Símbolos de circuito: Clave para comprender los diagramas eléctricos y electrónicos

Los símbolos de circuito son elementos esenciales en los diagramas eléctricos y electrónicos, ya que permiten representar de forma estandarizada y simplificada los circuitos y sus componentes más complejos. Estos símbolos son fundamentales para que ingenieros, electricistas y técnicos puedan comprender el funcionamiento de un circuito sin necesidad de consultar documentación adicional.

El reconocimiento universal de estos símbolos garantiza una interpretación coherente en distintos idiomas y regiones, lo que facilita tanto la formación técnica como el proceso de enseñanza y aprendizaje en el ámbito de la ingeniería eléctrica y electrónica.

Los diagramas de circuitos están formados por diversos componentes como interruptores, condensadores, resistencias y baterías, conectados mediante redes o trazos. Cada componente tiene un símbolo único con características específicas. Comprender el funcionamiento de los componentes es esencial para un diseño y análisis de circuitos efectivos. El conocimiento de las propiedades de resistencias, condensadores y transistores permite a los ingenieros predecir las interacciones entre los componentes, alcanzar los resultados deseados y resolver problemas.

¿Cómo forman los símbolos de circuito el diagrama del circuito?

Los símbolos de circuitos electrónicos son dibujos o pictogramas concisos que representan los distintos componentes en el diagrama esquemático de un circuito. En dichos diagramas, los elementos eléctricos suelen tener dos o más terminales para conectar los componentes. Los símbolos eléctricos y electrónicos fundamentales incluyen el electrodo de tierra, la batería y la resistencia. Estos símbolos facilitan la representación incluso de los circuitos más complejos. Con estos símbolos esenciales, cualquiera puede dibujar un diagrama eléctrico. Por ejemplo, un circuito básico comprende una batería, un interruptor y una bombilla conectados en un circuito cerrado.

Aunque un mismo circuito puede presentarse en múltiples formatos, las representaciones visuales resultan más intuitivas. Sin embargo, a medida que aumenta el número de componentes, también lo hace la complejidad visual. Al emprender un proyecto que implique construir circuitos o diseñar una PCB, comprender los símbolos electrónicos se vuelve fundamental. El diseño esquemático es el primer paso hacia el diseño de una PCB, y sin entender los símbolos que contiene, avanzar en dicho proyecto puede resultar un desafío.

Representando un circuito con símbolos vs palabras

Normalmente, para definir algo específico, las palabras son suficientes, pero el diagrama de circuito tiene sus propias ventajas. Los diagramas de circuito se vuelven autoexplicativos al utilizar símbolos. Representar el circuito con palabras es un proceso sencillo. Por ejemplo, el circuito mostrado anteriormente puede explicarse como ¨la batería está conectada al interruptor y a la bombilla en una combinación en serie¨. Esto es muy fácil de entender, pero cuando los diagramas se vuelven más grandes y complejos, es necesario usar diagramas de circuito y símbolos para representarlos. Esto permite que la persona analice rápidamente el circuito y comprenda qué está sucediendo.

En resumen, los símbolos electrónicos simplifican nuestra comprensión del circuito, ahorran tiempo y facilitan su interpretación.

Ventajas de los Símbolos de Circuito

El significado exacto de un símbolo se transmite mediante elementos como un punto, línea, letra, espaciado de letras, sombreado y número. Es necesario estar familiarizado con la estructura básica de varios símbolos para comprender los circuitos y sus significados correspondientes. A continuación, se presentan algunas de las principales ventajas de usar símbolos:

Reducen la confusión en la producción: Al utilizar un conjunto definido de símbolos eléctricos, se evita asignar símbolos distintos a componentes similares.

Disminuyen los retrabajos: Al desarrollar y usar un conjunto único y estandarizado de símbolos eléctricos, se eliminan retrabajos innecesarios y redundantes en los esquemas.

Mejoran la comunicación eléctrica y mecánica: El uso de símbolos eléctricos estandarizados reduce los casos de malentendidos entre los miembros de los equipos MCAD y ECAD. El uso de conexiones entre símbolos 2D y piezas modeladas en 3D asegura que todos estén alineados.

Ahorran tiempo: Los símbolos eléctricos estandarizados no solo evitan retrabajos, sino que también minimizan los malentendidos agilizando la comprensión de los esquemas.

Física detrás del diseño de los simbolos

Los símbolos se utilizan para representar componentes eléctricos o electrónicos. Como se ha mencionado anteriormente, es importante conocer cómo funciona un componente, ya que ese conocimiento es el punto de partida para el diseño de sus símbolos. Cada símbolo permite explicar, de manera simplificada, la física básica detrás del componente real.

