Conectores: conceptos básicos

Los conectores son una parte predominante de casi cualquier proyecto electrónico. Es importante comprender cuáles son los conectores disponibles y las consideraciones de especificación que uno debe tener en cuenta a lo largo del proceso de diseño. No querrá acercarse al final del proyecto y descubrir que necesita agregar un conector y que debe ajustar el proyecto para adaptarlo, ya que puede resultar costoso en términos de tiempo y dinero.

Al seleccionar un conector para su proyecto, hay algunos aspectos que debería considerar a la hora de especificar los requisitos para su conector. Algunas de las preguntas más comunes son las siguientes:

• ¿Qué cantidad de contactos necesita que tenga el conector?
• ¿Cómo le gustaría o cómo necesita montar cada conector?
• ¿Cómo y a qué necesita montarlo?
• ¿Qué método de terminación necesita o desea para su aplicación?
• ¿Los conectores que se utilizan deben proporcionar protección de ingreso?
• ¿Qué voltaje y corriente espera que maneje la conexión?

Cantidad de contactos

En muchos casos, se conoce la cantidad de contactos requeridos por el conector. Sin embargo, a veces, otras necesidades relacionadas con la aplicación general y la disponibilidad de los elementos pueden terminar por afectar las especificaciones del elemento seleccionado resultante.

También debe tenerse en cuenta la potencia que el conector deberá manejar, ya que esto afectará la opción que se seleccione. A medida que la capacidad de manejo de potencia de un conector continúe aumentando, descubrirá que la cantidad total de contactos para cualquier tamaño de paquete/carcasa disminuirá. Esto se debe a que se necesita más espacio para un mayor calibre de cable o para voltajes más altos. Algunos fabricantes han logrado aumentar el voltaje nominal al añadir más aislamiento entre los contactos y la "distancia" total que el arco eléctrico necesitaría para el recorrido de un contacto al siguiente. Además, hay algunos conectores que tienen un contacto de conexión a tierra integrado en el resto de los contactos. Son más largos que los demás contactos del conector y se utilizan para reducir/eliminar el arco entre los dos conectores de acoplamiento/desacoplamiento.

A continuación se detallan algunos puntos que deben tenerse en cuenta y considerarse durante el proceso de selección:

• ¿Cuántos conectores y contactos necesitaría/estaría dispuesto a tener para el ingreso y la salida de energía de un gabinete?
• Tipos generales de combinación que un conector podría tener para los contactos
  • Solo contactos de potencia
  • Solo contactos de señal
  • Contactos de potencia y señal
  • Contacto de señal + conexión a tierra
• Si solo puede usar un conector para el proyecto, es posible que necesite usar un conector un poco más grande que sea capaz de incorporar todos los contactos.
• Si las señales y la potencia están separadas, ocuparán más espacio. Sin embargo, esto puede ser necesario para el diseño general de la aplicación o si la función de las aplicaciones hace que estén separadas.

Tipo de montaje

Otro aspecto que debe considerar para su proyecto es cómo desea o necesita que se monte cada conector. Entre los tipos de montaje cabe nombrar los siguientes, con algunos enlaces de ejemplo:

• Orificio pasante a las clavijas de una placa CI: los conductores de terminación del conector se utilizan para montar/fijar el elemento a la placa de circuito a través de los orificios que se encuentran en la placa.
  • Conectores circulares
  • Conectores D-Sub
  • Conectores rectangulares: cabezales, clavijas macho
  • Conectores rectangulares: cabezales, enchufes hembra
• Montaje en superficie a una placa CI: los conductores de terminación del conector se utilizan para montar/fijar el elemento a la placa de circuito ubicada en la almohadilla de contacto en la superficie de la placa.
  • Conectores circulares
  • Conectores D-Sub
  • Conectores rectangulares: cabezales, clavijas macho
  • Conectores rectangulares: cabezales, enchufes hembra
• Montaje en panel: en este caso, se realiza un orificio en una superficie o panel y el conector se coloca a través o ante el orificio. La sujeción puede variar desde una rosca y una tuerca hasta el conector que se mantiene en su lugar como resultado del montaje en una placa detrás del panel.
  • Conectores rectangulares: libre suspensión, montado en panel
  • Conectores circulares
  • Conectores circulares: receptáculos
• Montaje aéreo/de cable libre: el conector se monta/instala en el cable con el que está terminado.
  • Conectores circulares
  • Conectores circulares: receptáculos
  • Conectores rectangulares: receptáculos
• Montaje en placa/borde de tarjeta/abertura de placa: para el borde de la tarjeta, las terminaciones están cerca del borde de la placa, y en muchos casos el conector se modifica para aprovechar el hecho de que está en el borde. El caso del montaje en la abertura de la placa es similar, ya que se ubica cerca del borde de la placa. Sin embargo, se hace una abertura en la placa para que el conector tenga un perfil más bajo. En ambos casos, se utiliza el perfil general más bajo que puede resultar de estos tipos de montaje. Esto se puede hacer porque no hay otro espacio disponible en la placa o debido a otras necesidades de diseño.
  • Conectores USB, DVI, HDMI
  • Conectores coaxiales (RF)
• Pasante por placa: es similar al montaje en la abertura de la placa. Sin embargo, este tipo de montaje no suele verse al borde de la placa. También son similares a los conectores con montaje en panel, ya que se montan a través de un orificio que se hace en la placa. Algunas terminaciones se colocan a través de orificios de la placa y se sueldan en el mismo lado en que se acopla el conector, mientras que otros se montan en la superficie junto a la placa, desde donde se montan los conectores (del lado opuesto en el que se acopla el conector). Los siguientes son ejemplos de este tipo de elemento:
  • Terminales: conectores de cable a placa
  • Conectores de iluminación de estado sólido
  • Conectores rectangulares: de ingreso a la placa, conectores directos de cable a placa

Método de montaje

Se sabe que los términos montaje y terminación se usan indistintamente; sin embargo, debe tenerse en cuenta que este no siempre es el caso y que puede haber una distinción. El término "montaje" indica cómo se sujetan/adjuntan el proyecto general y el conector como una interfaz completa. El término "terminación" indica cómo se hacen las conexiones eléctricas. En la mayoría de los casos, el montaje de orificio pasante y el montaje en superficie indican elementos que se montarían y terminarían de una manera particular (para obtener más información, consulte la sección Método de terminación a continuación). El siguiente es un ejemplo posible de una combinación de montaje, acoplamiento y terminación:

• El conector 1 está
  • montado en panel
  • y termina en la placa con contactos montados en superficie en ángulo recto.
• El conector 2 que se acopla al conector 1 es
  • un conector de montaje aéreo
  • con terminaciones de tornillo.

Método de terminación

¿Qué método de terminación se necesita para cada extremo o conexión? Si no hay una necesidad predefinida de un tipo específico, esto puede depender de su preferencia. Sin embargo, para algunas aplicaciones puede necesitarse un tipo particular de terminación.

• Terminación de soldadura/soldadas: este método de terminación para los conectores debería funcionar bien para una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, si la aplicación va en áreas de alta temperatura, quizás deba considerar otros medios mecánicos de terminación. La soldadura puede utilizar tanto para la terminación de un cable como para conexiones terminadas en la placa. Como tal, este tipo de terminación incluye una variedad de formas en que se puede soldar un artículo. Los términos "soldadura de orificio pasante" y "montaje en superficie", como se indicó anteriormente, describen un tipo de montaje y terminación.

Figura 1: Terminaciones soldadas de conector típicas.

• Soldadura de orificio pasante: en el lado de terminación del conector hay conductores diseñados para atravesar orificios en una placa, que están preparados y generalmente tienen almohadillas de cobre en la otra superficie de la placa desde el conector de orificio pasante. Una vez colocados, se sueldan en su lugar.

Figura 2: Este conector de placa a placa/de placa a cable está diseñado para soldarlo a través de un orificio a una placa CI.

