Electrónica: definición, circuitos, componentes y aplicaciones
Descubre la electrónica: definición, circuitos, componentes y aplicaciones prácticas, desde sensores y transistores hasta sistemas de comunicación y control.
Electrónica es el estudio y la práctica de cómo controlar el flujo de electrones y, por extensión, cómo manipular señales eléctricas para obtener funciones útiles. Se ocupa del diseño, análisis y construcción de circuitos formados por diversos componentes que controlan la electricidad. La electrónica se sitúa en la intersección de la física y la ingeniería eléctrica, pero también integra conceptos de informática, telecomunicaciones y ciencia de materiales.
Funciones básicas y propiedades
Los componentes electrónicos pueden realizar tres funciones fundamentales: conmutación (usar componentes como transistores o relés como interruptores), amplificación (aumentar la amplitud de una señal débil) y procesamiento (modificar o codificar la información contenida en una señal). Gracias a estas capacidades, los circuitos electrónicos permiten procesar información, almacenarla, controlarla y transmitirla a larga distancia.
Componentes habituales y su papel
- Resistores: limitan corriente y dividen tensión.
- Condensadores (capacitores): almacenan energía eléctrica y filtran señales de alta o baja frecuencia.
- Inductores: almacenan energía magnética; empleados en filtros y fuentes conmutadas.
- Diodos: permiten el paso de la corriente en una única dirección; usados en rectificación y protección.
- Transistores: elementos activos que amplifican o conmutan señales; base de la electrónica moderna.
- Circuitos integrados (CI): combinan muchos componentes en un solo chip para funciones digitales, analógicas o mixtas.
- Sensores y actuadores: transforman magnitudes físicas en señales eléctricas y viceversa; ejemplos: termistores, micrófonos, motores.
Tipos de circuitos y sistemas electrónicos
Los sistemas electrónicos se clasifican en múltiples formas según su función o señal:
- Analógicos: procesan señales continuas, como amplificadores y filtros.
- Digitales: trabajan con señales discretas (bits); incluyen lógica, microprocesadores y memorias.
- Mixtos (analógico-digital): combinan ambas para conversión A/D y D/A, audio y comunicaciones.
- Radiofrecuencia (RF): para comunicaciones inalámbricas y transmisión de señales de alta frecuencia.
- Electrónica de potencia: convierte y controla grandes niveles de energía (fuentes de alimentación, inversores, motores).
Dos grandes categorías de uso
- Procesamiento y distribución de la información. Se denominan sistemas de comunicación.
- Conversión y distribución de energía. Se denominan sistemas de control.
Partes de un sistema electrónico
Una forma práctica de ver un sistema electrónico es dividirlo en tres bloques:
- Entradas - Sensores eléctricos o mecánicos que extraen del mundo físico señales (temperatura, presión, luz, sonido) y las convierten en tensiones o corrientes eléctricas utilizable por el sistema.
- Circuitos de procesamiento de señales - conjuntos de componentes y bloques funcionales que acondicionan, amplifican, filtran, modulan o decodifican las señales para extraer o transformar la información.
- Salidas - Actuadores y dispositivos de presentación que convierten señales eléctricas en efectos útiles: pantallas, motores, altavoces, relés, etc.
Ejemplo práctico: el televisor
Un televisor ilustra cómo funcionan esos bloques: su entrada es la señal de radiodifusión recogida por una antena o, en el caso de la televisión por cable, por un cable. Los circuitos de procesamiento de señales extraen información de brillo, color y sonido contenida en la señal recibida para controlar los dispositivos de salida.
El dispositivo de salida visual puede ser un tubo de rayos catódicos (CRT), una pantalla de plasma o de cristal líquido (LCD/LED). El dispositivo de salida de audio puede ser un altavoz de audio accionado magnéticamente. Las pantallas convierten la información de brillo y color en la imagen visible; los altavoces reproducen la información sonora procesada.
Análisis y síntesis de circuitos
El análisis de un circuito/red consiste en conocer la entrada y la estructura del circuito y determinar su salida. La síntesis consiste en conocer la entrada y la salida deseadas y diseñar la parte de procesamiento de la señal para que el circuito cumpla la función requerida; esto se denomina síntesis. Herramientas modernas como simuladores (por ejemplo SPICE), osciloscopios y analizadores de espectro son habituales en estas tareas.
Herramientas, fabricación y pruebas
- PCB (placa de circuito impreso): soporte físico y eléctrico para montar componentes.
- Soldadura y montaje: técnicas manuales o automatizadas (SMT) para ensamblar dispositivos.
