1-Introducción a la electronica

La electricidad nos rodea aunque no siempre se manifieste. En efecto todos los cuerpos físicos (objetos) están formados con moléculas de diferentes materiales que a su vez están construidas con alguno de los 92 átomos diferente que existen en la naturaleza. Y en cada átomo, existe un núcleo positivo y una nube de electrones negativa que se compensan perfectamente como para que el átomo sea neutro. Y si es neutro no puede manifestarse eléctricamente.

Al núcleo no tenemos un acceso fácil que permita quitar protones, pero llegar a los electrones de orbitas superiores es muy fácil y solo basta con frotar materiales con un paño para arrancar o agregar electrones y generar cargas eléctricas fijas en el material utilizado. Agregar o quitar depende del material que se frote en el paño. Algunos materiales son dadores y otros son aceptores.

Es así como podemos tener un objeto con exceso de electrones (negativo) y otro con falta de electrones (positivo). Mientras los objetos estén separados (aislados) permanecerán cargados permanentemente. Si se los aproxima hasta que se toquen, de inmediato circularan cargas eléctricas (electrones) ente ellos hasta neutralizarse de modo que cada cuerpo sea neutro.

Como el lector puede observar, todas estas acciones ocurren en un instante de tiempo y luego cesan en cuanto los cuerpos se neutralizan. No hay una circulación permanente de electricidad. Un instante después que los cuerpos se tocan cesan los fenómenos eléctricos. Por esos a estos fenómenos se los incluye entre los de electricidad estática o electrostática. Nos sirven para establecer los principios de nuestra especialidad, pero no son los fenómenos que normalmente ocurren dentro de un dispositivo electrónico, en donde las corrientes de electrones circulan en forma permanente.

El concepto más importante de la electrónica  es el de la circulación de la corriente eléctrica, que puede ser explicado claramente mediante la electricidad estática.

Hasta ahora tenemos dos cuerpos cargados eléctricamente. Uno es de material dador (positivo) y otro de material aceptor (negativo).

• Si los unimos con una barra de vidrio los cuerpos permanecerán cargados y entonces decimos que la barra de vidrio es aisladora.
• Si los unimos con una barra de cobre los cuerpos se descargarán y entonces decimos que la barra de cobre es conductora.

Es un error considerar que el mismo electrón que sale del cuerpo con exceso de electrones y penetra en la barra conductora, llega al que tiene falta de electrones. En efecto el fenómeno que se produce es un desplazamiento de electrones de átomo en átomo de modo que entra un electrón por una punta de la barra pero el que sale es otro electrón que estaba situado en la otra punta. La carga se desplaza prácticamente a la velocidad de la luz el corpúsculo (electrón) lo hace mucho mas lentamente.

• En un cuerpo aislador los electrones están fuertemente unidos a su núcleo y es difícil o imposible sacarlos de sus orbitas.
• En un cuerpo conductor los electrones están flojamente unidos a su núcleo, inclusive muchas veces se movilizan y cambia de núcleo en forma casual; aunque siempre que un átomo adquiere un electrón cede otro para mantener la neutralidad.

Ahora es fácil entender que si un cuerpo con electrones en exceso se une a unabarra de cobre, este cuerpo transfiere algunos de sus electrones de modo que el nuevo cuerpo con el agregado de la barra de cobre tiene características negativas distribuidas uniformemente por todo el cuerpo compuesto. Es decir que la barra de cobre es también negativa y por lo tanto al acercarla al cuerpo positivo, establecerá la circulación de electrones.

En cambio la barra de vidrio no acepta que sus electrones se muevan de átomo en átomo y por lo tanto el cuerpo con exceso de electrones no puede influir sobre ella. Estos dos conceptos de cuerpos aisladores y conductores son fundamentales en nuestra especialidad.

Este efecto no requiere en realidad a la barra aisladora; el propio aire entre los dos cuerpos cargados puede oficiar de conductor si la carga de los cuerpos es suficientemente alta. En este caso se producen arcos a través del aire de los cuales los relámpagos son una manifestación natural que se produce debido a la carga eléctrica de las nubes de tormenta.

