La electrónica también proporciona las tensiones de alimentación para justificar el diseño de circuitos y la resolución de problemas. Al igual que en muchos circuitos basados en transistores, varios términos se relacionan con las tensiones de alimentación, como VCC, VDD, VEE y VSS. Todo trabajo con PCB requiere que se dependa de todos estos términos para garantizar el correcto funcionamiento del circuito.
Se explorarán las diferencias importantes entre VCC, VDD, VEE y VSS, sus funciones en diversos componentes y se brindarán conocimientos prácticos sobre su aplicación en el diseño de circuitos reales. Al finalizar esta guía, no solo comprenderá algunos conceptos importantes, sino que también los aplicará al diseñar o evaluar circuitos.
Comprensión del voltaje de la fuente de alimentación
Cada circuito electrónico necesita una fuente de alimentación. Los voltajes de una fuente de alimentación se utilizan como fuentes de energía para realizar una operación o interactuar con los componentes correctos. Los voltajes presentes en los circuitos suelen nombrarse según su función, fuente o polaridad.
Por ejemplo, la tensión VCC es la tensión de alimentación máxima en circuitos BJT, mientras que VDD es la tensión de alimentación básica en diseños basados en MOSFET. Las dos últimas tensiones son VEE y VSS (tensión de alimentación negativa o tierra, respectivamente), dependiendo de si se trabaja con circuitos BJT o con diseños basados en MOSFET.
Estas designaciones de voltaje, al diseñar o solucionar problemas de circuitos, garantizan un flujo de corriente adecuado y evitan daños a los componentes delicados. Asimismo, el etiquetado y la manipulación adecuados durante el diseño o la fabricación de placas de circuito impreso garantizan su funcionalidad y vida útil.
Introducción a VCC, VDD, VEE y VSS
Ahora, veamos qué significan todas estas palabras y cómo se aplican a diferentes piezas y diseños de circuitos.
Significado de VCC
La forma completa de VCC es "Voltaje en el Colector". Se refiere a la notación del voltaje positivo de la fuente de alimentación en el circuito del transistor de unión bipolar. A menudo, el voltaje positivo se conecta al terminal del colector de un BJT; por lo tanto, VCC permite el funcionamiento del transistor.
La función de un VCC no es únicamente la de fuente de alimentación. En realidad, el VCC proporciona el voltaje de operación necesario para el correcto funcionamiento de un BJT, ya que permite el flujo de corriente del colector al emisor cuando el voltaje de base está correctamente polarizado. Los VCC se utilizan ampliamente en circuitos analógicos y sistemas de microcontroladores, al igual que en dispositivos de bajo consumo. Por ejemplo, pequeños sensores o actuadores suelen depender del VCC para proporcionar la alimentación constante necesaria para su funcionamiento.
Significado de VDD
VDD significa "Voltaje en el Drenador". Es un término que se utiliza en los MOSFET, abreviatura de Transistores de Efecto de Campo de Metal-Óxido-Semiconductor. En un circuito VDD, las tensiones de alimentación positivas se aplican a sus respectivos circuitos.
Algunas de las aplicaciones modernas actuales de los MOSFET incluyen la electrónica digital, especialmente en la aplicación de microprocesadores, memoria y circuitos lógicos. El VDD es la fuente de alimentación principal para los componentes de los MOSFET. En un MOSFET, el voltaje VDD se aplica a ambos extremos para establecer el flujo de corriente desde el drenador hasta la fuente. Por lo tanto, controla el tiempo de conmutación. Dado que los MOSFET son estándar para los circuitos integrados (CI), el término VDD se usa con frecuencia tanto en sistemas analógicos como digitales.
Significado de VEE
El término VEE se refiere a la "tensión en el emisor". Se utiliza principalmente en circuitos con tensión de alimentación negativa. En un BJT, generalmente, el terminal del emisor se conecta a tierra o a una tensión de alimentación negativa, y el VEE ayuda a generar esta diferencia de potencial tan necesaria entre el colector y el emisor para regular el flujo de corriente.
En la práctica, la VEE es crucial en circuitos amplificadores, donde se requiere un control preciso del voltaje para la integridad y amplificación de la señal. Un BJT probablemente no funcionaría según los parámetros establecidos debido a la distorsión o recorte debido a un voltaje VEE inadecuado.
Significado de VSS
El término VSS significa "Voltaje en la Fuente". En los circuitos MOSFET, generalmente se refiere a la tensión de tierra o negativa de la fuente de alimentación del terminal de la fuente. En circuitos digitales, el VSS se utiliza a menudo como punto de referencia del circuito. Al igual que con el VEE para los BJT, el VSS es el punto común para configurar las condiciones operativas de un MOSFET.
En este punto, se referenciará el voltaje VDD, lo que garantiza que la corriente que fluye a través del MOSFET fluya en la dirección correcta. La correcta identificación del VSS en las PCB previene posibles problemas de conexión a tierra y garantiza niveles de señal correctos.