La mayoría de los diseños de símbolos se basan en normas nacionales e internacionales, como las normas IEC, normas JIC, normas ANSI, normas IEEE, entre otras. Aunque los símbolos eléctricos están estandarizados, pueden variar según la disciplina de ingeniería o el área de aplicación, debido a tradiciones previas o costumbres locales.

Ejemplos que ilustran la física del circuito: La mayoría de los símbolos eléctricos incluyen interruptores y baterías, cuyos símbolos se muestran a continuación:

Interruptor (Switch): El símbolo del interruptor representa la conexión de un circuito cerrado y abierto, por lo que se adopta de manera universal para indicar esta función.

Bombilla (Light Bulb): La bombilla tiene cierta resistencia que se calienta para producir luz. En este caso, el símbolo muestra una marca de cruz que representa la luz proveniente de una fuente resistiva.

Batería (Battery): La batería es una fuente de energía formada por celdas, que contienen un electrolito químico en su interior y proporciona polaridad. Las celdas en el símbolo de la batería se representan mediante dos líneas desiguales en paralelo, con la polaridad positiva y negativa indicada en ellas.

Cable (Wire): IEl cable es un simple conductor que conecta dos dispositivos y tiene una resistencia muy baja, por lo que se representa mediante una línea recta que simboliza la conexión.

Existen otros símbolos más complejos que no son tan fáciles de explicar sin tener conocimientos sobre los componentes.

Lista de símbolos de diagramas de circuito y la física detrás de su diseño

Los diagramas de circuito se utilizan para representar de forma visual los símbolos empleados en los circuitos electrónicos. Cada circuito usa un conjunto de símbolos estandarizados para identificar sus distintos elementos. Para representar los dispositivos eléctricos fundamentales, se emplean diversos símbolos de componentes electrónicos. Cada dispositivo o componente utilizado en un circuito —ya sean componentes pasivos (como resistencias, condensadores e inductores), componentes activos (como diodos, transistores, amplificadores y transformadores), instrumentos de medida o puertas lógicas— tiene su propio símbolo correspondiente.

A continuación, se presentan los símbolos más utilizados en electrónica, junto con la física que hay detrás de su diseño:

Componentes pasivos:

Cables: Se utilizan para conectar diferentes componentes y, por ello, se representan mediante líneas rectas. Dos cables que se cruzan pueden o no estar conectados; si no hay conexión, se denomina crossover (cruce sin unión), mientras que si existe conexión, el punto de cruce se marca con un punto.

Interruptores: El símbolo del interruptor representa la conexión de un circuito cerrado o abierto. Por este motivo, el símbolo se ha adoptado universalmente de acuerdo con dicha función.

Resistencias: La resistencia actúa como un obstáculo al paso de la corriente eléctrica, por lo que se dibuja con una forma en zigzag. Una resistencia variable, en cambio, puede adoptar un valor dentro de un rango específico; por ello, su símbolo es una resistencia con una flecha en el centro.

Condensadores: Los condensadores se emplean para almacenar energía eléctrica en forma de carga. Un condensador posee dos placas internas para el almacenamiento de carga, y su símbolo se representa mediante dos barras paralelas separadas por cierta distancia. Existen también condensadores variables, representados con una flecha en el centro. Los condensadores pueden ser de tipo polar o no polar; los polares tienen polaridad positiva y negativa, mientras que los no polares carecen de polaridad.

Inductores: Los inductores también son un dispositivo de almacenamiento de energía en forma de su campo magnético. Es un dispositivo no polar y tiene una estructura similar a una bobina, por lo tanto, el símbolo se representa como:

Antena: La antena es el dispositivo más utilizado en la electrónica de radiofrecuencia (RF). Constituye la primera etapa de un receptor y se encarga de emitir o recibir ondas electromagnéticas (EM). El diseño de la antena puede variar en función de la aplicación, pero su símbolo eléctrico se representa de la siguiente manera:

Símbolos de potencia

Batería: Es una fuente de energía compuesta por celdas que contienen un electrolito químico en su interior, el cual proporciona polaridad. Las celdas en el símbolo de batería se representan mediante dos líneas paralelas de diferente longitud, donde se indica la polaridad positiva y negativa.

Tierra (Ground): La tierra en una red eléctrica sirve como punto de referencia común para los niveles de voltaje y proporcionan un camino de retorno para la corriente eléctrica. Su símbolo se adopta de acuerdo con su nombre y se representa de la siguiente manera:

VDD: En una red eléctrica, VDD representa el voltaje de alimentación positivo de los circuitos, normalmente usado junto con la referencia de tierra (GND). En un esquema, VDD y GND son etiquetas que se conectan a la batería: VDD al polo positivo y GND al polo negativo. El símbolo de VDD se representa de la siguiente manera:

Amperímetro y voltímetro (ammeter & voltmeter): El amperímetro mide la corriente en una red eléctrica y se conecta en serie con los componentes del circuito. El voltímetro mide el voltaje entre los componentes y se conecta en paralelo. Ambos tipos de medidores son tradicionalmente analógicos y poseen una bobina móvil, lo cual se refleja en su símbolo correspondiente.