Inclusive se puede formar un arco en el vacío. En efecto un cuerpo cargado muy negativamente puede rechazar tanto su exceso de electrones que estos son capaces de adquirir suficiente energía como para saltar el espacio vacío. El arco que se observa visualmente como una línea luminosa y el ruido que se produce son causados por los electrones circulantes a gran velocidad y en gran cantidad.

La corriente eléctrica

Los electrones que circulan entre dos cuerpos cargados con cargas opuestas, al unirlos con un conductor, forman lo que clásicamente se conoce como corriente eléctrica. Es decir que circulación de electrones y corriente eléctrica son sinónimos. Por lo general cuando se trata de fenómenos electrostáticos se habla de circulación de cargas o de electrones y cuando los procesos son continuos se habla de corriente eléctrica.

La corriente de agua que circula por un caño se mide en litros/Seg. ¿En que se mide la corriente electrica? Es evidente que se podría medir en electrones/Seg. pero la carga de un electrón es tan pequeña que los números serían muy altos, es decir que la unidad electrones/Seg. no es práctica. Inclusive la unidad de carga eléctrica de un cuerpo cargado por frotamiento medida en electrones es ya un número muy alto.

Por todo esto se idearon unidades prácticas tanto para la cantidad de electricidad o carga eléctrica como para la corriente eléctrica dándole a esas unidades el nombre de diferentes científicos que trabajaron con los fenómenos eléctricos.

La unidad practica de corriente eléctrica es el Coulomb (culombio) y es igual a 6,28 1018 electrones (6 trillones 228.000 electrones) o 6.280.000.000.000.000.000 electrones.

La unidad práctica de corriente eléctrica es el Amper y es igual a un Coulomb por segundo.

 Para simplificar la notación se utilizan letras para representar a los diferentes conceptos y unidades. Por ejemplo a la carga siempre se la representa por la letra Q y a su unidad práctica por las letras Cb. La corriente eléctrica se representa por una I y a su unidad por una A. A la unidad de tiempo se la representa con la “t” minúscula (porque se reserva la T mayúscula para la temperatura) Con estas representaciones se puede escribir que la corriente eléctrica

I = Q/t

medida en Cb/Seg o la unidad equivalente A.

Las unidades siempre involucran los múltiplos y submúltiplos de las mismas. En electrónica se utilizan por lo general los submultimplos del A es decir el mA (miliamper) y el uA (microamper) en la siguiente tabla se pueden observar estas equivalencias.

SIMBOLO	POT DE 10	EQUIV. mA	EQUIV. μA	NOMBRE
1 A	100 A	1000	1.000.000	AMPER
1 mA	10-3 A	1	1.000	MILIAMPER
1 μA	10-6 A	0,001	1	MICROAMPER

Una dínamo es una maquina electromecánica que transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica. Hace lo mismo que la pila, es decir que la podemos asimilar a dos cuerpos cargados con diferente polaridad en donde las cargas que circulan son reemplazadas a medida que se van tomando. En este caso la energía necesaria para restaurar las cargas se saca de una interacción magnética entre los electrones y el campo magnético rotatorio de la dínamo.

La tensión eléctrica

Se dice que una fuente tiene una diferencia de potencial o tensión de 1 Voltio cuando al conectarle un resistor de 1 Ohms circula 1 A de corriente eléctrica por el. La tensión de una fuente se individualiza por la letra E y su unidad el Voltio por la letra V. Las siguientes igualdades nos indican los múltiplos y submúltiplos mas utilizados:

microvolt 1.000.000 uV = 1 V
milivolt 1.000 mV = 1 V
Kilovolt 1 KV = 1.000 V

En realidad la tensión de una fuente y la diferencia de potencial no obedecen al mismo concepto. Entre ambas características existe una pequeña diferencia que pasamos a explicar.

