Fuente de poder para protoboard: kit con LM317 o módulo MB102

Tarde o temprano llega el proyecto en que el Arduino ya no alcanza para alimentar todo. Le conectas un par de servos, una tira LED y un módulo de radio, y empiezan los reinicios aleatorios, las lecturas raras, el sensor que "a veces funciona". No es el código: es que el regulador de la placa está entregando más corriente de la que puede.

La solución es darle al protoboard su propia fuente. Y ahí aparece una decisión que este tutorial te va a ayudar a tomar con criterio: ¿compras un módulo ya armado, o armas el tuyo soldando componente por componente? Las dos opciones cuestan casi lo mismo y hacen lo mismo. La diferencia está en lo que aprendes en el camino.

Por qué el USB no alcanza

Vale la pena entender el límite antes de resolverlo.

Cuando alimentas un Arduino por USB, el puerto entrega 5V con un límite de 500 mA en USB 2.0, y de esos el regulador de la placa reserva una parte para sí mismo. La salida de 5V del Uno soporta cómodamente unos 400 mA, y la de 3.3V bastante menos: alrededor de 150 mA, porque viene de un regulador auxiliar pequeño.

Para dimensionar: un servo SG90 pide entre 100 y 700 mA según la carga, un metro de tira LED WS2812B a brillo máximo puede pedir más de 3 A, y un módulo WiFi tiene picos de corriente breves pero fuertes al transmitir. Cualquiera de los tres supera al puerto USB sin esfuerzo.

Cuando el consumo excede lo disponible, el voltaje cae. Y el microcontrolador tiene un umbral de "brownout" bajo el cual se reinicia solo, por diseño. De ahí los síntomas fantasma: el proyecto que se reinicia justo cuando el motor arranca no tiene un bug, tiene hambre.

Una fuente dedicada para el protoboard resuelve dos cosas a la vez: entrega más corriente, y separa la alimentación de la lógica de la de la potencia, que es lo que evita que el ruido de un motor se meta en las lecturas de tus sensores.

Camino A: el módulo MB102 ya armado

Es la opción de cinco minutos. El módulo MB102 se calza directamente sobre los rieles de alimentación de un protoboard de 830 puntos, recibe energía por un jack DC o por USB, y entrega 3.3V o 5V seleccionables con un jumper por cada riel, de forma independiente. Trae interruptor de encendido, LED indicador y un par de pines de salida auxiliares.

Su límite práctico está en unos 700 mA, y ojo con un detalle: usa reguladores lineales. Si lo alimentas con 12V para sacar 5V, la diferencia se disipa en calor. Con 9V trabaja bastante más fresco que con 12V, y esa es la recomendación si vas a exigirle corriente.

Cuándo elegirlo: cuando lo que quieres es avanzar en tu proyecto y la fuente es solo infraestructura.

Camino B: armar la fuente tú mismo con un LM317

Acá la fuente deja de ser un accesorio y pasa a ser el proyecto. Un kit de fuente para protoboard, como el que arma el tutorial original, es una de las mejores primeras soldaduras que existen: son unos quince componentes, todos de agujero pasante, con harto espacio entre ellos y sin nada sensible al calor.

El corazón es un LM317, un regulador lineal ajustable. El voltaje de salida lo fijan dos resistencias según esta fórmula:

Vout = 1.25 × (1 + R2/R1)

El 1.25 es la tensión de referencia interna del chip, y es constante. Eso significa que eligiendo el par de resistencias adecuado sacas cualquier voltaje entre 1.25V y casi el de entrada. En estos kits hay dos resistencias fijas y un interruptor que conmuta entre ellas: una combinación da 3.3V y la otra 5V. Entender esa fórmula es lo que después te deja diseñar una fuente para el voltaje que necesites, en vez de depender de que exista el módulo justo.

El otro concepto clave es la disipación. Un regulador lineal no transforma: quema la diferencia. La potencia que se convierte en calor es:

P = (Vin, Vout) × I

Con 12V de entrada, 5V de salida y 500 mA de consumo, son (12 a 5) × 0,5 = 3,5 W disipados en un encapsulado TO-220 sin disipador. Se pone a más de 100 °C y la protección térmica del chip lo va a apagar. Con 9V de entrada, la misma cuenta da 2 W: sigue siendo caliente, pero manejable. Esta es la razón por la que las fuentes conmutadas modernas desplazaron a las lineales en casi todo, y también por la que las lineales siguen existiendo donde importa el ruido: no conmutan, así que no inyectan basura de alta frecuencia en tu circuito analógico.

El orden de soldado que conviene

Todos los componentes van por el lado de la serigrafía, con una excepción importante: los pines header van por abajo, con el lado largo hacia afuera, porque son los que después se insertan en el protoboard. Es el error que arruina el armado, y a esa altura ya soldaste todo lo demás.

El orden que menos problemas da es de menor a mayor altura:

1. Resistencias y diodo. Son planas y no les molesta el calor. El diodo sí tiene polaridad: la franja del componente va donde está la franja en la serigrafía. Su trabajo es protegerte de conectar la fuente al revés.
2. Capacitor cerámico y fusible PTC. Ninguno tiene polaridad. El PTC es un fusible rearmable: ante un cortocircuito su resistencia sube de golpe y corta el paso; cuando se enfría, vuelve solo.
3. Capacitores electrolíticos. Estos sí son polarizados. La franja con el signo menos del componente va con el menos de la serigrafía, y la pata larga es el positivo. Un electrolítico al revés se hincha y puede reventar.
4. LED indicador. También polarizado: el lado plano del encapsulado, que corresponde a la pata corta, va con el lado plano del dibujo.
5. Interruptores, regulador y jack DC. Al final, por ser los más altos y pesados. La placa metálica trasera del regulador tiene que quedar alineada con la franja gruesa de la serigrafía.
6. Los headers, por el lado de abajo.

