Electrónica Análoga
La electrónica analógica (a veces también electrónica análoga, por influencia del inglés) es una rama de la electrónica que estudia los sistemas cuyas variables (tensión, corriente, etcétera) varían de una forma continua en el tiempo y pueden tomar (al menos teóricamente) valores infinitos. En contraposición, en la electrónica digital las variables solo pueden tomar valores discretos y tienen siempre un estado perfectamente definido.
Por ejemplo: considerando una medida real concreta, como la longitud total de un coche:
- En un sistema digital, esta medida podría ser de 4 metros o de 4 metros y 23 centímetros.
Es posible darle la exactitud deseada, pero siempre serán cantidades enteras.
- En un sistema analógico, la medida en decimales seria 4,233648596... En teoría hasta que llegásemos a la mínima cantidad de materia existente (siempre que el sistema de medida sea lo suficientemente exacto).
Historia
Se considera que los circuitos inició con el diodo de vacío inventado por John Ambrose Fleming en 1904. El funcionamiento de este dispositivo está basado en el efecto Edison. Thomas Alva 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. Esto fue muy importante para que se fabricaran los primeros amplificadores de sonido, receptores de radio, televisores, etcétera.
Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando y surgieron otros tipos, como los tetrodos(válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etcétera. Dentro de los perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su miniaturización.
Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de John Bardeen y de Walter Brattain, de la Bell Telephone en 1948, cuando se hizo posible una mayor miniaturización de aparatos como los radios. El transistor de unión apareció algo más tarde, en 1949; es el dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica analógica. Sus ventajas respecto a lasválvulas son, entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético y menores tensiones de alimentación. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesitan centenares de voltios de tensión para funcionar.....
Válvulas en círculos audiófilos
A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando las válvulas en pequeños círculos audiófilos, pues parecen ofrecer unas cualidades sonoras que no muestran los transistores.
Terminales del transistor
El transistor tiene tres terminales: el emisor, la base y el colector. 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 es posible controlar una gran corriente de colector a partir de una pequeña corriente de base.
El diodo semiconductor
El diodo de vacío fue desbancado más rápidamente que las válvulas amplificadoras por el diodo semiconductor, que se empezó a utilizar en 1920, aunque se conocía de más antiguo por ser utilizado en el receptor de radio a galena, un diodo que estaba formado por cristal de galena.
Electronica Digital
La electrónica digital es la rama de la electrónica más moderna y que evoluciona más rápidamente. Se encarga de sistemas electrónicos en los que la información está codificada en estados discretos, a diferencia de los sistemas analógicos donde la información toma un rango continuo de valores.
En la mayoría de sistemas digitales, el número de estados discretos es tan solo de dos y se les denomina niveles lógicos. Estos niveles se representan por un par de valores de voltaje, uno cercano al valor de referencia del circuito (normalmente 0 voltios, tierra o "GND"), y otro cercano al valor dado por la fuente de alimentación del circuito. Estos dos estados discretos reciben muchas parejas de nombres en libros de electrónica y otros textos especializados, siendo los más comunes "0" y "1", "false" y "true", "off" y "on" o "bajo" y "alto" entre otros. Tener solo estos dos valores nos permiten usar el Álgebra Booleana y códigos binarios, los que nos proporciona herramientas muy potentes para realizar cálculo sobre las señales de entrada.
Al hablar de electrónica digital estamos en presencia del mayor avance en cuanto a ciencia electrónica se refiere. Al principio los mecanismos interactuaban entre si por movimientos y secuencia preconcebidas para obtener un mismo resultado, la invención de las válvulas, luego los transistores, los chips y por último los microprocesadores así como los micro-controladores han llevado a esta ciencia a posicionarse como una de las más precisas en lo que a procesamiento de datos, imagen y vídeo podamos hablar.