Toda fuente de electricidad posee una resistencia interna asociada que no puede ser evitada. Tomemos por ejemplo una pila del tipo A (las mas grandes usadas en linternas). Si medimos la tensión que entrega una pila nueva sin colocarle ningún resistor de carga, mediremos una tensión de exactamente 1,52V (la tensión depende de los materiales usados para su construcción, las pilas mas comunes utilizan grafito y zinc como electrodos y son las que dan exactamente esa tensión). Pero el grafito y el resto de los materiales que forman parte de la pila tienen cierta resistencia que debe ser considerada. En cambio si colocamos un resistor de carga de 1 Ohms la tensión de la pila se reduce a 1,3 V aproximadamente. Esto significa que esa pila tiene una resistencia interna que vamos a aprender a calcular posteriormente.

Por ahora podemos decir que la diferencia de potencial de la pila (o la tensión sin carga que es lo mismo) es de 1,52V y que la tensión cargada depende de la carga conectada, pero para una carga de 1 Ohm es de 1,3V.

Los generadores electromecánicos (dínamos) también poseen una diferencia de potencial y una tensión de trabajo con carga. En este caso la resistencia interna de la fuente está formada por la resistencia de los bobinados del dispositivo.

Conceptos básicos de electrónica

Publicado en abril 27, 2015 por admin

Los equipos celulares y tabletas contienen módulos internos que controlan sus funciones conformados por elementos electrónicos, los materiales que permiten la corriente eléctrica se llaman conductores y los que lo bloquean se llaman aislantes. Los semiconductores son aquellos que dependiendo de ciertas condiciones permiten o no el paso de la electricidad.

Componentes de la energía eléctrica

 Voltaje

Tambien conocida como tenciòn electrica o diferencia de potencial, es la fuerza electrica que tienen entre los polos  positivo y negativo, dicha fuerza impulsa la energia hacia los elementos electronicos del celular para que funcione.

Se mide en Volts = V

Corriente

Es el flujo de paquetes de energía en un determinado tiempo, es decir, la velocidad de energía electrica, en un circuito esa velocidad tiene variaciones debido a que algunos elementos electronicos necesitan energía mas rápido que otros para funcionar.

Se mide en Amperes = A

Resistencia

Es la oposición al paso de la energía eléctrica, sirve para regular la corriente y el voltaje según lo requiera cada componente, librea la energía sobrante en forma de calor.

Se mide en Ohms = Ω

Las variable, voltaje, corriente y resistencia se relacionan mediante la ley de Ohm, esta sirve para conocer los parámetros de funcionamiento de un elemento electrónico y determinar si son los correctos.

V = I x RV = I·R.

¿Cómo calcular estas variables?

Para calcular cualquiera de estas variables basta con conocer dos de ellas y multiplicarlas o dividirlas según la fórmula de la ley de Ohm.

Potencia

Es la relación entre energía y tiempo ocupados en un trabajo determinado, sirve para conocer cuanta energía consume un elemento y cuánto tarda en hacer su tarea.

Se determina en Watts = W

Corriente alterna

Se le denomina así a la corriente cuando cambia de sentido periódicamente dentro de un circuito, es la que se obtiene de los toma corrientes.

Corriente continua

También conocida como directa es la que fluye siempre en un mismo sentido siendo fácil de controlar y es la que utilizan los equipos internamente.

¿Qué es el voltaje?

En el estudio del fenómeno de la electricidad, existe un concepto fundamental: el voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico, también llamado "tensión”, "diferencia de potencial” o "caída de potencial”. Expliquemos con un ejemplo.

Si entre dos puntos de un conductor no existe diferencia de cargas eléctricas, el voltaje entre ambos puntos es cero. Si entre esos dos puntos aparece un desequilibrio de cargas (es decir, que en un punto hay un exceso de cargas negativas y en el otro una ausencia de ellas), aparecerá un voltaje entre ambos puntos que será mayor a medida que la diferencia de cargas sea también mayor.

Este voltaje es el responsable de la generación del flujo de electrones entre los dos puntos del conductor. No obstante, si los dos puntos tienen un desequilibrio de cargas entre sí pero están unidos mediante un material no conductor, o también llamado material "aislante”, existirá un voltaje entre ellos pero no habrá paso de electrones, es decir, no habrá electricidad).

