CurriculumCurrículoSTEMGrades 9 to 12Grados 9 a 12STEM-HS-05
Electronics and PCB IElectrónica y placas de circuito impreso I
Turn a working breadboard circuit into a printed circuit board design: draw the schematic, lay out the board, pass design rule checks, and survive a peer review.Convierta un circuito que funciona en protoboard en el diseño de una placa de circuito impreso: dibuje el diagrama, diseñe la placa, pase las verificaciones de reglas y supere una revisión.
- Ways in:Formas de empezar:
- Read, 1 minuteLeer, 1 minuto
- Do, 225 minutesHacer, 225 minutos
- Simulate, 5 minutesSimular, 5 minutos
- GradesGrados
- Grades 9 to 12, and any learner ready for itGrados 9 a 12, y cualquier persona lista para ello
- TimeTiempo
- 5 sessions of about 45 minutes5 sesiones de unos 45 minutos
- CostCosto
- Needs equipmentNecesita equipo
The MESH'D components this unit uses:Los componentes MESH'D que usa esta unidad:ManufacturingManufacturaElectronicsElectrónicaHolistic DesignDiseño integral
The driving questionLa pregunta central
How does a breadboard become a product?¿Cómo se convierte un protoboard en un producto?
Schematic capture, board layout, design rules and a peer design review, run the way industry runs them. A board is not done when every connection is routed. It is done when it survives review.Captura del diagrama esquemático, diseño de la placa, reglas de diseño y una revisión entre compañeros, hechas como en la industria. Una placa no está terminada cuando todas sus conexiones están trazadas. Está terminada cuando sobrevive a la revisión.
Learners will be able toAl terminar se podrá
- Capture a working breadboard circuit as a schematic.Pasar a un diagrama esquemático un circuito que funciona en protoboard.
- Complete a board layout that passes design rule checks.Completar un diseño de placa que pase las verificaciones de reglas de diseño.
- Present at a design review and address the findings.Presentar en una revisión de diseño y atender los hallazgos.
Where the math isDónde están las matemáticas
Trace geometry, clearances and footprint dimensions.Geometría de las pistas, separaciones y dimensiones de las huellas de los componentes.
Texas standards, strand levelEstándares de Texas, por componente
- Technology Applications: Practical Technology ConceptsAplicaciones tecnológicas: Conceptos prácticos de tecnología
Session by sessionSesión por sesión
What to doQué hacer
- Capture a circuit that already works on a breadboard as a schematic.Capture como diagrama esquemático un circuito que ya funciona en protoboard.
- Learn layout basics: footprints, traces, clearances and design rule checks.Aprenda lo básico del diseño de placas: huellas, pistas, separaciones y verificación de reglas de diseño.
- Finish the layout and hold the first round of peer design review.Termine el diseño y haga la primera ronda de revisión entre compañeros.
- Choose a fabrication path, milling preferred over chemical etching for safety, or a board-fabrication service, and produce the board that way.Elija una forma de fabricación, de preferencia el fresado en lugar del grabado químico por seguridad, o un servicio de fabricación de placas, y produzca la placa por ese camino.
- Present to a panel-style design review.Presente ante una revisión de diseño tipo panel.
What you needLo que necesita
- Blank circuit boards and board materialsPlacas vírgenes y materiales para placas de circuito
- Mill bits or toner, depending on the fabrication pathBrocas de fresado o tóner, según la forma de fabricación
- A working breadboard circuit to captureUn circuito que funcione en protoboard para capturarlo
EquipmentEquipo
- A laptop or computer with schematic and board-layout softwareUna computadora portátil o de escritorio con un programa de diagramas y diseño de placas
- A desktop circuit-board mill or other board fabrication toolsUna fresadora de escritorio para placas u otras herramientas para fabricar placas
Needs equipment.Necesita equipo.
