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La electrónica es una rama de la ciencia, aplicada en la ingeniería, que se basa en el estudio del comportamiento de los electrones en diversos medios, para su posterior aplicación en sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones. También se incluye dentro de la electrónica el diseño y fabricación de circuitos electrónicos para la resolución de todo tipo de problemas, así como el diseño del software correspondiente para su control.

HISTORIA

• En 1904, el físico británico John Ambrose Flemming, considerado el padre de la electrónica, inventa el diodo de vacío, usado como detector de ondas electromagnéticas.
• En 1906, el físico estadounidense Lee de Forest agrega un cátodo al diodo, desarrollando así el tríodo, primer dispositivo amplificador electrónico de la Historia.
• A raíz de estos dispositivos se desarrollaron hasta los años 30 otros muchos ingenios, añadiendo nuevos elementos a las válvulas y haciéndolas cada vez más pequeñas.
• En 1932, la empresa alemana A.E.G. desarrolló el primer magnetófono.
• En 1947, un equipo de ingenieros de la Universidad de Pennsylvania crea ENIAC, la primera computadora digital electrónica, que incorporaba 18.000 tubos electrónicos.
• En 1948, John Bardeen, William Shockley, y Walter Brattain, de la Bell Telephone, crean el transistor. Este dispositivo es utilizado actualmente para la mayoría de aplicaciones electrónicas.
• En 1958, Jack Kilby de la compañía norteamericana Texas Instruments, creó el primer circuito completo integrado en una pastilla de silicio. Paralelamente, Robert Noyce de Fairchild Semiconductor desarrolla un dispositivo similar.
• En 1965, Gordon Moore predijo que la integración de circuitos crecería a un ritmo que duplicaría el número de transistores por chip cada dos años, predicción que se ha cumplido hasta la actualidad y que se conoce como la Ley de Moore.
• En 1970, Ted Hoff, Federico Faggin de Intel y Masatoshi Shima de Busicom (ZiLOG) diseñan el primer microprocesador, el Intel 4004.
• En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son muy extensos, y se han desarrollado varias disciplinas especializadas.

VARIABLES ELECTRÓNICAS

Las variables electrónicas son la tensión o potencial diferencia de potencial y la corriente eléctrica. En un circuito electrónico, las entradas y las salidas son variables electrónicas. A estas variables se las denomina comúnmente “señales”.

Tensión

La tensión es la diferencia de potencial eléctrico existente en los bornes de un componente electrónico. En electrónica se expresa en voltios (V), por lo que también se suele denominar “voltaje”.

Corriente eléctrica

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material conductor o semiconductor. Se mide en culombios por segundo o amperios (A).

La tensión y la corriente en un dispositivo se relacionan entre sí con la resistencia, es decir, la propiedad física mediante la cual todos los materiales tienden a oponerse al flujo de corriente. La regla que relaciona el voltaje, la corriente y la resistencia es conocida como la Ley de Ohm, y se escribe:

V/I=R

Donde R es la resistencia eléctrica que presenta el componente, V es la diferencia de potencial (en voltios) entre los bordes del mismo, e I es la intensidad (en amperios) que fluye por él. La resistencia se mide en ohmios (Ω), siendo 1Ω=1V/1A.

ELEMENTOS BÁSICOS

Resistor

Los resistores, más comúnmente conocidos como resistencias, son componentes electrónicos diseñados para introducir una determinada resistencia eléctrica entre dos puntos de un circuito.

Algunas resistencias son empleadas para producir calor, basándose en el efecto Joule, que explica que, cuando por un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en energía calorífica.

También existen resistencias de valor variable, que son conocidas como potenciómetros.

Condensador

Los condensadores, capacitores o capacidades, son elementos electrónicos que se emplean para almacenar energía eléctrica.

Están formados por un par de superficies conductoras en situación de influencia total, siendo la energía almacenada proporcional a la diferencia de potencial entre ambas placas.

El valor de un condensador se mide en Faradios (F), siendo un faradio la capacidad de un condensador entre cuyas placas hay una diferencia de potencial de un voltio cuando está cargado con un culombio.

Inductor

Los inductores, inductancias o bobinas, son elementos electrónicos que almacenan energía magnética.

La inductancia se mide en Henrios (H), donde un henrio es la inductancia eléctrica de un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de un voltio cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía a razón de un amperio por segundo.

CLASIFICACIÓN

Dentro de la electrónica pueden distinguirse claramente tres ramas bien diferenciadas: La electrónica analógica, la electrónica digital y la electrónica de potencia.

