Voltimetro Vectorial

Diagrama en bloques elemental y principio de funcionamiento de un Voltimetro Vectorial

Un Voltimetro Vectorial es empleado generalmente con señales de alta frecuencia, la característica distintiva del mismo es que ademas de indicar la magnitud de una señal nos da información sobre su fase.

Como vimos en la medición de Parámetros S para poder calcular cada uno de los cuatro parámetros necesitábamos medir las magnitudes y diferencia de fase entre dos señales, en ese caso necesitábamos realizar la medición con el voltimetro vectorial.

La señal de referencia para la medición de fase es la que ingresa por el canal A. Un circuito de control automático de fase (APC) sintoniza y engancha en fase al instrumento a la señal del canal A. El rango de frecuencia del APC es seccionado por medio de un control en el panel frontal. El APC sintoniza entonces el instrumento automáticamente y mantiene la sintonia aún cuando la frecuencia de entrada fluctúa moderamente.

Diagrama de un Voltimetro Vectorial
Diagrama en bloques elemental de un Voltimetro Vectorial que utiliza un circuito de enganche de fase automático (APC) para sintonia y enganche de fase del instrumento al canal A. El APC ajusta la frecuencia del oscilador  local controlado por tensión (VCO) que gatilla los muestreadores mezcladores de las sondas. Las señales de RF son reconstruidas a partir de las muestras de FI de 20kHz, donde se mide la amplitud y la fase.

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Medicion de Parametros S

Montaje y técnica para realizar la medición de los parámetros S de un transistor

Ya sabemos que son los Parámetros S, ahora la cuestión pasa en como medirlos. Un diagrama en bloques típico instrumentado (Analizador de Redes) para medir los parámetros S se indica en la siguiente figura.

Montaje para la medicion de parametros S
Fig 1. Diagrama en bloques de un típico sistema de medición de los parametros S, montaje en direccion directa

El procedimiento básico para medir S11 y S22 es el de medir con un voltimetro vectorial la relación de amplitudes y fase entre las tensiones incidentes y reflejadas con la sonda B en la posición B1; S11 es medida con el montaje (JIG) en la dirección directa y S22 con el montaje invertido. S12 y S21, las señales de transferencia, se miden con la sonda B en la posición B2 obteniendo S21 con el montaje invertido.

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Parametros Scattering “S”

Los parámetros S son muy usados para caracterizar el comportamiento de los transistores y dispositivos en alta frecuencia, donde los parámetros clasicos (h, y, z) no pueden medirse.

Introducción a los Parámetros S

Analizador de Redes usado para medir parametros S

Un importante avance en el diseño y análisis de los circuitos con transistores es el de representar el dispositivo con un circuito equivalente apropiado. Para el análisis de señales pequeñas de CA es una practica común el de considerar al transistor como una “caja negra” de 4 terminales con las tensiones y corrientes en los terminales de entrada y salida relacionados por un conjunto de 4 parámetros. EL conjunto más útil de tales parámetros hasta la década del 60 han sido los parámetros “h”, “y” y “z” que son los que normalmente encontramos en cualquier libro.

Hay 4 parámetros para cada una de las 3 posibles configuraciones (emisor, base o colector común) ídem para los transistores de efecto de campo, lo que hacen un total de 36 parámetros. Algunos de estos parámetros para un tipo de transistor dado son normalmente especificados por el fabricante, dependiendo de las intenciones de las aplicaciones.

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Encapsulados SMD

Vision general de los diferentes encapsulados usados en los componente de montaje superficial (SMD).

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

tipos encapsulados SMD

Los componentes de montaje superficial vienen en una variedad de encapsulados. A medida que mejoro la tecnología los encapsulados han disminuido de tamaño, además, hay una variedad de encapsulados SMT para circuitos integrados que depende de la conectividad necesaria, la tecnología utilizada y una variedad de otros factores.

Para proporcionar un cierto grado de uniformidad, el tamaño de la mayoría de los componentes de SMT se ajustan a estándares industriales, muchos de las cuales son especificaciones pertenecientes a JEDEC. Obviamente se utilizan diferentes encapsulados SMT para distintos tipos de componentes, pero el hecho de que existen valores estandarizados permite simplificar actividades tales como el diseño de un PCB. Además, el uso de encapsulados de tamaños estándar simplifica la fabricación ya que permite el uso de máquinas pick & place lo que simplifica considerablemente el proceso de fabricación y bajo los costos.

ferrita smd encapsulados SMD

Los diferentes encapsulados SMT se pueden clasificar por el tipo de componente, y como se menciono arriba, existen encapsulados estándar para cada uno.