Finish the tool and soldering certification from the Workshop Bootcamp unit before any hands-on work here. Milling or a board-fabrication service is the default way to make the board. Chemical etching is not done unless the responsible adult approves a written etchant protocol: nitrile gloves, goggles, an apron, dedicated trays, a plan to neutralize and dispose of the etchant, and its safety data sheet at the station. The default answer to etching is no, because milling exists. Any soldering follows the bootcamp rules, with fine-pitch work inspected to a stricter standard. Use only the materials the unit names, keep each one's safety data sheet on hand, and dispose of it as the sheet says; nothing goes down the sink unless the sheet allows it. All learner electrical work is low-voltage direct current, twelve volts or less.Termine la certificación de herramientas y soldadura de la unidad Campamento de taller antes de cualquier trabajo práctico aquí. El fresado o un servicio de fabricación de placas es la forma predeterminada de hacer la placa. El grabado químico no se hace a menos que el adulto responsable apruebe un protocolo escrito para la solución de grabado: guantes de nitrilo, gafas de seguridad cerradas, delantal, charolas exclusivas, un plan para neutralizar y desechar la solución, y su hoja de datos de seguridad en la estación. La respuesta predeterminada al grabado químico es no, porque existe el fresado. Toda soldadura sigue las reglas del campamento de taller, y el trabajo de paso fino se inspecciona con un estándar más estricto. Use solo los materiales que nombra la unidad, tenga a la mano la hoja de datos de seguridad de cada uno y deséchelo como indica la hoja; nada se tira al fregadero a menos que la hoja lo permita. Todo trabajo eléctrico de los estudiantes es de corriente directa de bajo voltaje, doce voltios o menos.
What learners make and showLo que se hace y se muestra
A board design presented at a panel-style review: a correct schematic, a clean design rule check, and written answers to every finding.Un diseño de placa presentado en una revisión tipo panel: un diagrama esquemático correcto, una verificación de reglas sin errores y respuestas por escrito a cada hallazgo.
Mix-ups to expectConfusiones que esperar
- Routed means done. The review decides when a board is done.Trazada significa terminada. La revisión decide cuándo una placa está terminada.
- Design rule checks are just paperwork. They catch traces that are too close together or too thin, errors that would make a real board fail.Las verificaciones de reglas de diseño son puro papeleo. Detectan pistas demasiado juntas o demasiado delgadas, errores que harían fallar una placa real.
- Reviews are attacks. A review finds problems while they are still cheap to fix, and you answer each finding in writing.Las revisiones son ataques. Una revisión encuentra problemas cuando todavía es barato corregirlos, y usted responde cada hallazgo por escrito.
At homeEn casa
Try it at the kitchen tablePruébelo en la mesa de la cocina
Display the finished board next to its schematic at home, and ask your learner to trace one connection from the drawing to the copper.Exhiban en casa la placa terminada junto a su diagrama esquemático y pida a su estudiante que siga una conexión desde el dibujo hasta el cobre.
Simulate, 5 minutesSimular, 5 minutos
Volts, ohms and amps: Ohm's lawVoltios, ohmios y amperios: la ley de Ohm
Light a bulb from a battery, add a resistor in a row or side by side, and read the volts and amps on a multimeter, the way an electrician checks a circuit.Encienda un foco con una pila, agregue una resistencia en fila o lado a lado, y lea los voltios y amperios en un multímetro, como revisa un circuito un electricista.
The drawing shows where it starts. It runs here once its script has loaded.El dibujo muestra dónde empieza. Funciona aquí una vez que carga su código.
Your challengeSu reto
- Light the bulb to its full brightness, but no brighter.Encienda el foco a toda su luz, pero no más. Not done yet.Todavía no.
- In a row, find the resistor that shares the battery's volts about equally with the bulb.En fila, encuentre la resistencia que se reparte los voltios de la pila casi por igual con el foco. Not done yet.Todavía no.
- Side by side, make the battery give at least twice the bulb's current.Lado a lado, haga que la pila dé por lo menos el doble de la corriente del foco. Not done yet.Todavía no.
- Set the meter to amps and make it read one hundred milliamps from the battery, give or take three.Ponga el medidor en amperios y haga que marque cien miliamperios de la pila, tres más o tres menos. Not done yet.Todavía no.
Every challenge done. Now try it for real at home.Todos los retos logrados. Ahora pruébelo de verdad en casa.