• Terminación de montaje en superficie: los cables del artículo y las almohadillas de montaje están en el mismo lado de la placa CI. El artículo se coloca a mano y se suelda en su lugar, o bien se utilizan métodos de reflujo o de soldadura por onda para soldarlo en su lugar. Tenga en cuenta que algunos tipos de conectores de placa/de borde de tarjeta también son tipos de montaje en superficie.

Figura 3: Este conector de placa a placa/de placa a cable está diseñado para el montaje en superficie a una placa CI.

• Engarzado: se sabe que este tipo de terminación es bastante robusta y confiable y se puede utilizar o terminar con alambres. Sin embargo, eso se basa en la calidad del propio engarzado y la instalación correcta en el receptáculo de contacto. Para lograr un engarzado y una conexión general de calidad, debe asegurarse de que se utilicen los contactos correctos para el receptáculo, así como las tenazas engarzadoras correctas. Para estos contactos, las herramientas son un paso importante. Si no le preocupa la calidad final, entonces es posible que pueda utilizar otras herramientas que ya tenga u otras opciones de menor costo. Sin embargo, si le preocupa la calidad final, entonces debería utilizar las herramientas recomendadas por el fabricante y seguir los pasos de preparación apropiados para el cable y cualquier dato de calidad de engarzado que el fabricante pueda proporcionarle para la inspección posterior del engarzado. (Nota: No es necesario revisar todo, solo una muestra para verificación). Si se produce una falla en la conexión por no utilizar las herramientas y los procedimientos correctos, la mayoría de los fabricantes de dichos conectores no brindarán soporte o garantía.

Figura 4: Ejemplo de un contacto que se engarza en las extremidades del cable pelado

• A presión/de inserción
• Este tipo puede ser una terminación permanente o una que se puede liberar. También se sabe que este tipo brinda fiabilidad y robustez. Sin embargo, si se utiliza en un ambiente de alta vibración, se recomienda revisar las clasificaciones de vibración del elemento.
• La terminación de estos tipos normalmente solo requiere que se pele el cable; luego, se empuja hacia el conector, o bien se acciona una palanca hasta desbloquearla y se inserta el cable y se mueve la palanca a un estado de bloqueo.
• Las variaciones que permiten la liberación del cable tendrían un mecanismo integrado o necesitarían algo como un destornillador de hoja plana presionado en una ranura del receptáculo.

Figura 5: Este conector de montaje en la placa tiene cables pelados terminados que los empuja hacia la abertura inferior. En este caso, si es necesario, se puede usar una herramienta para liberar el cable.

Figura 6: Este elemento de montaje aéreo habría eliminado cables terminados que presionen/inserten el cable en uno de los extremos. Para este artículo en particular, el cable se puede liberar mediante una acción de torsión y tirón.

• Terminales de tornillo: se usan en una variedad de tipos de conectores y se pueden usar de diferentes maneras. Los siguientes elementos son ejemplos de los diferentes tipos de terminales de terminación de tornillo:
• 281-2879-ND | 609-4193-ND | 732-2759-ND | 281-3218-ND | 609-3832-ND | WM7477-ND | 732-10091-ND | ED2947-ND | 1776293-3-ND | WM5751-ND | WM5761-ND

Figura 7: Estos son ejemplos de conectores que usan tornillos en los extremos de cables.

• Conexión bobinada
• Los ejemplos incluyen el CWN-370-50-0000. Este tipo de conector se puede utilizar en una aplicación de conexión bobinada.
• El CWN-370-50-0000 está diseñado para montarse primero en una placa CI, soldarse en su lugar y luego hacer una conexión bobinada.
• Estos conectores no necesariamente se usan en un producto que se vaya a poner en producción a gran escala. Se usan en productos finales de alta frecuencia y prototipos con conteos de producción bajos.
• El siguiente enlace muestra información sobre las prácticas de conexión bobinada.

Figura 8: Estos son ejemplos de artículos que usan un método de conexión bobinada para terminar los cables.