Al terminar, corta las patas sobrantes al ras. Si soldaste algo en el lugar equivocado, con malla desoldante y un poco de paciencia se recupera sin dañar la placa.

Probar antes de conectar nada

Este paso no es opcional y no aparece en la mayoría de los tutoriales.

Con la fuente todavía fuera del protoboard, conecta el adaptador de pared y pon el interruptor en encendido. El LED rojo debería prender. Ahora toma el multímetro en la escala de voltaje continuo y mide entre los pines de salida: primero con el selector en 3.3V y después en 5V. Si lees algo cercano a esos valores (una tolerancia de ±0,2V es normal en un regulador ajustado con resistencias de 5%), la fuente está buena.

Si lees el voltaje de entrada completo en la salida, el regulador está mal soldado o al revés. Si no lees nada, revisa el diodo de protección y la orientación del jack. En ambos casos, mejor descubrirlo ahora que después de haber conectado un ESP32 de $8.000 a 12V.

Recién entonces calza la fuente en los rieles del protoboard, alineando VCC y GND con las líneas roja y azul. Los dos pines extra que sobran no tienen conexión eléctrica: están solo para que la placa quede firme.

Variantes y mejoras

• Salida variable con un potenciómetro. Reemplaza la resistencia inferior del divisor del LM317 por un potenciómetro de 5kΩ y tienes una fuente de laboratorio en miniatura, ajustable de forma continua. Con la fórmula Vout = 1.25 × (1 + R2/R1) puedes calcular de antemano el rango que vas a obtener.
• Medidor de voltaje incorporado. Un voltímetro digital de panel de tres cables cuesta poco y te muestra permanentemente lo que estás entregando. Se agradece cuando trabajas con módulos de 3.3V que no toleran 5V.
• Versión conmutada para más corriente. Si necesitas más de 1 A, el camino no es forzar el LM317 sino usar un módulo reductor tipo LM2596: rinde sobre 85% en vez de quemar la diferencia en calor. Pierdes algo de limpieza en la señal, cosa que solo importa si estás midiendo señales analógicas finas.

Personalización para Chile

El kit de SparkFun no se distribuye en Chile, pero los dos caminos están cubiertos con stock local en MechatronicStore.

Camino A. la lista para usar:

• Fuente de voltaje para MB102 protoboard con entrada USB (SKU B-316). $2.800 CLP. Es el equivalente ya armado del kit del tutorial original.
• Protoboard 830 puntos MB102 (SKU C-302). $3.790 CLP, la placa sobre la que se monta.
• Transformador 12V 1A con jack DC (SKU B-003). $3.490 CLP. Si tienes un adaptador de 9V, mejor todavía: menos calor en el regulador.

Camino B. armarla tú:

• Regulador de voltaje LM317T (SKU GA2-2). $990 CLP, el corazón del circuito.
• Capacitor electrolítico 100uF 25V (SKU GF2-5). $300 CLP y Capacitor electrolítico 10uF 25V (SKU GF2-7). $200 CLP, para el filtrado de entrada y salida.
• Pack 600 resistencias de 30 valores (SKU C-509). $5.990 CLP. Trae los valores de 240Ω, 330Ω y 390Ω que necesita el divisor, y te queda para años de proyectos.
• Diodo rectificador 1N4007 (SKU GF3-10). $200 CLP, protección contra inversión de polaridad (el kit original trae un 1N4004, de la misma serie).
• LED 5mm rojo (SKU GA1-5). $100 CLP, indicador de encendido.
• Mini switch interruptor de 3 pines (SKU GF1-14). $290 CLP, para conmutar el voltaje y para el encendido.
• Jack DC hembra 2.1x5.5mm (SKU GC1-9). $450 CLP y Fila de pin header macho 2.54mm (SKU GD3-3). $290 CLP.

Herramientas, si es tu primera soldadura:

• Cautín ZD-20 30W certificado (SKU X10-6). $11.990 CLP y Estaño 60/40 de 1mm (SKU E-201). $2.890 CLP.
• Multímetro Multi Tester 830 (SKU E-304). $2.990 CLP. No lo saltes: es lo que verifica que la fuente entrega lo que dice antes de conectarle algo caro.

Los componentes del camino B suman alrededor de $19.000 CLP incluyendo el protoboard y el adaptador, contra unos $10.000 del camino A. La diferencia se explica casi por completo por el pack de resistencias y el estaño, que te van a durar decenas de proyectos.

Recursos

• Tutorial original: Breadboard Power Supply Kit 5V/3.3V Quickstart Guide (SparkFun Learn, licencia CC BY SA 4.0)
• Documentación adicional: hoja de datos del LM317 (Texas Instruments), donde está la fórmula del divisor de tensión y las curvas de disipación térmica
• Lectura complementaria: el código de colores de resistencias, para identificar los valores del kit sin medirlos uno por uno

Versión chilena con componentes en stock local, inspirada en el tutorial de SparkFun Learn.