Construcción punto a punto

En electrónica , la construcción punto a punto es una técnica no automatizada para la construcción de circuitos que se utilizó ampliamente antes de que el uso de placas de circuito impreso (PCB) y el ensamblaje automatizado se generalizaran gradualmente tras su introducción en la década de 1950. Los circuitos que utilizaban válvulas termoiónicas (tubos de vacío) eran relativamente grandes, relativamente simples (se minimizaba el número de dispositivos grandes, calientes y costosos que necesitaban ser reemplazados) y utilizaban zócalos grandes, lo que hacía que la PCB fuera menos ventajosa que con los circuitos semiconductores complejos posteriores . La construcción punto a punto todavía está muy extendida en la electrónica de potencia , donde los componentes son voluminosos y la facilidad de mantenimiento es una consideración importante, y para construir equipos prototipo con pocos componentes electrónicos o componentes pesados . Una práctica común, especialmente en la construcción punto a punto antigua, es utilizar los terminales de componentes como resistencias y condensadores para cubrir la mayor distancia posible entre conexiones, reduciendo la necesidad de añadir cable adicional entre los componentes.

Antes de la conexión punto a punto, los conjuntos eléctricos utilizaban tornillos o conectores de cable para sujetar los cables a una placa aislante de madera o cerámica. Los dispositivos resultantes eran propensos a fallar debido a la corrosión de los contactos o al aflojamiento mecánico de las conexiones. Las primeras radios marinas de alta gama , especialmente las de Marconi , a veces utilizaban cobre soldado en los circuitos de barras colectoras , pero esto resultaba costoso. La invención crucial fue la aplicación de la soldadura al ensamblaje eléctrico. En la soldadura, una aleación de estaño y plomo (u otros metales), conocida como soldadura , se funde y se adhiere a otros metales no fundidos, como el cobre o el acero estañado . La soldadura crea una conexión eléctrica y mecánica fuerte.

El cableado punto a punto no es adecuado para el ensamblaje automatizado (aunque véase el método de envoltura de cables , similar a este) y se realiza manualmente, lo que lo hace más costoso y más propenso a errores de cableado que las placas de circuito impreso, ya que las conexiones las determina la persona que realiza el ensamblaje en lugar de una placa de circuito grabada. Para la producción, en lugar de la creación de prototipos, los errores se pueden minimizar mediante procedimientos operativos cuidadosamente diseñados .

Una forma intermedia de construcción utiliza regletas de terminales (a veces llamadas "placas de etiquetas"), placas de ojales o placas de torretas . Cabe destacar que si los componentes se disponen en placas con etiquetas, ojales o torretas en ambos extremos y cables que van a los componentes siguientes, la construcción se denomina correctamente construcción de etiquetas, ojales o torretas, respectivamente, ya que los componentes no van de un punto a otro. Si bien la construcción con leña se puede cablear de forma similar, la densidad implica que la colocación de los componentes suele estar fijada por un sustrato en el que se insertan.

La construcción con regleta de bornes, también conocida como conexión punto a punto en el ámbito de los amplificadores de guitarra a válvulas, utiliza regletas de bornes (o placas de conexión). Cada regleta cuenta con bornes de cobre estañado estampados, cada uno con un orificio por donde se insertan los extremos de los cables, montados sobre una tira aislante , generalmente fabricada con un material económico y resistente al calor, como papel recubierto de resina sintética ( FR-2 ) o baquelita reforzada con algodón. El aislante incorpora un soporte de montaje integrado, a veces conectado eléctricamente a uno o más de los bornes estampados para conectarlos a tierra al chasis.

Primero se construyó el chasis , con chapa metálica o madera . A continuación, se remacharon , clavaron o atornillaron regletas de bornes aisladas a la parte inferior o interior del chasis. Los transformadores , los condensadores grandes , los zócalos de tubos y otros componentes de gran tamaño se montaron en la parte superior del chasis. Sus cables se pasaron a través de orificios hacia la parte inferior o interior. Los extremos de los cables o de los componentes con terminales de alambre, como condensadores y resistencias, se insertaron en los bornes y, por lo general, se enrollaron y retorcieron. Una vez que todos los cables que se iban a conectar estuvieron colocados en el borne, se soldaron entre sí (y al borne).

Los ensambladores profesionales de componentes electrónicos solían trabajar con catálogos de fotografías y seguir una secuencia de montaje precisa para asegurarse de no omitir ningún componente. Este proceso es laborioso , propenso a errores y no apto para la producción automatizada. Incluso después de la introducción de las placas de circuitos impresos, no era necesario diseñar ni fabricar dichas placas.

El cableado punto a punto y las regletas de terminales se siguieron utilizando en algunos equipos de válvulas incluso después de la introducción de las placas de circuito impreso. El calor de las válvulas puede deteriorar las placas de circuito, provocando que se vuelvan quebradizas y se rompan. Este deterioro se observa con frecuencia en las radios de válvulas económicas fabricadas en la década de 1960, especialmente alrededor de las válvulas de salida y rectificadoras, que se calientan mucho. El fabricante estadounidense Zenith continuó utilizando cableado punto a punto en sus televisores de válvulas hasta principios de la década de 1970.

Algunos equipos de audio de alta fidelidad , como los amplificadores, siguen utilizando cableado punto a punto con pines de terminal, ^{[ 1 ]} a menudo en cantidades muy pequeñas. En esta aplicación, el cableado moderno punto a punto se utiliza con frecuencia como una característica de diseño comercial más que como resultado de las limitaciones económicas de la producción a muy pequeña escala.