Componentes Rectangulares Pasivos

Estos componentes SMT son principalmente encapsulados para resistencias y capacitores que forman el grueso del número de los componentes utilizados. Existen varios tamaños diferentes que se han ido reduciendo a medida que la tecnología ha permitido fabricado y utilizado componentes más pequeños

encapsulados resistencias y capacitores SMD

Encapsulados de Capacitores de Tantalio

Como resultado de la diferentes tipo de construcción y requisitos para los encapsulados de capacitores SMT de tantalio, se puede encontrar diferentes encapsulados. Estos se ajustan a las especificaciones de la EIA.

encapsulados de capacitores SMD

Encapsulados SMD para Semiconductores

Hay una amplia variedad de encapsulados SMT utilizados para semiconductores como diodos, transistores y circuitos integrados. La razón de la amplia variedad de encapsulados para circuitos integrados se debe a la gran variación en el nivel de interconexión requerida. Algunos de los encapsulados principales son los siguientes:

Encapsulados para Transistores

  • SOT-23- Small Outline Transistor o Transistor de Contorno Pequeño. Este encapsulado cuenta con tres terminales usualmente empleado en transistores pero tambien puede hallarse diodos.  Mide 3 mm x 1,75 mm x 1,3 mm.
  • SOT-223 – Transistor de contorno pequeño. Este encapsulado se utiliza para dispositivos de mayor potencia. Mide 6,7 mm x 3,7 mm x 1,8 mm. En general, existen cuatro terminales, uno de los cuales es una gran plataforma de transferencia de calor.

Encapsulados SMD para Circuitos Integrados

  • SOIC – Small Outline Integrated Circuit. Presenta una configuración dual en linea con pines estilo ala de gaviota y un espaciamiento entre estos de 1,27 mm.
  • TSOP – Thin Small Outline Package. Este encapsulado es más delgado que el SOIC y tiene una separación entre pines de 0,5 mm.
  • SSOP – Shrink Small Outline Package. Este presenta una separación de 0,635 mm.
  • TSSOP -Thin Shrink Small Outline Package.
  • PLCC – Plastic Leaded Chip Carrier. Este tipo de encapsulado es cuadrado y utiliza pines J-leads con una separación de 1,27 mm.
  • QSOP – Quarter-size Small Outline Package. La separacion entre los pines es de 0,635 mm.
  • VSOP – Very Small Outline Package. Este encapsulado es más pequeño que el QSOP y entre los pines la distancia puede ser de 0,4, 0,5 o 0,65 mm.
  • LQFP – Low profile Quad Flat Pack. Este encapsulado tiene pines en los cuatro costados. La separación entre los mismos varía en función del IC, la altura es de 1,4 mm.
  • QFP – Plastic Quad Flat Pack. Un encapsulado cuadrado de plástico con el mismo número de pines estilo ala de gaviota en cada lado. Normalmente presenta un espacio entre pines muy estrecho y con frecuencia tienen 44 o más pines. Generalmente se usa para circuitos VLSI.
  • CQFP – Ceramic Quad Flat Pack. Una versión cerámica del PQFP.
  • TQFP – Thin Quad Flat Pack. Una versión fina del PQFP.
  • BGA – Ball Grid Array. Un encapsulado que utiliza esferas debajo del encapsulado para hacer contacto con la placa de circuito impreso. Al colocar las conexiones debajo del encapsulado hay más lugar para ellas, lo que permite superar el problemas de los pines muy delgados y poco espaciados de los QFP. El espaciamiento entre esferas en un BGA es típicamente 1.27 mm.

Encapsulados para Aplicaciones SMD

Los encapsulados de tecnología de montaje superficial (SMT) se utilizan en la mayoría de los diseños de circuitos impresos que se van a fabricar en cantidad. Aunque pueda parecer que hay un número relativamente amplio de encapsulados diferentes, el nivel de estandarización es aún lo suficientemente buena. En cualquier caso, la cantidad surge principalmente de la enorme variedad en la función de los componentes.

¿Que es SMT? Tecnologia de Montaje Superficial

Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial. SMD y SMT. Porque surgió y que beneficios trajo, resistencias, capacitores y encapsulados superficiales.

tecnologia montaje superficial smt

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

Prácticamente todos los dispositivos electrónicos que se producen actualmente son fabricados con Tecnología de Montaje Superficial, SMT. Los dispositivos de montaje superficial, SMD, proporcionan muchas ventajas sobre sus predecesores (tecnología thruhole) en términos de fabricación y  a menudo en rendimiento.

No fue sino hasta la década del ’80 en que la tecnología de montaje superficial, SMT, se empezo a utilizar ampliamente. Una vez que comenzó a ser utilizada, el cambio de componentes convencionales a los componentes superficiales (SMD) se llevó a cabo rápidamente en vista de las enormes ganancias que se podrían hacer empleando tecnología SMT.

¿Por qué SMT?