Current through the bulbCorriente por el foco
The meter readsEl medidor marca
Current from the batteryCorriente de la pila
Ohm's law for the bulb ofLey de Ohm para el foco de :
Current is volts divided by ohms. The dots are the moving charge, out of the battery's plus side, through the parts and back. The meter reads volts with its probes on both ends of a part; to read amps, the current must flow through it, so it goes into the loop. The bar fills at what the bulb is made for.La corriente es los voltios divididos entre los ohmios. Los puntos son la carga en movimiento: sale del lado positivo de la pila, pasa por las partes y regresa. El medidor lee voltios con sus puntas en los dos extremos de una parte; para leer amperios, la corriente tiene que pasar por él, así que se pone dentro del circuito. La barra se llena con lo que aguanta el foco.
What is happeningQué está pasando
A battery pushes, and its push is measured in volts. A part holds the current back, and its hold is measured in ohms. The current that flows is measured in amps, and it is the push divided by the hold: amps equal volts divided by ohms. That is Ohm's law. More volts give more current; more ohms give less.Una pila empuja, y su empuje se mide en voltios. Una parte frena la corriente, y lo que frena se mide en ohmios. La corriente que pasa se mide en amperios, y es el empuje dividido entre lo que frena: los amperios son los voltios divididos entre los ohmios. Esa es la ley de Ohm. Más voltios dan más corriente; más ohmios dan menos.
Put a resistor in a row with the bulb and there is only one path, so the same current flows through both. Their ohms add up, so less current flows, and the battery's volts are shared between them: the bulb gets only part of the push, and it is dimmer.Si pone una resistencia en fila con el foco, hay un solo camino, así que la misma corriente pasa por los dos. Sus ohmios se suman, así que pasa menos corriente, y los voltios de la pila se reparten entre ellos: el foco recibe solo parte del empuje, y brilla menos.
Put them side by side and each one gets the battery's full push. The bulb is just as bright as alone, the resistor takes its own current too, and the battery has to give both currents at once, so it runs down faster.Si los pone lado a lado, cada uno recibe todo el empuje de la pila. El foco brilla igual que solo, la resistencia también toma su propia corriente, y la pila tiene que dar las dos corrientes a la vez, así que se gasta más rápido.
A multimeter measures both. To read volts, touch its two probes to the two ends of a part. To read amps, the current has to flow through the meter, so you open the loop and put the meter into it.Un multímetro mide las dos cosas. Para leer voltios, toque con sus dos puntas los dos extremos de una parte. Para leer amperios, la corriente tiene que pasar por el medidor, así que se abre el circuito y se pone el medidor dentro.
Things to tryCosas para probar
- Add one cell at a time and watch the current climb. Does it climb by the same amount each time?Agregue una pila a la vez y vea cómo sube la corriente. ¿Sube lo mismo cada vez?
- Put the resistor in a row with the bulb and measure the volts across each part. Add them up.Ponga la resistencia en fila con el foco y mida los voltios en cada parte. Súmelos.
- Switch from in a row to side by side and watch what happens to the bulb and to the battery's current.Cambie de en fila a lado a lado y vea qué les pasa al foco y a la corriente de la pila.
- Try the smallest resistor side by side with six cells. What would happen to a real resistor?Pruebe la resistencia más pequeña lado a lado con seis pilas. ¿Qué le pasaría a una resistencia de verdad?
This is a model. It holds the bulb at the resistance it has when lit; a real bulb's wire has much less resistance when cold, so at low voltage a real bulb takes more current than shown. Real batteries lose a little voltage as they work and as they run down, and a real meter takes a tiny bit from the circuit.Esto es un modelo. Mantiene el foco con la resistencia que tiene encendido; el alambre de un foco real tiene mucha menos resistencia en frío, así que con poco voltaje un foco real toma más corriente de la que se muestra. Las pilas reales pierden un poco de voltaje al trabajar y al gastarse, y un medidor real le quita un poquito al circuito.
Open the simulation on its own pageAbrir la simulación en su propia página
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The credit to copyEl crédito para copiar
Free BYRD, CC BY. “Electronics and PCB I” from the Byrd Academy STEM Curriculum by Byrd EDU, byrdathome.org.Free BYRD, CC BY. “Electrónica y placas de circuito impreso I”, del Currículo STEM de Byrd Academy, de Byrd EDU, byrdathome.org.
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