Electrónica analógica

La electrónica analógica es la rama de la electrónica en la cual las variables varían de una forma continua en el tiempo y pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites. Los dispositivos más comunes empleados en electrónica analógica son: condensadores, inductancias, resistencias, transistores y diodos. Algunas operaciones para las que se emplean circuitos analógicos pueden ser:

• Amplificación: que consiste en aumentar la potencia de una señal.
• Rectificación de señales: que consiste en convertir tensiones negativas en positivas. Se aplica generalmente en transformadores de corriente alterna a corriente continua.
• División de tensión: que consiste en repartir la tensión de una fuente entre varios componentes conectados en serie.
• Conmutación: que consiste en desviar o interrumpir una corriente eléctrica.
• Filtrado: que consiste en discriminar determinadas frecuencias o rangos de frecuencias de una señal electrónica. Se emplean fundamentalmente en comunicaciones, en aquellas aplicaciones donde se trabaja con varias señales de frecuencias muy próximas entre sí.
• Adaptación de impedancias: que consiste en modificar la impedancia de salida de un sistema electrónico para adaptarlo a la impedancia de entrada de otro sistema colocado a continuación del primero, para conseguir máxima transferencia de potencia.
• Operaciones matemáticas con señales: como puedan ser sumas, restas, derivadas, integrales, multiplicaciones, etc. Se realizan generalmente en circuitos basados en amplificadores operacionales.
• Sensores: que se basan en elementos electrónicos con comportamiento dependiente de alguna variable externa (temperatura, presión, fuerza).

Electrónica digital

La electrónica digital es la rama de la electrónica que emplea variables discretas, es decir, aquellas variables que pueden tomar un número finito de valores.

Concretamente, los sistemas electrónicos digitales codifican la información en dos únicos estados. A éstos se les puede denominar “verdadero” (true) y “falso” (false) o “nivel alto” (high level) y “nivel bajo” (low level), aunque más comúnmente se les conoce como “1” y “0”.

A cada estado se le asigna un rango de voltajes determinado que se conoce como nivel lógico.

Considerando los dos niveles lógicos como un sistema de numeración binaria, puede emplearse el Álgebra de Boole para realizar toda una serie de complejas operaciones lógicas o aritméticas, imposibles de realizar con electrónica analógica.

Los sistemas lógicos emplean una serie de elementos que se conocen como puertas lógicas, que permiten realizar las operaciones de Boole, y combinarse unas con otras para realizar operaciones más complejas. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores (generalmente transistores) que cumple las condiciones booleanas para el operador particular.

Las aplicaciones de la electrónica digital son muy extensas, y van desde simples codificadores, multiplexores o memorias digitales hasta las más complejas, como los computadores o la robótica.

Dado el elevado número de transistores que se encuentran presentes en un aparato de electrónica digital, una de las vías de investigación más importantes es la que trata de reducir el tamaño de los circuitos integrados.

Electrónica de potencia

La electrónica de potencia es la rama de la electrónica que se dedica a transformar y adaptar la electricidad con el fin de alimentar otros equipos. El objetivo fundamental es obtener un procesamiento con la mayor eficiencia energética posible.

Se emplean transistores específicos, como IGTBs o IGTCs, y otros elementos especiales, desarrollados para garantizar un buen rendimiento energético y para soportar grandes potencias, como SRCs y Triacs, elementos ambos que se derivan del diodo.

Los convertidores de energía eléctrica pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Rectificadores: se emplean para transformar una corriente eléctrica alterna en una corriente eléctrica continua. Empleados en los circuitos de alimentación de los aparatos electrónicos.
• Inversores: son usados para transformar una corriente eléctrica continua en una corriente eléctrica alterna. Una aplicación típica es convertir la corriente continua almacenada en los paneles solares en corriente alterna, para poder ser inyectados en la red eléctrica.
• Choppers: sirven para transformar una corriente eléctrica continua en otra corriente eléctrica continua. Más generalmente, los choppers son interruptores electrónicos que se permiten interrumpir una señal bajo el control de otra.
• Cicloconversores: se utilizan para convertir una corriente eléctrica alterna en otra corriente eléctrica alterna. La amplitud y la frecuencia del voltaje de entrada tienden a ser fijas, mientras que tanto la amplitud como la frecuencia del voltaje de salida tienden a ser la variable. Se emplean, por ejemplo, para controlar motores de tracción.

APARATOS DE MEDIDA

Estos son los aparatos de medida más comunes empleados en electrónica:

• Multímetro: o polímetro, es un aparato de medida que combina un amperímetro o medidor de intensidad, un voltímetro o medidor de voltaje, y un óhmetro o medidor de resistencia. Proporciona medidas instantáneas.
• Osciloscopio: es un aparato de medida que mide y muestra por una pantalla el cambio de voltaje y corriente en función del tiempo, empleado para visualizar la variación temporal de una señal electrónica, tanto digital como analógica.
• Analizador de espectros: es un aparato de medida que permite visualizar por una pantalla las componentes espectrales o frecuenciales de una señal electrónica, tanto digital como analógica.

Por: Luis García.