En los circuitos, tendemos a confiar mucho en el símbolo de “tierra”. Indica que diferentes partes del circuito están al mismo voltaje. Pero, por supuesto, eso no significa exactamente el mismo voltaje. Es aproximadamente el mismo voltaje.
¿Qué significa “aproximadamente el mismo voltaje”? De eso se trata la conexión a tierra.
Tal vez para obtener el rendimiento deseado de su circuito necesita todos los diferentes voltajes de “tierra” para estar dentro de 0.01 voltios hasta una frecuencia de 100 kHz, y todas las corrientes que fluyen en su circuito están por debajo de 10 mA. En ese caso, probablemente pueda conectar los puntos de “conexión a tierra” casi como desee y el circuito funcionará bien. Pero aun así, si te propusiste deliberadamente crear un rompecabezas, puedes hacerlo. Por ejemplo, puede usar un cable tan fino y largo que uno de sus puntos de tierra tenga 100 ohmios de resistencia de regreso al suministro. Cuando ese “cable de tierra” lleva 10 mA, sus dos extremos diferirán en voltaje en un voltio. Si entrega ese circuito a alguien que no sabe que jugó ese truco, el circuito parecerá estar infectado por “magia negra”. “¡Verifiqué el circuito contra el esquema!” “¡La tierra no es tierra!” Es enloquecedor .
Puede hacer un bucle en su terreno, que recogerá una fem inducida de los campos magnéticos cercanos que varían en el tiempo. Solo no lo hagas. Mantenga los terrenos con forma de “estrella”: un montón de rutas paralelas a un punto común. Por lo menos, sabes que el punto común es un voltaje de referencia decente. Usar un plano entero de una tabla como tierra es bueno, pero no es mágico. Todavía tiene que calcular cuánta corriente transporta ese avión sobre qué tan angosto es el ancho del cobre.
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Lo mismo puede suceder si enrollas el cable de tierra en una bobina y creas mucha inductancia … pero entonces tendrás un problema de tierra dependiente de la frecuencia. Su circuito puede funcionar bien en CC, pero no a 1 MHz.
Los problemas de tierra para circuitos más exigentes no son de ninguna manera magia negra. Son exactamente el mismo tipo de cosas que obtienes en los circuitos fáciles. La única diferencia es que a alta frecuencia y alta corriente, no necesitará cien pies de alambre fino para soltar 1V. Solo puede tomar 10 mm de traza de 10 mil. Para un circuito altamente preciso, un error de 10 mV no es aceptable, está intentando 10 nV o algo así. Pero el efecto es el mismo: su conexión a tierra no es 0V, sino que se comporta de forma “impredecible”. Esto es enloquecedor hasta que localiza la fuente del problema.
La forma de aprender sobre esto es (a) construir circuitos simples, (b) probarlos y asegurarse de que los comprende en forma simple, luego (c) deliberadamente los estropean (por ejemplo, adhiérase estrictamente al esquema, pero siga estirando la definición de lo que cuenta como un “cable”), y entonces (d) aprenda cómo crear y solucionar problemas de conexión a tierra. Comience con bajas corrientes, tolerancias de alto voltaje y bajas frecuencias. Necesita un osciloscopio y un generador de funciones para hacer todo menos la reproducción de CC más básica. Estos tipos tienen un excelente alcance USB y un generador de funciones por unos pocos cientos de dólares: Tienda de Ingeniería Eléctrica, FPGA, Microcontroladores e Instrumentación. O puede pedir prestado uno o comprar uno viejo en Ebay. Pero consiga un alcance.
No es magia negra. Pero a veces puede salir de lo que pensabas que eran circuitos eléctricos y comenzar a incluir cosas de la física de primer año que creías que no necesitabas saber.