Transformador (Transformer): Un transformador en una red eléctrica transfiere energía eléctrica entre circuitos mediante inducción electromagnética. Está formado por devanados primarios y secundarios enrollados alrededor de un núcleo magnético, y por ello su símbolo se representa de la siguiente manera:

Componentes activos analógicos/digitales:

Diodos (Diodes): Los diodos en una red eléctrica permiten el paso de la corriente en una sola dirección, actuando como válvulas unidireccionales. Se utilizan principalmente en procesos de rectificación, es decir, para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), y también para proteger los circuitos bloqueando tensiones inversas que podrían dañarlos. Los diodos son dispositivos polares, formados por una unión PN, y su símbolo se representa de la siguiente manera:

Transistor bipolar de unión (BJT, Bipolar Junction Transistor): Un transistor en una red electrónica actúa como interruptor o amplificador de señales eléctricas. Es un dispositivo de 3 terminales que controla el flujo de corriente entre el colector y el emisor en función del voltaje aplicado al terminal base. Existen dos tipos principales: NPN (tipo de corriente saliente) y PNP (tipo de corriente entrante), cuyos símbolos se representan según la dirección del flujo de corriente:

MOSFET: Los MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) se refieren a un tipo de transistor modificado que realiza operaciones similares a los BJT. Es un dispositivo de tres terminales, que controla el flujo de corriente entre el drenador (drain) y la fuente (source) en función del voltaje aplicado a la puerta (gate). Los MOSFET incorporan una capa de óxido metálico como material aislante, lo que hace que la puerta funcione como un condensador. Por este motivo, el símbolo se representa de la siguiente manera:

SCR: Un SCR (Rectificador Controlado de Silicio, Silicon Controlled Rectifier) en una red electrónica es un tipo de tiristor utilizado para controlar potencias elevadas. Actúa como un interruptor, permitiendo el paso de corriente cuando se aplica una señal a la puerta (gate) y permaneciendo encendido hasta que la corriente cae por debajo de un valor umbral. Los SCR se utilizan comúnmente en sistemas de control de potencia y circuitos de rectificación. Su comportamiento es bastante similar al de un diodo, pero con un terminal de puerta como pin de activación, de ahí que su símbolo se represente de la siguiente manera:

DIAC: Un DIAC (Diodo para Corriente Alterna, Diode for Alternating Current) en una red electrónica es un dispositivo bidireccional de disparo que conduce corriente únicamente cuando se supera su voltaje de ruptura. Gracias a su capacidad bidireccional, su símbolo se representa de la siguiente manera:

Amplificadores: Los amplificadores en una red electrónica aumentan la potencia, el voltaje o la corriente de una señal. Son esenciales en sistemas de audio, radio y comunicaciones, ya que permiten reforzar señales débiles para su transmisión. Un amplificador puede tener diferentes terminales de entrada y salida, y el símbolo estándar asignado a ellos es el siguiente:

OPAMP: Un OPAMP (Amplificador Operacional, Operational Amplifier) es un amplificador de voltaje de alta ganancia con entradas diferenciales, ampliamente utilizado por su versatilidad. Se emplea en procesamiento de señales, filtrado y en operaciones matemáticas como suma, resta, integración y derivación. Es además un dispositivo de múltiples pines, cuyo símbolo se representa de la siguiente manera:

Buffer: Un buffer (amortiguador o aislador) en una red electrónica aísla diferentes etapas de un circuito y evita los efectos de carga, siendo esencial para mantener la integridad de la señal en sistemas complejos. Puede considerarse como un amplificador con ganancia unitaria de 1, de modo que la señal de entrada se reproduce en la salida sin pérdida. El símbolo del buffer se representa de la siguiente manera:

Puertas lógicas (logic gates):

Las puertas lógicas son los bloques fundamentales de la electrónica digital, responsables de realizar operaciones lógicas básicas indispensables para el diseño de circuitos y la computación digital. Operan con entradas binarias y generan salidas binarias en función de las operaciones lógicas que ejecutan.

Tipos de puertas lógicas:

● Puerta AND: produce una salida verdadera (1) solo si todas las entradas son verdaderas.

● Puerta OR: produce una salida verdadera si al menos una entrada es verdadera.

● Puerta NOT: invierte la entrada, produce una salida verdadera si la entrada es falsa.

● Puerta NAND: produce una salida falsa solo si todas las entradas son verdaderas; en cualquier otro caso, la salida es verdadera.