- Simulación: permite validar diseños antes de fabricar prototipos (SPICE, herramientas CAD).
- Medición: multímetro, osciloscopio, generador de señales y analizador lógico son instrumentos esenciales para depurar y verificar circuitos.
Aplicaciones prácticas
La electrónica está presente en casi todos los sectores:
- Comunicaciones: radio, telefonía móvil, internet inalámbrica.
- Informática y electrónica de consumo: ordenadores, teléfonos, consolas, electrodomésticos.
- Automoción: control de motor, sensores, sistemas de asistencia al conductor.
- Medicina: equipos de diagnóstico, dispositivos implantables, monitorización.
- Industrial: control de procesos, automatización, robótica.
- Energía: convertidores, fuentes renovables, gestión de baterías.
Seguridad, normas y buenas prácticas
El diseño electrónico debe cumplir normas de seguridad (aislamiento, protección contra sobrecorriente, compatibilidad electromagnética) y regulaciones específicas según la aplicación. Las buenas prácticas incluyen un diseño térmico apropiado, selección de componentes con margen adecuado y protección frente a sobretensiones.
Tendencias y futuro
La electrónica evoluciona constantemente: miniaturización (nanotecnología), integración (sistemas en chip), eficiencia energética (GaN, SiC en potencia), Internet de las cosas (IoT), inteligencia embebida y avances en comunicaciones (5G/6G). Estos cambios amplían las aplicaciones y la complejidad de los sistemas electrónicos.
En resumen, la electrónica combina teoría y práctica para diseñar sistemas que detectan, procesan, transmiten y actúan sobre la información y la energía. Desde un simple amplificador hasta un teléfono inteligente o un sistema de control industrial, la electrónica es la base tecnológica de gran parte del mundo moderno.
Una placa de circuito impreso.
Historia
La gente empezó a experimentar con la electricidad ya en el año 600 a.C., cuando Tales de Mileto descubrió que al frotar pieles con ámbar éstas se atraían.
A partir de la década de 1900, los dispositivos utilizaban tubos de vacío de vidrio o metal para controlar el flujo de electricidad. Con estos componentes se puede utilizar una tensión de baja potencia para cambiar otra. Esto revolucionó la radio y permitió otros inventos.
En los años 60 y principios de los 70, los transistores y los semiconductores empezaron a sustituir a los tubos de vacío. Los transistores pueden hacerse mucho más pequeños que los tubos de vacío y pueden funcionar utilizando menos energía.
Más o menos al mismo tiempo, se generalizó el uso de los circuitos integrados (circuitos que tienen un gran número de transistores muy pequeños colocados en láminas muy finas de silicio). Los circuitos integrados permitieron reducir el número de piezas necesarias para fabricar productos electrónicos y abarataron mucho los productos en general.
Circuitos analógicos
Los circuitos analógicos se utilizan para señales que tienen un rango de amplitudes. En general, los circuitos analógicos miden o controlan la amplitud de las señales. En los primeros tiempos de la electrónica, todos los dispositivos electrónicos utilizaban circuitos analógicos. La frecuencia del circuito analógico suele medirse o controlarse en el procesamiento de señales analógicas. Aunque se fabriquen más circuitos digitales, los circuitos analógicos siempre serán necesarios, ya que el mundo y sus habitantes funcionan de forma analógica.
Circuitos de pulsos
Los circuitos de pulsos se utilizan para señales que requieren pulsos rápidos de energía. Por ejemplo, los equipos de radar de los aviones y de tierra funcionan con circuitos de pulsos para crear y enviar ráfagas de alta potencia de energía de radio desde los transmisores de radar. Se utilizan antenas especiales (llamadas "de haz" o "de plato" por su forma) para enviar ("transmitir") las ráfagas de alta potencia en la dirección a la que apunta la antena de haz o de plato.
Los pulsos o ráfagas de energía radioeléctrica del transmisor de radar golpean y rebotan (se "reflejan") en objetos duros y metálicos. Los objetos duros son cosas como edificios, colinas y montañas. Los objetos metálicos son cualquier cosa hecha de metal, como aviones, puentes o incluso objetos en el espacio, como los satélites. La energía de radar reflejada es detectada por los receptores de pulsos de radar, que utilizan conjuntamente circuitos de pulsos y digitales. Los circuitos de impulsos y digitales de los receptores de impulsos de radar se utilizan para mostrar la ubicación y la distancia de los objetos que han reflejado los impulsos de alta potencia del transmisor de radar.
