilizado para comunicaciones telefónicas a grandes distancias y para televisión por cable. Su uso en una conexión LAN está quedando obsoleto. Los cables pueden ser de 2 impedancias: 75 ohmios: banda ancha, utilizado en TV. 50 ohmios: banda base, utilizado en Ethernet. * 10BASE5: coaxial grueso, 500 metros, 10Mbps, conector "N". * 10BASE2: coaxial fino, 185 metros, 10 Mbps, conector "BNC". 19
Redes locales Medio de conexión: Par trenzado. Es el medio mas económico pero con mayor índice de error y consiste en dos hilos trenzados como vemos en la fotografía. En la actualidad es el más empleado. El grosor normal es de 1mm y el ancho de banda depende del grosor y de la distancia. Velocidad del orden de 10-100 Mbps. Categorías de cable par trenzado: STP (apantallado): 2 pares de hilo, recubierto por malla. UTP (no apantallado): 4 pares de hilos. Categoría 3: van de 4 en 4 (8 cables), alcanzando 30 Mbps. Categoría 5: más retorcidos y mejor aislante (teflón), alcanzando 100 Mbps Medio de conexión: Fibra óptica Medio mas seguro y menos económico que los demás, tiene un ancho de banda de 3300 Mhz frente a 500 Mhz del cable coaxial y puede soportar velocidades de transmisión superiores a Gigabytes por segundo. Se necesita una fuente de luz: láser o LED. Se transmite por fibra y se capta por foto diodos, la tipología típica es el anillo. No hay interferencias y pesa 8 veces menos que el cable de par trenzado. 20
Redes locales Conector macho preparado para sistemas USB Conectores hembra para sistemas USB 21
Cables El cable y los conectores vistos bajo la norma Ethernet 802.3 Tipo de cable Conexión Longitud máxima Observaciones 10 base Coaxial grueso 50 ohmios Conectores tipo vampiro 500 m Líneas acabadas en una impedancia del mismo valor que la Z característica de la red. Líneas libres acabadas en tapones para evitar los rebotes. 10 base 2 Coaxial fino 50 ohmios BNC 185 m conexión por "T" [Problema: hay que abrir la red]. Líneas libres acabadas en tapones para evitar los rebotes 10 base T Par trenzado 100 base T UTP categoría 5 RJ-45 (ISO 8877) 100 m Hub o Switch: Bus lógico en una caja y todas las estaciones colgando. Conector RJ45 Hembra visto de frente Conector macho en vistas superior y frontal. 22
El cable y los conectores vistos bajo la norma Ethernet 802.3 Código de colores 23
Zócalos Permiten la inserción en chasis o circuito impreso de dispositivos como transistores o relés y especialmente circuitos integrados sin necesidad de soldar directamente sus terminales. Esto permite: 1.Intercambiar fácilmente de un dispositivo en caso de avería o en aparatos de prueba o control. 2.Soldar un soporte de dispositivo sin que sometamos al mismo a la temperatura de soldadura o a descargas de corriente estática en caso de soldadores eléctricos a las que son especialmente sensibles algunos dispositivos. Existen zócalos o soportes para prácticamente todos los elementos activos y es especial para todos los tipos de encapsulados de circuitos integrados existentes. Zócalos para PCB y los encapsulados que se especifican. Zócalos para válvulas de montaje en chasis. Zócalo DIL de paso 15,24 con pines estampados. Zócalo DIL de paso 7,62 con contactos ocultos. Zócalos DIL de paso 7,62 y contactos de pines torneados. 24
Zócalo de pines torneados y conexión por arrollamiento de hilo. Zócalo DIL con Eyección/Retención de paso 15,24 Zócalos Zócalo DIP con mecanismo de fuerza de inserción cero. Zócalos de tipo DIP con espaciado entre pines de 1,78 mm. Zócalo SIL de paso 2,54 mm y contactos ocultos. Zócalo SIL de pines torneados o tira de pines. Zócalo SIL de pines torneados para arrollamiento de hilo. Zócalo para memoria en línea de tipo DIMM. Zócalos PLCC con rejilla de 2,54 mm. Zócalo PGA con rejilla de pines torneados. Zócalo PGA de fuerza de inserción nula. Zócalos QFP 25
Adaptadores DIL a PLCC y de PLCC a DIL. Zócalos Adaptador QFP a PGA en dos piezas. Adaptador extraible de DIL a SOIC. Adaptador de SOIC a DIL. Adaptador para convertir entre pasos de encapsulados DIL. Zócalo DIL de montaje superficial Zócalo PLCC de montaje superficial. Distintos tipos de zócalos para relés con abrazadera de retén. Zócalos ZIF de Prueba para PLCC de Montaje Superficial 26
Fin de la presentación 27