01 · Punto de partida
El pin vale más que el descuido
Un cable a 12 V por error, una pila al revés, una chispa de los dedos (kV de ESD): la entrada de 5 V muere en milisegundos sin defensa. Tres piezas baratas la salvan —serie que limita, clamp que recorta, Zener/TVS que absorbe— si están dimensionadas, no decorativas.
Este tema dimensiona cada una con corriente y potencia, y deja la red completa lista para copiar.
- ¿Qué amenaza cubre cada pieza?
- ¿Cómo se calcula la serie limitadora?
- ¿Clamp a rieles o Zener a masa?
- ¿Cómo verifico sin romper nada?
02 · Serie + clamp
Recortar a rieles con 1 mA de criterio
Dos Schottky (a 5 V y a GND) + serie R: lo normal pasa intacto; lo que excede se deriva a rieles con ~0,3 V de más. Diseño: R = (Vfalla − 5,3)/Iclamp con Iclamp ≤ 1 mA (diodos internos del micro agradecen).
| R serie | I clamp | Veredicto |
|---|---|---|
| 1 kΩ | 6,7 mA | Alta para diodos internos |
| 10 kΩ | 0,67 mA | Segura (elegida) |
Con 10k la señal normal (µA del ADC) ni se entera: la serie solo existe para la falla. Protección que no molesta en uso normal.
03 · Zener y TVS
Cuando el clamp no alcanza
- Zener 5,1 V a masa
- Clava sobretensiones sostenidas (fuente equivocada) disipando (V−5,1)²/R... con su serie calculada. Lento pero robusto para DC.
- TVS (supresor)
- Zener superveloz para transitorios (ns): ESD, picos de conmutación, inducción. No para continua (se cocina).
- Diodo serie en fuente
- Contra inversión total del proyecto (recap curso 3, Tema 16): 0,7 V de peaje que salvan todo.
- Combinación completa
- Serie + clamp a rieles + Zener/TVS a masa: cada uno ataja su amenaza. En entradas expuestas (cables largos), las tres.
04 · ESD
Dedos de kilovoltios
Caminar y tocar puede descargar kV en nanosegundos: el TVS + serie la absorben; sin ellos, el óxido de compuerta se perfora en silencio y el pin “raro” aparece semanas después. Hábitos: masa antes de tocar, placas en bolsa antiestática, no frotar plásticos cerca.
Con protección
Chispa absorbida
Serie limita, TVS recorta en ns, micro ni se entera. Cuesta centavos por pin expuesto.
Sin protección
Daño latente
Funciona hoy, falla en un mes: la perforación parcial degrada. El peor tipo de bug.
05 · Protección en código
Dimensionar serie y Zener
Dada la falla esperada: serie, potencias y veredicto contra diodos internos (1 mA):
Python en tu navegador. Dimensioná tus entradas expuestas.
def disenar_proteccion(v_falla, v_clamp=5.3, i_clamp_max_ma=1.0):
r = (v_falla - v_clamp) / (i_clamp_max_ma / 1000)
print(f"Falla {v_falla}V: serie >= {r:.0f} ohm (E12 hacia arriba)")
return r
def verificar_zener(v_falla, vz=5.1, r_ohm=10000):
i = (v_falla - vz) / r_ohm
print(f"I={i*1000:.1f}mA P_R={(v_falla-vz)*i*1000:.0f}mW Pz={vz*i*1000:.0f}mW")
return i
disenar_proteccion(12)
disenar_proteccion(24)
verificar_zener(24)
Con falla 12 V: ¿qué serie da? ¿Y con Zener 5,1 V + 10k ante 24 V?
Auditoría de entradas
Revisar cada pin expuesto del proyecto:
def auditar_entrada(nombre, tiene_serie, tiene_clamp, mundo="banco"):
nota = 0
if tiene_serie:
nota += 1
if tiene_clamp:
nota += 1
print(f"{nombre} ({mundo}): {'OK' if nota == 2 else 'INCOMPLETA: agregar ' + ('serie' if not tiene_serie else 'clamp')}")
return nota == 2
auditar_entrada("NTC", True, True)
auditar_entrada("pulsador largo", False, False, "cables por la casa")
06 · Analogía programador
Validación en frontera
- 1Serie = rate limit.
Limita el daño por unidad de tiempo aunque el ataque sea grande.
- 2Clamp = sanitizar.
Recorta a rango válido: como validar 0–5 antes de procesar.
- 3TVS = WAF.
Frena lo brutal en nanosegundos; lo sostenido lo atiende el diseño (Zener/fusible).
07 · Exploración
Laboratorio: elegir la defensa
Elegí la amenaza: el laboratorio da protección, dimensionado y verificación para tu entrada.
Amenaza → defensa
riesgo → red
Inversión: diodo serie dimensionado.
Preguntas para explorar
- ¿Por qué la serie de 10k no sirve contra inversión de fuente?
- ¿Qué protege contra 24 V sostenidos: clamp o Zener?
- ¿Qué defensa pondrías en un cable de 10 m al exterior?
Ver respuestas sugeridas
- Porque la inversión alimenta todo al revés con amperios: hace falta bloqueo total (diodo serie), no limitación.
- Zener con su serie (disipa sostenido); el clamp a rieles es para transitorios y fugas, no para 24 V eternos.
- Las tres: serie + clamp + TVS/Zener, más blindaje conceptual (cursos 9–10). Afuera todo ataca.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«Clamp protege de todo»
De transitorios y fugas, no de 24 V sostenidos (eso lo disipa el Zener con su serie) ni de inversión total (diodo serie).
«Serie grande siempre mejor»
Grande filtra con la capacidad del pin (retarda flancos rápidos) y mete ruido térmico: 1k–100k según velocidad, no Mohmios.
«Zener en vez de regulador»
Zener para referencias y protecciones (mA), no para alimentar (curso 3, Tema 18). Confundirlos quema o deja sin corriente.
«ESD es mito»
Es física de kV con daño latente: el pin “raro” de la semana que viene nació hoy. Hábitos + TVS donde corresponde.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de defensa
Ejercicio 1: serie para 24 V
Con disenar_proteccion(24): ¿R mínima? Elegí E12 hacia arriba y calculá I real. ¿P en R?
Ver solución razonada
R ≥ 18,7k → 22k; I ≈ 0,85 mA; P ≈ 16 mW: fría. Protección que no se nota en uso normal.
Ejercicio 2: Zener ante 24 V
Con verificar_zener(24) (10k + 5,1 V): ¿I? ¿P_R? ¿Pz? ¿Aguanta sostenido?
Ver solución
I ≈ 1,9 mA; P_R ≈ 36 mW; Pz ≈ 10 mW: sí, sobrado. Sostenido sin drama.
Ejercicio 3: auditar tu NTC
Ejecutá auditar_entrada() con tu divisor NTC real (serie 1k + clamp?). ¿Verde? ¿Qué agregarías?
Ver solución
Si falta clamp o serie: agregar antes del próximo encendido con cables largos. Verde = dormir tranquilo.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- Serie limita (I ≤ 1 mA a clamp), clamp recorta, Zener/TVS absorbe.
- Orden físico: mundo → serie → clamp → pin.
- Inversión total pide diodo serie; 24 V sostenidos piden Zener.
- ESD: hábitos + TVS en pines expuestos.
disenar_proteccion()+auditar_entrada()por pin expuesto.
Entradas blindadas. Ahora, a multiplicar señales pequeñas: en el próximo tema, puente de Wheatstone.