Los más complejos sistemas digitales, aplicados y útiles hoy en día son posibles gracias a la integración de los componentes, herramientas, equipos y subsistemas electrónicos, informáticos y mecánicos. En tiempos modernos es tan fácil tocar una pantalla con nuestras manos (pantalla táctil), ejecutar un comando de voz y cambiar un canal o abrir una ventana, apagar y encender una bombilla; todo gracias a la electrónica digital. Como su nombre lo indica ella se sustenta en su propio lenguaje, el lenguaje de código binario "1" y "0", se crean ciclos de palabras, password, secuencias de bit y byte y se hace realidad lo que nunca se pensó poder monitorear en tiempo real un proceso a miles de kilómetros de distancia. Todas las demás ciencias hoy en día se deben a la invención de los sistemas digitales, es difícil pensar en cocinar algo, llamar a un pariente lejano o ir al cine sin dejar a un lado la electrónica digital.
Por eso podemos decir que ella misma contempla los mejores avances y conducen la vida al futuro, claro complementada por las telecomunicaciones y por las ciencias exactas, la informática, la mecatrónica, la ciencia médica con aplicaciones de prótesis, chips cerebrales, los mismos juegos de realidad virtual y videojuegos infantiles y los no tan infantiles. En conclusión los desarrollos tecnológicos gestados en laboratorios, instalaciones militares, los avances y ayudas humanitarias a países y personas en sitios aun hoy en día remotos e inhóspitos, no fueran posible sin esta rama de la ingeniería la electrónica pero principalmente la digital, la cual es hoy en día una de las más importantes, versátil y sigue en avance y crecimiento en tiempos globalizados.
La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de los sistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.
Los sistemas digitales pueden clasificarse del siguiente modo:
Sistema Digital
Un sistema digital es un conjunto de dispositivos destinados1 a la generación, transmisión, manejo, procesamiento o almacenamiento de señales digitales. También, y a diferencia de un sistema analógico, un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñados para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos.
Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de Boole.
- sistemas digitales combinacionales: Aquellos cuyas salidas solo dependen del estado de sus entradas en un momento dado. Por lo tanto, no necesitan módulos de memoria, ya que las salidas no dependen de los estados previos de las entradas.
- sistemas digitales secuenciales: Aquellos cuyas salidas dependen además del estado de sus entradas en un momento dado, de estados previos. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la información de la 'historia pasada' del sistema.
Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan puertas lógicas (AND, OR y NOT), construidas generalmente a partir detransistores. Estas puertas siguen el comportamiento de algunas funciones booleanas.
Según el propósito de los sistemas digitales, se clasifican en: a) sistemas de propósitos especiales y b) sistemas de propósitos generales. Estos últimos permiten el cambio de su comportamiento mediante la programación de algoritmos de soluciones de problemas específicos. La mayoría de las computadoras modernas (año 2016) son sistemas digitales de propósito general.
Modelo general
- Sistemas digitales combinacionales:
Z = F(X)
Z= valor señales de las salidas; X= valor señales de las entradas; F= circuito transformador de señales (compuertas electrónicas)
- Sistemas digitales secuenciales:
Z = F(X,Q)
Z= valor señales de las salidas; X= valor señales de las entradas; Q= elementos de memoria (Flip Flops); F= circuito transformador de señales (compuertas electrónicas)
Diseño de circuitos combinacionales
Paso 1. Enunciado del problema
Paso 2. Análisis: Especificación de variables de entrada y de salida
Paso 3. Modelado: Definición de las funciones de Boole que especifican el comportamiento del sistema
Paso 4. Simplificación de las funciones de Boole (opcionalmente)
Paso 5. Diagrama lógico
Paso 6. Selección circuitos integrados
Paso 7. Ensamble del sistema digital (tablero de pruebas o circuito preimpreso)
Paso 8. Pruebas
Tipos de circuitos combinacionales
- Convertidores de código: Decodificadores y codificadores
- Selectores de flujo: Multiplexores y demultiplexores
- Sumadores:Sumadores medios y sumadores completos
- Comparadores
- Memoria de sólo lectura
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