Generalmente, se suele decir que el punto del circuito con mayor exceso de cargas positivas (o dicho de otra forma: con mayor carencia de cargas negativas) es el que tiene el "potencial” más elevado, y el punto con mayor exceso de cargas negativas es el que tiene el "potencial” más reducido. Pero no olvidemos nunca que el voltaje siempre se mide entre dos puntos: no tiene sentido decir "el voltaje en este punto”, sino "el voltaje en este punto respecto a este otro”; de ahí sus otros nombres de "diferencia de potencial” o "caída de potencial”.

También por convenio, aunque físicamente sea en realidad justo al contrario, se suele decir que la corriente eléctrica va desde el punto con potencial mayor hacia otro punto con potencial menor, es decir, que la carga acumulada en el extremo positivo es la que se desplaza hacia el extremo negativo. Para entender mejor el concepto de voltaje podemos utilizar la analogía de la altura de un edificio: si suponemos que el punto con el potencial más pequeño es el suelo y asumimos este como el punto de referencia con valor 0, a medida que un ascensor vaya subiendo por el edificio irá adquiriendo más y más potencial respecto el suelo: cuanta más altura tenga el ascensor, más diferencia de potencial habrá entre este y el suelo. Cuando estemos hablando de una "caída de potencial”, querremos decir, entonces, que el ascensor ha disminuido su altura respecto al suelo y por tanto tiene un voltaje menor.

¿Qué es la corriente?

La intensidad de corriente, comúnmente llamada "corriente” a secas, es una magnitud eléctrica que se define como la cantidad de carga eléctrica que pasa en un determinado tiempo a través de un punto concreto de un material conductor.

Podemos imaginar que la intensidad de corriente es similar en cierto sentido al caudal de agua que circula por una tubería: que pase más o menos cantidad de agua por la tubería en un determinado tiempo, sería análogo a que pase más o menos cantidad de electrones por un cable eléctrico en ese mismo tiempo.

Su unidad de medida es el amperio (A), pero también podemos hablar de miliamperios (1 mA = 0,001 A), de microamperios (1 μA = 0,001 mA), o incluso de nanoamperios (1 nA = 0,001 μA).

Tal como ya hemos comentado, se suele considerar que en un circuito la corriente fluye del polo positivo (punto de mayor tensión) al polo negativo (punto de menor tensión) a través de un material conductor.

Si conectamos un foco hacia una batería (conectar los 2 cables que salen del contacto del foco hacia los 2 polos de la batería), permitimos que la electricidad  proveniente de la batería pase a través de los cables hacia el foco. Si observamos cuidadosamente el foco, podremos ver dentro de este un alambre que parece cabello llamado filamento), los electrones que llegan por el cable y que circulan por el filamento haciendo que se ponga tan caliente que brilla. Y si desconectamos uno de los cables se apaga. Este proceso es conocido como abrir el circuito.

Eso es porque la electricidad tiene que tener un lugar donde empezar y un lugar donde ir, es decir una trayectoria cerrada. A esto se le llama circuito, al igual que una pista de carreras.

¿Qué es la DC y la AC?

Hay que distinguir dos tipos fundamentales de circuitos cuando hablamos de magnitudes como el voltaje o la intensidad: los circuitos de corriente continua (o circuitos DC, del inglés "Direct Current”) y los circuitos de corriente alterna (o circuitos AC, del inglés "Alternating Current”).

Llamamos corriente continua a aquella en la cual los electrones circulan a través del conductor siempre en la misma dirección, en la que los extremos de mayor y menor potencial -o lo que es lo mismo, los polos positivo y negativo- son siempre los mismos. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante, como la suministrada por una batería, estrictamente sólo es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

Llamamos corriente alterna a aquella en la que la magnitud y la polaridad del voltaje varían cíclicamente. Esto último implica que los polos positivo y negativo se intercambian alternativamente a lo largo del tiempo y, por tanto, que el voltaje va tomando valores positivos y negativos con una frecuencia determinada.