Las placas de circuitos electrónicos producidos en masa necesitan ser fabricadas de una manera altamente mecanizada para alcanzar el menor coste de fabricación. Los componentes tradicionales no se prestan a este planteamiento, aunque un grado de mecanización era posible las terminaciones (leads o pines) del componente necesitaban ser pre-formadas. Además, las conexiones mediante cables traen inconvenientes inevitables desde cortes a posicionamiento erróneo, todo esto trae aparejado una merma considerable en las tasas de producción.

Fue razonable que que los cables que habían sido tradicionalmente utilizado para las conexiones no eran necesarios para la construcción de placas de circuito impreso y en lugar de tener componentes con pines colocados a través de agujeros, podian ser soldados directamente sobre pads en el PCB. La disminución de la cantidad de los agujeros, y el ahorro del estaño metalizado usados en los mismos, también tuvo su impacto al momento de disminuir los costos de la producción.

Esta nueva tecnología fue llamada SMT dado que los componentes se montaban en la superficie de la plaqueta, en vez de tener conexiones a travez de los agujeros y los dispositivos (componentes)  utilizados fueron denominados SMD. Esta nueva tecnología fue adoptada  muy rápidamente, ya que permitía utilizar un mayor grado de mecanización, y un ahorro alto en los costes de fabricación.

Para poder emplear la tecnología de montaje superficial, se necesito un conjunto completamente nuevo de componentes electrónicos y un cambio bastante grande en la forma en que se diseñaban los esquemáticos.

pcb con componentes smd

Componentes SMD

Los dispositivos de montaje superficial (DME por sus siglas en español), por su naturaleza son muy diferentes a los componentes tradicionales con pines y pueden dividirse en varias categorías:

SMD Pasivos: Hay una gran variedad de diferentes encapsulados utilizados en los componentes SMD pasivos. Sin embargo, la mayoría son resistores o capacitores, por lo cual el tamaño de los encapsulados están razonablemente bien estandarizado. Otros componentes como bobinas, cristales y otros tienden a tener necesidades individuales y por lo tanto sus propios encapsulados.

Los resistores y capacitores vienen en una variedad de encapsulados de distintos tamaños, se los denomina, por ej: 1812, 1206, 0805, 0603, 0402 y 0201. Las cifras se refieren a las dimensiones en  decimas de pulgadas. En otras palabras, el 1206 mide .12″ (3 mm) por .06″ (1,5 mm) pulgadas. Los tamaños más grandes, tales como 1812 y 1206 fueron los primeros que se usaron, aunque actualmente no son de uso generalizado en grandes producciones. Sin embargo se puede encontrar uso en aplicaciones en las que mayores niveles de energía son necesarias, o cuando otras consideraciones exigen los tamaño más grande.

Las conexiones a la placa de circuito impreso se realizan a través de áreas (pads) metalizadas en los extremos del paquete.

tamaños resistencias smd

Transistores y Diodos: Estos componentes vienen presentados a menudo en un encapsulado pequeño de plástico. Las conexiones se realizan a través pines, que salen del encapsulado y asientan sobre el pad de la placa. En el caso de los transistores al presentar 3 terminaciones (base, colector y emisor) por la forma del encapsulado es imposible colocarlo mal.

diodos transistores SMD

Circuitos Integrados: Hay una variedad de encapsulados diferentes empleados para los circuitos integrados. El encapsulado utilizado depende del nivel de interconexión requerida. Muchos chips de baja escala de integración solo pueden requerir 14 o 16 pines, mientras que otros, como los procesadores y los chips VLSI asociados pueden necesitar hasta 200 o más. En vista de la amplia variación de las necesidades radica la gran cantidad de encapsulados diferentes.

Para los chips más pequeños, encapsulados como el SOIC (Small Outline Integrated Circuit) pueden ser utilizados. Son la versión SMT del clásico DIL  (Dual In Line) también llamados DIP, por ejemplo se los usan en la conocida serie lógica  74XXX. Además, hay versiones más pequeñas incluyendo TSOP (Thin Small Outline Package) y SSOP (Shrink Small Outline Package).

encapsulado SOIC

Los chips VLSI requieren un enfoque diferente. Normalmente, se emplean encapsulados con pines en los cuatro costados (quad flat pack). La separación de los pines depende del número de la cantidad requerida. Para algunos de los chips puede ser una distancia de 20 milésimas de pulgada.

encapsulado quad flat pack

Otros encapsulados también están disponibles. Un conocido como BGA (Ball Grid Array) se utiliza en muchas aplicaciones. En lugar de tener las conexiones en el lado del paquete, que se encuentran debajo. Se sueldan mediante pequeñas esferas de estaño, como la totalidad de la parte inferior del encapsulado puede ser utilizado, se puede colocar mayor cantidad de pines o igual cantidad más grandes y espaciados obteniendo un fijamiento más fiable.

encapsulado BGA