Casi cualquier sistema que deseamos diseñar usa conectores de algún tipo. Estos conectores pueden ser solo internos, pueden conectar una placa a otra, agregar antenas para comunicación o proporcionarnos entradas y salidas externas de alimentación y señal. Con cada conector, obtenemos una resistencia adicional en nuestra cadena de señales. La resistencia, según el conector, puede ser positiva o negativa para lo que intentamos conseguir.
En una cadena de señales, existen varias fuentes diferentes de resistencia. Los trazos en la placa, sin importar su longitud o material, agregan una resistencia medible a un circuito (a menos que coloque superconductores en las placas de circuito impreso (PCB); en ese caso, me encantaría saber cómo lo logró). Aunque nos encanta referirnos a los elementos del circuito como “ideales”, la verdad es que también contribuyen a la resistencia, a veces, adrede para ayudar en la creación de filtros o para emparejar impedancias de antenas. Los cables entre elementos se parecen mucho a los trazos y agregan otra fuente o resistencia. Finalmente, llegamos al conector, en el que podemos pensar solo como el paso de alimentación o datos, pero tenemos que tenerlo en cuenta cuando hablamos de resistencias que afectan nuestros circuitos.
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Efectos de la resistencia eléctrica
Entonces, ¿qué sucede cuando aparece resistencia en nuestros puntos de conexión? Lo primero que observaremos, probablemente, será una caída de tensión. Al igual que ocurre con cualquier resistor en un sistema, el resultado es un diferencial de tensión a medida que pasa la corriente a través de él; en algunos casos, con corrientes altas, puede haber caídas de hasta 2/10 de voltio, lo que, en general, no es una gran cantidad. Si trabaja en sistemas de baja tensión, como una matriz de puertas lógicas programable en campo (FPGA) y microprocesadores que usan corrientes muy altas, y, de repente, funcionan a 3.3 V o a menos de 2/10 de voltio, debe prestar atención. En conectores de alta tensión, como 600 V, es probable que 2/10 de voltio pasen desapercibidos en su tensión de ondulación.
Pérdida de potencia a causa de la resistencia
El siguiente elemento que se observa es la pérdida de potencia o calor, cuando pasa corriente a través de un elemento resistivo, habrá algo de pérdida de potencia por el calor y, cuanto más resistivo sea ese elemento, más potencia quemará. Una desventaja de esto es que la eficiencia del sistema baja. La peor que he visto es un 0.1 % de pérdida de potencia en el conector. Cuando se trabaja en un sistema que intenta alcanzar la máxima eficiencia posible, 0.1 % es bastante. Otro impacto de esta pérdida de potencia por el calor es que el conector se calienta, y los conectores suelen deteriorarse con el aumento de temperatura, lo que significa que la estabilidad de su sistema se puede ver comprometida.
Resistencia eléctrica: efectos positivos
Mencioné estos aspectos negativos sobre la resistencia de los conectores, pero hay algunas áreas en las que la resistencia es necesaria. Lo primero que se me ocurre es en el emparejamiento de antenas y la salida de audio. En conectores RF, se requiere que la impedancia de salida del transmisor coincida con la impedancia de la antena con la mayor exactitud posible, lo que permite una salida de potencia máxima. Muchas veces, los sistemas RF se basan en una especificación de 50 ohm. En la salida de audio, la disposición de impedancia ideal es que la del amplificador sea inferior a la del altavoz, por lo que los conectores deben ser de resistencia baja a fin de no impactar en esta relación.
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Un experimento de resistencia eléctrica
Ahora que vimos algunos de los impactos de la resistencia de los conectores, podemos comparar algunos de ellos. Tomé datos de un puñado de conectores Molex, principalmente de la variedad de conectores de alimentación, como las series EXTreme, Sabre y Mini‑Fit. Estos conectores tienen resistencias que oscilan de los 0,15 miliohmios, muy bajo, como en la serie Zpower, a 20 miliohmios en los contactos de señal PowerPlus, y admiten tensiones y corrientes de hasta 600 V y 50 A, respectivamente. Esperaba ver un patrón simple de aumento de potencia y disminución de resistencia, pero no fue el caso. Molex fue más allá de solo disminuir la resistencia: miró las aplicaciones de los conectores de forma más holística y los mejoró para satisfacer las necesidades específicas.
Según las aplicaciones, la resistencia del conector no es el único factor determinante; también se tiene que considerar la durabilidad, el recuento de ciclos, los materiales, el caso de uso y los costos. En general, a medida que los niveles de potencia aumentan, la resistencia disminuye, pero hay un esfuerzo conjunto en cuanto a los conectores de potencia para mantener las resistencias bajas, hay más variación de resistencia en líneas de señales. La resistencia impacta el diseño del circuito, afecta la adaptación de impedancias y se la debe analizar de cerca cuando se toman decisiones sobre componentes.