● Puerta NOR: produce una salida verdadera solo si todas las entradas son falsas.

● Puerta XOR: produce una salida verdadera si un número impar de entradas es verdadero.

Estas puertas lógicas pueden combinarse de múltiples formas para realizar operaciones lógicas más complejas y constituyen una parte esencial de los circuitos digitales, incluidos los ordenadores, microcontroladores y otros dispositivos electrónicos.

Puede descargar el siguiente documento, donde encontrará información adicional sobre otros símbolos esquemáticos ampliamente utilizados en electrónica.

Enlace:

https://drive.google.com/file/d/1Ik6cuXN9-NXWe9lgpPLLt3YDHzpbGIUE/view?usp=sharing

Cómo crear un símbolo para el diseño de PCB personalizado

La transferencia de un diseño de circuito a una placa de circuito impreso (PCB) es un proceso de múltiples pasos. Primero, se crea el esquemático del circuito utilizando un software de diseño de PCB adecuado. El esquemático no es más que el diagrama del circuito, donde se representan los diferentes símbolos conectados entre sí mediante cables, tal y como se ha explicado anteriormente.

El mismo software se utiliza para convertir este esquemático en un diseño de PCB. Un diseño layout describe la disposición y el enrutamiento de los componentes en la PCB real. Para diseñar un símbolo personalizado, es necesario generar un archivo de símbolo de componente antes de realizar el diseño del esquemático y del layout.

Un símbolo de componente es básicamente un conjunto de archivos que contiene toda la información electrónica y geométrica sobre el componente correspondiente.

Pasos detallados para crear un símbolo personalizado en el editor de diseño de PCB:

En este ejemplo se utiliza EasyEDA, aunque el procedimiento es muy similar en la mayoría de los programas de diseño de PCB.

Paso 1: Inicie sesión en EasyEDA para abrir la ventana de diseño de símbolos, diríjase a File -> New -> Symbol desde el menú superior. Se abrirá una nueva ventana de dibujo esquemático en blanco. Guarde el archivo en su disco duro antes de continuar con el siguiente paso. Como buena práctica, asigne al archivo un nombre que corresponda al componente para el que está creando el símbolo.

Paso 2: Abra la hoja de datos del componente y consulte la información de los pines que desea diseñar en esta ventana. Aquí hay un ejemplo con un temporizador IC NE555.

Paso 3: EasyEDA ofrece un asistente de símbolos con varios modelos predefinidos que puede seleccionar y modificar. Simplemente seleccione el símbolo correspondiente y asigne nombre a los pines según lo indicado en la hoja de datos. Este es un generador automático de símbolos. Si prefiere crearlo manualmente, continúe con los pasos siguientes.

La información de los pines se puede editar desde:

Paso 4: Para diseñar el símbolo manualmente, utilice las herramientas del menú de dibujo Drawing Tools para trazar el contorno de la vista superior del componente. Aunque la mayoría de los circuitos integrados tienen forma rectangular, puede dibujar cualquier forma según el tipo de componente. Tenga en cuenta que la forma y tamaño reales del componente son importantes únicamente para el símbolo de layout, que se creará en una etapa posterior.

Paso 5: Abra el dibujo (drawing) de asignación de pines en la hoja de datos del componente. Este dibujo muestra los pines alrededor del perímetro del dispositivo, junto con sus nombres correspondientes al lado de cada pin. Dibuje el primer pin en la esquina del contorno que creó anteriormente, utilizando la herramienta Pin, que es normalmente disponible en la barra lateral izquierda del programa. Repita el proceso para todos los pines del componente. Una buena práctica es tratar de replicar la asignación de pines tal como aparece en la hoja de datos del componente.

Paso 6: Haga doble clic en el primer pin. Se abrirá una ventana de diálogo con los detalles del pin. Ingrese su nombre exactamente como aparece en la hoja de datos del componente, por ejemplo, VCC. Repita este paso para todos los pines.

8: Modifique los demás detalles de los pines según sea necesario.

Paso 9: Ingrese toda la información requerida y guarde el archivo. De esta manera, su símbolo de componente para PCB habrá sido creado correctamente.

Paso 10: Busque el componente en la biblioteca de componentes y haga doble clic sobre el símbolo de layout que guardó anteriormente. Esto abrirá el símbolo en la vista de diseño (layout view).

Conclusión

Los símbolos de circuitos son herramientas fundamentales para comprender, diseñar y diagnosticar sistemas eléctricos y electrónicos. El uso de símbolos estandarizados permite a ingenieros y técnicos asegurar una comunicación precisa, minimizar errores y optimizar el proceso de diseño.

Comprender la importancia y aplicación de los símbolos eléctricos capacita a los profesionales para trabajar y gestionar de manera más eficiente los sistemas eléctricos y electrónicos.