Diferencias entre VCC, VDD, VEE y VSS
La principal diferencia entre VCC y VDD es que VCC suele ocurrir en circuitos con transistores bipolares, mientras que VDD es mucho más frecuente en circuitos con MOSFET. Lo mismo ocurre con la interpretación de VEE y VSS como voltajes negativos o tierra, pero VEE se asocia con los transistores bipolares de doble efecto (BJT), mientras que VSS se asocia con los circuitos MOSFET.
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Término
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Significado
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Solicitud
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Caso de uso común
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VCC
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Voltaje en el colector común
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El suministro positivo en los circuitos BJT tiende a impulsar el flujo de corriente en el colector hacia un emisor.
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Circuitos analógicos, micro-Los controladores y amplificadores de señales se utilizan en dispositivos de bajo consumo.
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VDD
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Voltaje en el drenaje
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El voltaje de suministro positivo en los circuitos MOSFET permite que el MOSFET conduzca desde el drenaje hasta la fuente.
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Circuitos digitales, microprocesadores, chips de memoria y puertas lógicas.
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VEE
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Voltaje en el emisor
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El voltaje negativo o de tierra en los circuitos BJT ayuda a la polarización adecuada del transistor.
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Los amplificadores analógicos se utilizan ampliamente en el procesamiento de audio y señales.
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VSS
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Voltaje en la fuente
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La alimentación de tierra o negativa en los circuitos MOSFET se utiliza como referencia para VDD.
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Microcontroladores, sistemas digitales y bases de circuitos integrados.
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Aplicaciones en el diseño de circuitos
En transistores de unión bipolar (BJT)
En los circuitos BJT, VCC y VEE determinan el estado operativo del transistor. En este caso, VCC se toma positivo en el colector y VEE genera un voltaje negativo o tierra en el emisor. Por lo tanto, es posible establecer un punto de operación o polarización utilizando voltajes muy importantes en aplicaciones como la amplificación. De esta manera, los voltajes permiten establecer el punto de operación o polarización, lo cual es crucial en aplicaciones como la amplificación.
Por lo tanto, dejaría de funcionar al no estar polarizado con la VCC y la VEE necesarias. Las consecuencias podrían ser la distorsión de la señal o una amplificación inadecuada. Por ejemplo, los sistemas de audio podrían afectar la calidad del sonido o incluso dañar los componentes.
Transistores de efecto de campo (FET)
El VDD y el VSS de los circuitos FET son factores esenciales en el control de conmutación del transistor. En este caso, la fuente de voltaje del VDD es la tensión de alimentación debida al drenador, mientras que la referencia de tierra del VSS controla la fuente. Los voltajes en los circuitos digitales permiten que las condiciones de encendido/apagado del MOSFET actúen como un interruptor para dispositivos dentro de puertas lógicas y más.
La aplicación de VDD y VSS es crucial en circuitos de alta velocidad, ya que, en estos casos, el rendimiento de conmutación debe ser óptimo. La inestabilidad de voltaje causada por errores de temporización degradará el rendimiento del sistema digital.
Otras aplicaciones
Microcontroladores
La mayoría de las veces, en el corazón de muchos sistemas integrados, los microcontroladores dependen de fuentes de alimentación estables para su correcto funcionamiento; muy a menudo, VCC o VDD representa el voltaje operativo positivo utilizado en diseños basados en microcontroladores, aunque diferentes microcontroladores pueden usar un término u otro para describir lo mismo, dependiendo de que su arquitectura de transistor interno sea BJT o MOSFET.
En sistemas que se supone que realizan funciones como procesamiento en tiempo real, el VCC o VDD deben ser estables ya que cualquier cambio de voltaje puede provocar que el sistema colapse o se comporte de manera errática.
Sistemas acústicos
Los voltajes VCC y VEE se utilizan principalmente en circuitos de amplificación de audio para que el rango operativo de los transistores se mantenga dentro del límite especificado. Una regulación adecuada del voltaje garantiza la ausencia de distorsión y ruido durante la salida del audio del amplificador.
Interfaces de circuitos digitales y analógicos
Estos voltajes, VDD y VEE, ayudan a mantener niveles de voltaje adecuados en los circuitos de una PCB cuando esta interactúa con circuitos digitales y analógicos. Es necesaria una separación adecuada de estos voltajes para reducir la interferencia entre las diferentes secciones de la PCB.
Conclusión
En el diseño de circuitos, especialmente en PCB, es fundamental comprender la diferencia entre VCC y VDD, VEE y VSS. Estos términos denotan voltajes de alimentación en diversos circuitos basados en transistores, y comprender su aplicación puede ayudar a seleccionar los niveles de voltaje adecuados para la mayoría de los componentes.
Quizás los nombres de BJT, MOSFET, microcontroladores o sistemas de audio se entiendan mejor con los nombres de voltaje. Al igual que la tecnología de PCB cambiará constantemente, estos términos sobre conceptos de voltaje serán tan importantes tanto para ingenieros principiantes como experimentados.
