Electrónica
Circuito electrónico sobre una placa para prototipos o protoboard
La
electrónica es la rama de la
física y especialización de la
ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los
electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los
semiconductores hasta las
válvulas termoiónicas. El diseño y la gran construcción de
circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de la electrónica y de los campos de la
ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de
software
para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su
tecnología se suele considerar una rama de la física, más concretamente
en la rama de
ingeniería de materiales.
Historia
Se considera que la electrónica comenzó con el
diodo de vacío inventado por
John Ambrose Fleming en
1904. El funcionamiento de este dispositivo está basado en el
efecto Edison.
Edison fue el primero que observó en
1883 la emisión
termoiónica, al colocar una lámina dentro de una
bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de
carbón.
Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al
filamento, se producía una pequeña corriente entre el filamento y la
lámina. Este hecho se producía porque los
electrones de los
átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de
energía en forma de
calor,
escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y,
atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la
polaridad positiva de la lámina.
El otro gran paso lo dio
Lee De Forest cuando inventó el
triodo en
1906. Este dispositivo es básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre el
cátodo
y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo,
variando así la corriente de placa. Este fue un paso muy importante para
la fabricación de los primeros
amplificadores de sonido, receptores de
radio,
televisores, etc.
Conforme pasaba el tiempo, las
válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como los
tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los
pentodos
(cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia,
etc. Dentro de los perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su
miniaturización.
Pero fue definitivamente con el
transistor, aparecido de la mano de
Bardeen y
Brattain, de la
Bell Telephone Company, en
1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las radios. El
transistor de unión apareció algo más tarde, en
1949.
Este es el dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las
aplicaciones de la electrónica. Sus ventajas respecto a las
válvulas
son entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento
energético, menores tensiones de alimentación, etc. El transistor no
funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido
semiconductor (
silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios de tensión para funcionar.
A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando las válvulas en pequeños círculos
audiófilos, porque constituyen uno de sus mitos
1 más extendidos.
El transistor tiene tres terminales (el emisor, la base y el colector) y se asemeja a un
triodo:
la base sería la rejilla de control, el emisor el cátodo, y el colector
la placa. Polarizando adecuadamente estos tres terminales se consigue
controlar una gran corriente de colector a partir de una pequeña
corriente de base.
En
1958 se desarrolló el primer
circuito integrado, que alojaba seis transistores en un único chip. En
1970 se desarrolló el primer
microprocesador,
Intel 4004.
En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son tan
vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas. La mayor
división es la que distingue la
electrónica analógica de la
electrónica digital.
La
electrónica es, por tanto, una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección en el futuro, junto con la
informática.
Aplicaciones de la electrónica
La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de
tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el
control, el procesado, la distribución de
información, la conversión y la distribución de la
energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de
campos electromagnéticos y
corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación:
Sistemas electrónicos
Un sistema electrónico es un conjunto de circuitos que interactúan
entre sí para obtener un resultado. Una forma de entender los sistemas
electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes partes:
- Entradas o Inputs – Sensores (o transductores)
electrónicos o mecánicos que toman las señales (en forma de
temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales
de corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia para
medir la intensidad de la luz, etc.
- Circuitos de procesamiento de señales
– Consisten en piezas electrónicas conectadas juntas para manipular,
interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente
provenientes de los transductores.
- Salidas o Outputs – Actuadores
u otros dispositivos (también transductores) que convierten las señales
de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda automáticamente cuando esté oscureciendo.
Básicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda (circuito procesador) y la tercera (circuito actuador).
Como ejemplo supongamos un
televisor. Su entrada es una señal de difusión recibida por una
antena o por un cable. Los circuitos de procesado de señales del interior del televisor extraen la información sobre el
brillo, el
color y el
sonido de esta señal. Los dispositivos de salida son un
tubo de rayos catódicos o monitor LCD que convierte las señales electrónicas en
imágenes
visibles en una pantalla y unos altavoces. Otro ejemplo puede ser el de
un circuito que ponga de manifiesto la temperatura de un proceso, el
transductor puede ser un termocouple, el circuito de procesamiento se
encarga de convertir la señal de entrada en un nivel de voltaje
(comparador de voltaje o de ventana) en un nivel apropiado y mandar la
información decodificándola a un
display donde nos dé la
temperatura real y si esta excede un límite preprogramado activar un
sistema de alarma (circuito actuador) para tomar las medida pertinentes.
Señales electrónicas
Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través
de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema
electrónico serán señales variables.
En electrónica se trabaja con
variables que toman la forma de
Tensión o
corriente estas se pueden denominar comúnmente señales.Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:
- Variable analógica–Son
aquellas que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos
entre dos límites. La mayoría de los fenómenos de la vida real dan
señales de este tipo. (presión, temperatura, etc.)
- Variable digital–
También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las
variables que pueden tomar un número finito de valores. Por ser de fácil
realización los componentes físicos con dos estados diferenciados, es
este el número de valores utilizado para dichas variables, que por lo
tanto son binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en
lógica serían los valores V y F) son los que generalmente se utilizan
para relacionar varias variables entre sí y con sus estados anteriores.
Tensión
Es la
diferencia de potencial
generada entre los extremos de un componente o dispositivo eléctrico.
También podemos decir que es la energía capaz de poner en movimiento los
electrones libres de un conductor o semiconductor. La unidad de este
parámetro es el
voltio (V). Existen dos tipos de tensión: la continua y la alterna.
- Voltaje continuo (VDC) –Es aquel que tiene una polaridad definida, como la que proporcionan las pilas, baterías y fuentes de alimentación.
- Voltaje Alterno (VAC) .-
–Es aquel cuya polaridad va cambiando o alternando con el transcurso
del tiempo. Las fuentes de voltaje alterno más comunes son los
generadores y las redes de energía doméstica.
Corriente eléctrica
También denominada intensidad, es el flujo de electrones libres a
través de un conductor o semiconductor en un sentido. La unidad de
medida de este parámetro es el
amperio
(A). Al igual que existen tensiones continuas o alternas, las
intensidades también pueden ser continuas o alternas, dependiendo del
tipo de tensión que se utiliza para generar estos flujos de corriente.
Resistencia
Es la propiedad física mediante la cual todos los materiales tienden a
oponerse al flujo de la corriente. La unidad de este parámetro es el
Ohmio (Ω). No debe confundirse con el componente
resistor. La propiedad inversa es la
conductancia eléctrica.
Circuitos electrónicos
Se denomina
circuito electrónico
a una serie de elementos o componentes eléctricos (tales como
resistencias, inductancias, condensadores y fuentes) o electrónicos,
conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar,
transportar o modificar señales electrónicas. Los circuitos electrónicos
o eléctricos se pueden clasificar de varias maneras:
Componentes
Para la
síntesis de circuitos electrónicos se utilizan
componentes electrónicos e
instrumentos electrónicos.
A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos
más importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:
- Altavoz: reproducción de sonido.
- Cable: conducción de la electricidad.
- Conmutador: reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o más.
- Interruptor: apertura o cierre de circuitos, manualmente.
- Pila: generador de energía eléctrica.
- Transductor: transformación de una magnitud física en una eléctrica (ver enlace).
- Visualizador: muestra de datos o imágenes.
Dispositivos analógicos (algunos ejemplos)
Dispositivos digitales
Dispositivos de potencia