La corriente alterna es el tipo de corriente que llega a los hogares y empresas proveniente de la red eléctrica general. Esto es así porque la corriente alterna es más fácil y eficiente de transportar a lo largo de grandes distancias pues sufre menos pérdidas de energía que la corriente continua. Además, la corriente alterna puede ser convertida a distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos según nos interese a través de un dispositivo llamado transformador, de una forma más sencilla y eficaz.

No obstante, en los proyectos durante el curso tan solo usaremos corriente continua, ya que los circuitos donde podemos utilizar Arduino, y de hecho la mayoría de circuitos electrónicos domésticos, sólo funcionan correctamente con este tipo de corriente.

¿Qué es la resistencia eléctrica?

Podemos definir la resistencia eléctrica interna de un objeto cualquiera como su capacidad para oponerse al paso de la corriente eléctrica a través de él. Así, cuanto mayor sea la resistencia de ese componente, más dificultad tendrán los electrones para atravesarlo, incluso el extremo de imposibilitar la existencia de electricidad.

Esta característica depende, entre otros factores, del material con el que está construido el objeto, por lo que podemos encontrarnos con materiales con poca o muy poca resistencia intrínseca (los llamados "conductores” como el cobre o la plata) y materiales con bastante o mucha resistencia (los llamados "aislantes”, como la madera o determinados tipos de plástico, entre otros).

No obstante, hay que insistir en que aunque un material sea conductor, siempre poseerá inevitablemente una resistencia propia que evita que se transfiera el 100% de la corriente a través de él, por lo que incluso un simple cable de cobre tiene cierta resistencia interna que reduce el flujo de electrones original. La unidad de medida de la resistencia de un objeto es el ohmio (Ω). También podemos hablar de kilohmios (1 kΩ = 1000 Ω), de megaohmios (1 MΩ = 1000 kΩ), etc.

Conductores

Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.

Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es el cobre, en forma de cables de uno o varios hilos. Aunque la plata es el mejor conductor, debido a su precio elevado no se usa con tanta frecuencia. También se puede usar el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas que en la transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. A diferencia de lo que mucha gente cree, el oro es levemente peor conductor que el cobre; sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores eléctricos debido a su durabilidad y resistencia a la corrosión.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m.2 A este valor es a lo que se llama 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.3

Aislantes

El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento conducto con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente y lo mantiene aislado en su desplazamiento a lo largo del conductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres que pueden moverse con facilidad.

De acuerdo con la teoría moderna de la materia, comprobada por resultados experimentales, los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia. En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial, o tensión eléctrica, entre los extremos del conductor.

A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales, los antes mencionados conductores, tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro.

Los mejores conductores son los elementos metálicos, especialmente el oro, la plata (es el más conductor), el cobre, el aluminio, etc.

Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).

Ley DE Ohm

La Ley de Ohm dice que si un componente eléctrico con resistencia interna, R, es atravesado por una intensidad de corriente, I, entre ambos extremos de dicho componente existirá una diferencia de potencial, V, que puede ser conocida gracias a la relación V = I·R.

De esta fórmula es fácil deducir relaciones de proporcionalidad interesantes entre estas tres magnitudes eléctricas. Por ejemplo: se puede ver que (suponiendo que la resistencia interna del componente no cambia) cuanto mayor es la intensidad de corriente que lo atraviesa, mayor es la diferencia de potencial entre sus extremos.

También se puede ver que (suponiendo en este caso que en todo momento circula la misma intensidad de corriente por el componente), cuanto mayor es su resistencia interna, mayor es la diferencia de potencial entre sus dos extremos. Además, despejando la magnitud adecuada de la fórmula anterior, podemos obtener, a partir de dos datos conocidos cualesquiera, el tercero. Por ejemplo, si conocemos V y R, podremos encontrar I mediante I = V/R, y si conocemos V e I, podremos encontrar R mediante R = V/I.