En ocasiones, el cableado punto a punto —sin regletas de terminales— con conexiones muy cortas, todavía se utiliza a frecuencias de radio muy altas (en el rango de los gigahercios ) para minimizar la capacitancia e inductancia parásitas ; la capacitancia entre una pista de la placa de circuito impreso y algún otro conductor, y la inductancia de una pista corta, se vuelven significativas o dominantes a altas frecuencias. En algunos casos, un diseño cuidadoso de la PCB sobre un sustrato con buenas propiedades de alta frecuencia (por ejemplo, cerámica) es suficiente. Un ejemplo de este diseño se ilustra en una nota de aplicación que describe un generador de pulsos basado en transistores de avalancha con un tiempo de subida de una fracción de nanosegundo; los (pocos) componentes críticos están conectados directamente entre sí y al conector de salida con los cables más cortos posibles. ^{[ 2 ]}

Particularmente en equipos complejos, los circuitos cableados suelen estar dispuestos como una "escalera" de componentes colocados uno al lado del otro, que necesitan conectarse entre sí mediante enlaces de cable. Un buen diseño minimiza dichos enlaces y la complejidad del cableado, acercándose a menudo a la de una conexión directa punto a punto. Entre los dispositivos complejos, los osciloscopios de válvulas de vacío Tektronix anteriores a la era de las placas de circuito impreso destacan por su cableado punto a punto muy bien diseñado. ^{[ 3 ]}

Si los efectos parásitos son significativos, el cableado punto a punto y el cableado con regletas de terminales presentan componentes parásitos variables, mientras que la inductancia y la capacitancia debidas a una placa de circuito impreso son las mismas para todas las muestras y pueden compensarse de forma fiable, lo cual puede ser esencial para algunos circuitos de radiofrecuencia. En algunas construcciones de radiofrecuencia punto a punto altamente optimizadas, el circuito puede ajustarse doblando los cables.

Colocar la unidad terminada dentro de una carcasa protege el circuito del entorno y a los usuarios de los riesgos eléctricos.

Algunas marcas reconocidas aún utilizan placas de conexión punto a punto con bornes de conexión, pero generalmente para líneas de productos especiales. El fabricante de amplificadores de guitarra eléctrica Marshall ha reeditado algunos de sus modelos antiguos, empleando este tipo de construcción como característica de diseño, si bien sus productos estándar llevan tiempo utilizando placas de circuito impreso (PCB). Los equipos de válvulas termoiónicas normalmente no montan las válvulas en la PCB para evitar daños por calor, sino que utilizan PCB para el cableado, logrando así la economía de las PCB producidas en masa sin los daños por calor.

Los prototipos que se modifican a menudo no se fabrican en PCB, sino que se utilizan placas de pruebas . Históricamente, esto podía referirse literalmente a una placa de pruebas, una tabla de madera con componentes unidos mediante cables. Más recientemente, el término se aplica a una placa de material aislante delgado con orificios con un paso estándar de 0,1 pulgadas; los componentes se insertan a través de los orificios para fijarlos y se conectan punto a punto en el otro lado de la placa. Un tipo de placa de pruebas específica para prototipos tiene esta disposición, pero con tiras de contactos de resorte metálicos debajo de una cuadrícula de orificios en los que se insertan los componentes para realizar conexiones eléctricas como cualquier conector extraíble . Una parte de los terminales en línea recta en una dirección están conectados eléctricamente, generalmente en grupos de 5 a 10 con varios grupos por fila; estos pueden estar intercalados con columnas que abarcan la altura de la placa para las conexiones más comunes (normalmente los rieles de alimentación ). Estas placas de pruebas, y las placas perforadas , se sitúan en algún punto intermedio entre las PCB y las conexiones punto a punto. No requieren el diseño ni la fabricación de una placa de circuito impreso, y se modifican con la misma facilidad que una configuración punto a punto.

Una placa perforada es una placa con orificios dispuestos en una cuadrícula cuadrada, generalmente con una separación de 0,1 pulgadas. Todos los orificios en línea recta están conectados por una tira de cobre, al igual que en una placa de circuito impreso (PCB). Los componentes se insertan desde el lateral sin las tiras y se sueldan en su lugar. Las tiras se pueden interrumpir raspando una sección del cobre; para ello existen cortadores de placas perforadas, que son básicamente una broca con mango y se utilizan girando sobre los orificios de la tira.

La construcción de forma libre se puede utilizar en casos donde una PCB sería demasiado grande o requeriría demasiado trabajo para fabricar un número reducido de componentes. Se utilizan varios métodos de construcción. En un extremo, se puede usar un lápiz de cableado con una placa perforada, lo que produce resultados limpios y profesionales. En el otro extremo está el estilo " insecto muerto ", con los circuitos integrados invertidos y sus pines apuntando hacia arriba como un insecto muerto; los terminales de los componentes generalmente se sueldan directamente a otros componentes cuando es posible, y muchos circuitos pequeños no tienen cables adicionales. Si bien puede parecer desordenado, la construcción de forma libre se puede utilizar para crear circuitos más compactos que otros métodos. Esto se usa a menudo en robótica BEAM y en circuitos de RF donde los terminales de los componentes deben mantenerse cortos. Esta forma de construcción la utilizan aficionados para circuitos únicos, y también profesionales para el desarrollo de circuitos, particularmente a altas frecuencias. ^{[ 4 ]}

Para trabajos de alta frecuencia, se puede utilizar una base metálica soldable conectada a tierra, como la cara de cobre de una placa de circuito impreso sin grabar, como base y plano de tierra. En una nota de aplicación de Linear Technologies se incluye información sobre el prototipado de alta frecuencia e ilustraciones de la construcción de un circuito de prueba con plano de tierra. ^{[ 4 ]}

• envoltura de alambre

• Una imagen de un parche de circuito estilo "insecto muerto".
• El libro "Técnicas de cableado progresivo" muestra un ejemplo de construcción punto a punto aplicada a componentes de montaje en superficie .