• Ajuste a presión: puede ser un tipo de terminación sin soldadura. Como resultado, esto puede ayudar a reducir el costo total de un proyecto. Tenga en cuenta que están diseñados principalmente para su uso sin soldadura. Sin embargo, si por alguna razón necesita soldar dicho artículo, sepa que hacerlo puede afectar la pieza y es posible que el fabricante no brinde soporte ante los problemas que surjan. Si elige soldar estos artículos, se recomienda tener discreción y realizar las pruebas pertinentes. Para este tipo de terminación también hay herramientas que podría utilizar para asegurar una inserción pareja y un asiento completo del artículo. Se recomienda utilizar las herramientas que el fabricante enumere. Si no se enumera ninguna herramienta, quizás deba comunicarse con el fabricante directamente, ya que es posible que necesiten hablar con usted sobre las necesidades de su aplicación. El resumen de tecnología de ajuste de presión de DigiKey es una gran referencia para este tipo de tecnología.

Figura 9: Estos son ejemplos de elementos que terminarían en orificios colocados en la placa en la que se montaron, tanto a través del orificio pasante como del estilo de ajuste a presión.

Consideraciones ambientales

Si la aplicación se encuentra en un entorno bastante tranquilo y no se espera que deba enfrentarse a situaciones extremas, prácticamente cualquier conector funcionaría para las necesidades específicas definidas. Sin embargo, como algunos proyectos son para entornos más hostiles, donde hay factores como vibración, choque cinético, blindaje, ingreso ambiental, petróleo, solventes o una variedad de químicos y elementos corrosivos a los que pueda estar expuesto el conector en cuestión, debe tener dichos factores en mente durante el proceso de selección.

• Vibración y choque cinético
• Para las conexiones que se encuentran dentro de un gabinete, puede seleccionar elementos que tengan características adicionales, como pernos de montaje y almohadillas/clavijas de soldadura adicionales más grandes. El resumen del producto XH5 de Omron muestra algunas opciones que casualmente incluyen esos dos tipos de características. A partir de la página 3, hay dibujos del artículo y el patrón de montaje que debe usarse para cada artículo a fin de aprovechar las características de montaje.
• Para las conexiones que entran o salen del gabinete, puede haber un buen número de opciones que se podrían seleccionar para un tipo de conector en particular.
• Revise las especificaciones de los conectores que está considerando para ver si fueron probados y calificados para el nivel de choque y vibración que estima que experimentará el proyecto.
• Blindaje
• Si le preocupa el ruido magnético ambiental o cree que pueda causar problemas periódicamente, debe utilizar blindaje.
• Para los conectores en los que se utiliza blindaje, debe considerar si solo una parte específica tendría el blindaje o si toda la ruta (en el caso de los cables) necesita un blindaje unificado. Tomemos el ejemplo de los cables Ethernet. Si el entorno es más bien doméstico, entonces se podrían usar algunos cables Ethernet básicos y conectores modulares de ocho posiciones. Sin embargo, a medida que aumenta el ruido magnético ambiental, debería considerar/implementar el uso de conectores modulares blindados y cables Ethernet.
• La nota de Wurth Electronik sobre los conceptos de blindaje EMI efectivo es una buena referencia que puede consultar para obtener información sobre problemas de blindaje.
• En el caso del petróleo, los solventes o cualquier otro tipo de productos químicos y corrosivos, es posible que no encuentre opciones que se ajusten a las otras especificaciones y que además tengan calificaciones para los entornos que las incluyen. En algunos casos, puede que deba conversar con el fabricante para obtener una variación de un artículo que podría manejar dicho entorno si aún no está calificado para hacerlo.
• A continuación, se incluye información sobre tales riesgos ambientales:
• Guía de sección del material del conector de para ambientes extremos de Amphenol
• Corrosión galvánica (electrolítica) de Samtec
• ¿El conector necesita tener protección de ingreso?
• Las clasificaciones de protección de ingreso indican en qué medida un artículo puede evitar que ingresen elementos sólidos/polvo y humedad/agua a un área que se está protegiendo. Si esto es una preocupación, debe considerarse durante todo el proceso de selección de un conector. De esta manera, puede filtrar todas las opciones que no coincidan con los requisitos de ingreso.
• Formato de protección de ingreso IPX¹X²YZ
• IP = Protección de ingreso
• X¹
• 0. Sin protección especial
• 1. Protegido contra objetos sólidos de más de 50 mm; p. ej.: si una persona lo toca accidentalmente con las manos
• 2. Protegido contra objetos sólidos de más de 12 mm; p. ej.: los dedos de una persona
• 3. Protegido contra objetos sólidos de más de 2.5 mm; p. ej.: herramientas y cables
• 4. Protegido contra objetos sólidos de más de 1 mm; p. ej.: herramientas y cables pequeños
• 5. Protegido contra el polvo, ingreso limitado (sin depósito nocivo)
• 6. Totalmente protegido contra el polvo
• X²
• 0. Sin protección
• 1. Protección contra la caída vertical de agua; p. ej.: condensación
• 2. Protección contra pulverizaciones directas de agua hasta 15° desde la vertical
• 3. Protegido contra pulverizaciones directas de agua hasta 60° desde la vertical
• 4. Protección contra pulverizaciones de agua desde todas las direcciones; se permite un ingreso limitado
• 5. Protegido contra chorros de agua a baja presión desde todas las direcciones; ingreso limitado
• 6. Protegido contra inundaciones temporales de agua; p. ej.: para el uso en cubiertas de barcos; se permite un ingreso limitado
• 7. Protegido contra el efecto de inmersión entre 15 cm y 1 m
• 8. Protección contra largos períodos de inmersión bajo presión
• Y y Z
• No siempre se usa
• Se puede usar para invocar múltiples especificaciones Se encontró la siguiente información que puede ayudar a definir Y y Z
• Esto es lo que recibí del equipo de ingeniería de Switchcraft: "El código de IP está definido en IEC 60529. He incluido una captura debajo de la información básica". (Figura 10)