A partir de las fórmulas anteriores debería ser fácil ver también, por ejemplo, que cuanto mayor es el voltaje aplicado entre los extremos de un componente, el cual suponemos que posee una resistencia de valor fijo, mayor es la intensidad de corriente que pasa por él. O que cuanto mayor es la resistencia del componente, manteniendo constante la diferencia de potencial entre sus extremos, menor es la intensidad de corriente que pasa a través de él. De hecho, en este último caso, si el valor de la resistencia es suficientemente elevado, podemos conseguir incluso que el flujo de electrones se interrumpa.

¿Qué es la potencia?

Podemos definir la potencia de un componente eléctrico/electrónico como la energía consumida por este en un segundo. No obstante, si estamos hablando de una fuente de alimentación, con la palabra potencia nos referiremos entonces a la energía eléctrica aportada por esta al circuito en un segundo. En ambos casos, ya sea potencia consumida o generada, la potencia es un valor intrínseco propio del componente o generador, respectivamente. Su unidad de medida es el vatio (W) pero también podemos hablar de milivatios (1 mW = 0,001 W), o kilovatios (1 kW = 1000 W).

A partir de la potencia conocida propia del componente/generador y del tiempo que esté funcionando, se puede conocer la energía consumida/aportada total, mediante la expresión: E = P · t . Cuando una fuente de alimentación aporta una determinada energía eléctrica, esta puede ser consumida por los distintos componentes del circuito de diversas maneras: la mayoría de veces es gastada en forma de calor debido al efecto de las resistencias internas intrínsecas de cada componente (el llamado "efecto Joule”), pero también puede ser consumida en forma de luz (si ese componente es una bombilla, por ejemplo) o en forma de movimiento (si ese componente es un motor, por ejemplo), o en forma de sonido (si ese componente es un altavoz, por ejemplo), o en una mezcla de varias.

Podemos calcular la potencia consumida por un componente eléctrico si sabemos el voltaje al que está sometido y la intensidad de corriente que lo atraviesa, utilizando la fórmula P = V·I. Por ejemplo, una bombilla sometida a 220 V por la que circula 1 A consumirá 220 W. Por otro lado, a partir de la Ley de Ohm podemos deducir otras dos fórmulas equivalentes que nos pueden ser útiles si sabemos el valor de la resistencia R interna del componente: P = I2·R o también P= V2/R. Finalmente, hay que saber que los materiales conductores pueden soportar hasta una cantidad máxima de potencia consumida, más allá de la cual se corre el riesgo de sobrecalentarse y dañarse.

Señales analógicas y digitales

Podemos clasificar las señales eléctricas, ya sean voltajes o intensidades, de varias maneras según sus características físicas. Una de las clasificaciones posibles es distinguir entre señales digitales y señales analógicas. Señal digital es aquella que sólo tiene un número finito de valores posibles, lo que se suele llamar "tener valores discretos”. Por ejemplo, si consideramos como señal el color emitido por un semáforo, es fácil ver que esta es de tipo digital, porque sólo puede tener tres valores concretos, diferenciados y sin posibilidad de transición progresiva entre ellos: rojo, ámbar y verde. Un caso particular de señal digital es la señal binaria, donde el número de valores posibles es 2. Conocer este tipo de señales es importante porque en la electrónica es muy habitual trabajar con voltajes con tan solo dos valores. En estos casos, uno de los valores del voltaje binario suele ser 0 -o un valor aproximado- para indicar precisamente la ausencia de voltaje, y el otro valor puede ser cualquiera, pero lo suficientemente distinguible del 0 como para indicar sin ambigüedades la presencia de señal. De esta forma, un valor del voltaje binario siempre identifica el estado "no pasa corriente” (también llamado estado "apagado” -"off” en inglés- , BAJO -LOW en inglés-, o "0”) y el otro valor siempre identifica el estado "pasa corriente” (también llamado "encendido” -"on” - , ALTO -HIGH - , o "1”).

El valor de voltaje concreto que se corresponda con el estado ALTO será diferente según los dispositivos electrónicos utilizados en cada momento. En esta ocasión será habitual utilizar valores de 3,3 V o 5 V. Pero atención: es importante tener en cuenta que si sometemos un dispositivo electrónico a un voltaje demasiado elevado (por ejemplo, si aplicamos 5V como valor ALTO cuando el dispositivo solo admite 3,3 V) corremos el riesgo de dañarlo irreversiblemente.