Controlando la frecuencia con la que se envían los pulsos rápidos de energía de radar por parte de un transmisor de radar (lo que se denomina "temporización de los pulsos" del transmisor), y el tiempo que tarda la energía de los pulsos reflejados en volver al receptor de radar, se puede saber no sólo dónde están los objetos, sino también a qué distancia se encuentran. Los circuitos digitales de un receptor de radar calculan la distancia a un objeto conociendo el intervalo de tiempo entre los pulsos de energía. Los circuitos digitales del receptor de radar cuentan el tiempo que tarda la energía reflejada por un objeto en ser detectada por el receptor de radar. Como los pulsos de radar se envían y reciben aproximadamente a la velocidad de la luz, se puede calcular fácilmente la distancia a la que se encuentra un objeto. Esto se hace en los circuitos digitales multiplicando la velocidad de la luz por el tiempo que tarda en recibir la energía del radar reflejada por un objeto.
El tiempo entre pulsos (a menudo llamado "tiempo de frecuencia de pulsos", o PRT) establece el límite de la distancia a la que se puede detectar un objeto. Esa distancia se denomina "alcance" de un transmisor y receptor de radar. Los transmisores y receptores de radar utilizan PRT largos para encontrar la distancia a los objetos que están lejos. Los PRT largos permiten determinar con precisión la distancia a la luna, por ejemplo. Los PRT rápidos se utilizan para detectar objetos que están mucho más cerca, como barcos en el mar, aviones de alto vuelo o para determinar la velocidad de los automóviles que se mueven rápidamente en las carreteras.
Circuitos digitales
Los circuitos digitales se utilizan para señales que sólo se encienden y se apagan, en lugar de trabajar a menudo a niveles intermedios entre el encendido y el apagado. Los componentes activos de los circuitos digitales suelen tener un nivel de señal cuando se encienden y otro cuando se apagan. En general, en los circuitos digitales un componente sólo se enciende y se apaga.
Los ordenadores y los relojes electrónicos son ejemplos de dispositivos electrónicos formados en su mayoría por circuitos digitales.
Bloques básicos:
- Puertas lógicas
- Chanclas
- Contadores
Dispositivos complejos:
- Microprocesadores
- Microcontroladores
- Procesadores de señales digitales
Diagrama de un semi-sumador, un circuito digital
Páginas relacionadas
- Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
- Electricidad
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la electrónica?
R: La electrónica es el estudio de la electricidad (el flujo de electrones) y de cómo utilizarla para construir cosas como ordenadores. Utiliza circuitos hechos con componentes y cables de conexión para hacer cosas útiles.
P: ¿Qué ciencia subyace en la electrónica?
R: La ciencia que subyace a la electrónica procede del estudio de la física y se aplica en la vida real a través del campo de la ingeniería eléctrica.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de componentes electrónicos?
R: Algunos ejemplos de componentes electrónicos son los transistores, los fusibles, los disyuntores, las pilas, los motores, los transformadores, los LED y las bombillas.
P: ¿Cómo puede descomponerse en partes un sistema electrónico?
R: Un sistema electrónico puede descomponerse en tres partes: entradas, circuitos de procesamiento de señales y salidas. Las entradas son sensores eléctricos o mecánicos que toman señales del mundo físico y las convierten en señales de corriente eléctrica y tensión. Los circuitos de procesamiento de señales están formados por componentes electrónicos conectados entre sí para manipular, interpretar y transformar la información contenida en las señales. Las salidas son actuadores u otros dispositivos que vuelven a transformar las señales de corriente y tensión en información legible para el ser humano.
P: ¿Cómo funciona un televisor?
R: Un televisor tiene como entrada una señal de emisión recibida de una antena o de un cable para la televisión por cable. Los circuitos de procesamiento de señales dentro del televisor utilizan la información de brillo, color y sonido contenida en la señal recibida para controlar sus dispositivos de salida, como un tubo de rayos catódicos (CRT), una pantalla de plasma o de cristal líquido para el dispositivo de salida de visualización; un altavoz de audio accionado magnéticamente para el dispositivo de salida de audio; etc., que convierten estas señales en imágenes visibles que se muestran en una pantalla o en sonidos que escuchan los oyentes, respectivamente.
P: ¿Qué es el análisis de un circuito/red?
R: El análisis de un circuito/red implica conocer tanto su circuito de entrada como el de procesamiento de la señal para averiguar cuál va a ser su salida.
P: ¿Qué es la síntesis en lo que respecta a la electrónica?
R: La síntesis implica conocer tanto la entrada como la salida y luego averiguar o diseñar qué tipo de pieza de procesamiento de señales se necesitará para que todo funcione correctamente.
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