Figura 10: El código IP según se define en la norma IEC 60529. (Fuente de la imagen: Switchcraft)

• Existen otras especificaciones que se pueden ampliar según los dígitos opcionales. La norma DIN 40 050 agrega una opción "K" para el equipo eléctrico en vehículos de carretera. Por ejemplo, el artículo IP69K representa un gabinete hermético al polvo (6) protegido contra la limpieza a alta presión/chorro de vapor (9K).
• Consulte los siguientes enlaces para obtener más información sobre las especificaciones:
• Clasificación de protección de ingreso (IP) de Omron
• Código de IP de Wikipedia
• Clasificación de IP de The Engineering Toolbox

Corriente y voltaje nominales

• ¿Qué corriente nominal se necesita?
• Al seleccionar un conector, debe seleccionar una opción que pueda manejar la corriente máxima esperada que podría aplicarse al conector.
• Se recomienda seleccionar una opción que pueda manejar una corriente mayor de la necesaria, si es posible, para tener un margen en caso de una sobrecorriente inesperada.
• Algunos conectores no muestran la corriente en la documentación. Si ese es el caso:
• Para los artículos montados en la placa, intente encontrar un acople montado en el cable. El calibre del cable de ese artículo se puede utilizar para encontrar la calificación actual.
• Consulte el siguiente enlace para ver la conversión de calificación de AWGàcurrent:

http://www.powerstream.com/Wire_Size.htm.

• ¿Qué voltaje nominal necesita manejar?
  • Al seleccionar un conector, debe elegir una opción que pueda manejar el voltaje máximo esperado que podría aplicarse al conector.
  • Se recomienda seleccionar una opción que pueda manejar un voltaje mayor del necesario, si es posible, para tener un margen en caso de un sobrevoltaje inesperado.
  • Si el elemento específico que está buscando no indica el voltaje, puede hacer lo siguiente:
    • En algunos casos, puede revisar otros elementos con un paso de contacto y estructuras físicas iguales o muy similares. Algunos de estos podrían indicar los voltajes que se pueden manejar.
    • Si no hay datos disponibles sobre el voltaje nominal, comuníquese con el fabricante del artículo para ver si puede proporcionar esa información, o bien con el equipo de ingeniería de aplicaciones de DigiKey para ver si pueden ayudar a localizar esa información.