Además de los niveles ALTO y BAJO, en una señal binaria existen las transiciones entre estos niveles (de ALTO a BAJO y de BAJO a ALTO), denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente.

Señal analógica es aquella que tiene infinitos valores posibles dentro de un rango determinado (lo que se suele llamar "tener valores continuos”). La mayoría de magnitudes físicas (temperatura, sonido, luz...) son analógicas, así como también las más específicamente eléctricas (voltaje, intensidad, potencia...) porque todas ellas, de forma natural, pueden sufrir variaciones continuas sin saltos.

No obstante, muchos sistemas electrónicos como el computador no tienen la capacidad de trabajar con señales analógicas: solamente pueden manejar señales digitales, especialmente de tipo binario. Por tanto, necesitan disponer de un conversor analógico-digital que "traduzca” (mejor dicho, "simule”) las señales analógicas del mundo exterior en señales digitales entendibles por dicho sistema electrónico. También se necesitará un conversor digital-analógico si se desea realizar el proceso inverso: transformar una señal digital interna del computador en una señal analógica para poderla así emitir al mundo físico. Un ejemplo del primer caso sería la grabación de un sonido mediante un micrófono, y uno del segundo caso sería la reproducción de un sonido pregrabado mediante un altavoz.

Sobre los métodos utilizados para realizar estas conversiones de señal analógica a digital, y viceversa, ya hablaremos extensamente más adelante, pero lo que debemos saber ya es que, sea cual sea el método utilizado, siempre existirá una pérdida de información (de "calidad”) durante el proceso de conversión de la señal.

Esta pérdida aparece porque es matemáticamente imposible realizar una transformación perfecta de un número infinito de valores (señal analógica) a un número finito (señal digital) debido a que, por fuerza, varios valores de la señal analógica deben "colapsar” en un único valor indistinguible de la señal digital.

A pesar de lo anterior, la razón por la cual la mayoría de sistemas electrónicos utilizan para funcionar señales digitales en vez de analógicas es porque las primeras tienen una gran ventaja respecto las segundas: son más inmunes al ruido. Por "ruido” se entiende cualquier variación no deseada de la señal, y es un fenómeno que ocurre constantemente debido a una gran multitud de factores.

El ruido modifica la información que aporta una señal y afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento de los dispositivos electrónicos. Si la señal es analógica, el ruido es mucho más difícil de tratar y la recuperación de la información original se complica.

SEÑALES PERIÓDICAS Y NO PERIÓDICAS

Otra clasificación que podemos hacer con las señales eléctricas es dividirlas entre señales periódicas y aperiódicas. Llamamos señal periódica a aquella que se repite tras un cierto período de tiempo (T) y señal aperiódica a aquella que no se repite. En el caso de las primeras dependiendo de cómo varíe la señal a lo largo del tiempo, esta puede tener una "forma” concreta, senoidal -es decir, que sigue el dibujo de la función seno-, cuadrada, triangular,etc.

Las señales periódicas tienen una serie de características que debemos identificar y definir para poder trabajar con ellas de una forma sencilla:

Frecuencia (f): es el número de veces que la señal se repite en un segundo. Se mide en hercios (Hz), o sus múltiplos (como kilohercios o megahercios).

Por ejemplo, si decimos que una señal es de diez hercios, significa que se repite diez veces cada segundo.

Período (T): es el tiempo que dura un ciclo completo de la señal, antes de repetirse otra vez. Es el inverso de la frecuencia (T = 1/f) y se mide en segundos.

Valor instantáneo: es el valor concreto que toma la señal (voltaje, intensidad, etc.) en cada instante.

Valor medio: es un valor calculado matemáticamente realizando la media de los diferentes valores que ha ido teniendo la señal a lo largo de un tiempo concreto.

Algunos componentes electrónicos (por ejemplo, algunos motores) responden no al valor instantáneo sino al valor medio de la señal.

https://www.youtube.com/watch?v=LjYClvMPRdE&feature=youtu.be