INTRODUCCION
https://www.youtube.com/watch?v=LjYClvMPRdE
Circuito eléctrico
Un circuito eléctrico es un
conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o la
circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto
útil (luz, calor, movimiento, etcétera).
Los circuitos eléctricos son
utilizados en cada uno de los aparatos eléctricos que se utilizan diariamente
por todas las personas. Muchos de estos circuitos son muy complejos y disponen
de una gran variedad de elementos que en conjunto, hacen funcionar equipos
tales como electrodomésticos u otros aparatos. Antes de trabajar proyectos de
circuitos complejos, debe comenzarse por el fundamento, que es comprender los
conceptos básicos de voltaje, corriente eléctrica, resistencia eléctrica, etc.
Es elemental poder diferenciar entre las conexiones en serie, paralelo y serie
paralelo.
Un circuito eléctrico, por lo
tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una
trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes,
interruptores, condensadores, semiconductores y cables.
Circuito eléctrico
1. INTRODUCCIÓN
Circuito eléctrico, trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El
término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto
por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza
electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este
tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es
continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se
efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia
apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.
2. LEY DE OHM
La corriente fluye por un
circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de
la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico
alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por
un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la
fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la
resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I
= V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza
electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica
a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a
los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y
circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen
inductancias y capacitancias.
Un circuito en serie es aquél en
que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera
que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni
derivación en circuitos paralelos.
Cuando en un circuito hay dos o
más resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores
de dichas resistencias. Si las resistencias están en paralelo, el valor total
de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula
La mayoría de los equipos
electrónicos requieren tensiones de c.c. para su funcionamiento. Estas
tensiones pueden ser suministradas por baterías o por fuentes de alimentación
internas que convierten la corriente alterna, que se puede obtener de la red eléctrica
que llega a cada vivienda, en tensiones reguladas de c.c. El primer elemento de
una fuente de alimentación de c.c. interna es el transformador, que eleva o
disminuye la tensión de entrada a un nivel adecuado para el funcionamiento del
equipo. La función secundaria del transformador es servir como aislamiento de
masa (conexión a tierra) eléctrica del dispositivo a fin de reducir posibles
peligros de electrocución. A continuación del transformador se sitúa un
rectificador, que suele ser un diodo. En el pasado se utilizaban diodos de
vacío y una amplia variedad de diferentes materiales (cristales de germanio o
sulfato de cadmio) en los rectificadores de baja potencia empleados en los
equipos electrónicos. En la actualidad se emplean casi exclusivamente rectificadores
de silicio debido a su bajo coste y alta fiabilidad.
Las fluctuaciones y ondulaciones
superpuestas a la tensión de c.c. rectificada (percibidas como un zumbido en
los amplificadores de sonido defectuosos) pueden filtrarse mediante un condensador.
Cuanto más grande sea el condensador, menor será el nivel de fluctuación de la
tensión. Es posible alcanzar un control más exacto sobre los niveles y
fluctuaciones de tensión mediante un regulador de tensión, que también consigue
que las tensiones internas sean independientes de las fluctuaciones que se
puedan encontrar en un artefacto eléctrico. Un sencillo regulador de tensión
que se utiliza a menudo es el diodo de Zener, formado por un diodo de unión pn
de estado sólido que actúa como aislante hasta una tensión predeterminada. Por
encima de dicha tensión, se convierte en un conductor que deriva los excesos de
tensión. Por lo general, los reguladores de tensión más sofisticados se
construyen como circuitos integrados.
CIRCUITOS AMPLIFICADORES
Los amplificadores electrónicos
se utilizan sobre todo para aumentar la tensión, la corriente o la potencia de
una señal. Los amplificadores lineales incrementan la señal sin distorsionarla
(o distorsionándola mínimamente), de manera que la salida es proporcional a la
entrada. Los amplificadores no lineales permiten generar un cambio considerable
en la forma de onda de la señal. Los amplificadores lineales se utilizan para
señales de sonido y vídeo, mientras que los no lineales se emplean en
osciladores, dispositivos electrónicos de alimentación, moduladores,
mezcladores, circuitos lógicos y demás aplicaciones en las que se requiere una
reducción de la amplitud. Aunque los tubos de vacío tuvieron gran importancia
en los amplificadores, hoy día se suelen utilizar circuitos de transistores
discretos o circuitos integrados.
Amplificadores de sonido
Los amplificadores de sonido, de
uso común en radios, televisiones y grabadoras de cintas, suelen funcionar a
frecuencias inferiores a los 20 kilohercios (1 kHz = 1.000 ciclos por segundo).
Amplifican la señal eléctrica que, a continuación, se convierte en sonido con
un altavoz. Los amplificadores operativos, incorporados en circuitos integrados
y formados por amplificadores lineales multifásicos acoplados a la corriente
continua, son muy populares como amplificadores de sonido.
Amplificadores de vídeo
Los amplificadores de vídeo se
utilizan principalmente para señales con un rango de frecuencias de hasta 6
megahercios (1 MHz = 1 millón de ciclos por segundo). La señal generada por el
amplificador se convierte en la información visual que aparece en la pantalla
de televisión, y la amplitud de señal regula el brillo de los puntos que forman
la imagen. Para realizar esta función, un amplificador de vídeo debe funcionar en
una banda ancha y amplificar de igual manera todas las señales, con baja
distorsión. Véase Grabación de vídeo.
Amplificadores de radiofrecuencia
Estos amplificadores aumentan el
nivel de señal de los sistemas de comunicaciones de
radio o televisión. Por lo
general, sus frecuencias van desde 100 kHz hasta 1 gigahercio (1 GHz = 1.000
millones de ciclos por segundo), y pueden llegar incluso al rango de
frecuencias de microond
Circuito eléctrico
En un circuito en paralelo los
dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas
de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y
terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos
(-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una
derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual
a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor
de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada
una de las resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de
corrientes variables, deben considerarse otros componentes del circuito además
de la resistencia.
3. LEYES DE KIRCHHOFF
Si un circuito tiene un número de
derivaciones interconectadas, es necesario aplicar otras dos leyes para obtener
el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones. Estas leyes,
descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas como
las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nudos, enuncia que en
cualquier unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante,
la suma de las intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma de las
intensidades que salen del mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma
que, comenzando por cualquier punto de una red y siguiendo cualquier trayecto
cerrado de vuelta al punto inicial, la suma neta de las fuerzas electromotrices
halladas será igual a la suma neta de los productos de las resistencias
halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas. Esta segunda ley
es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm.
4. IMPEDANCIA
La aplicación de la ley de Ohm a
los circuitos en los que existe una corriente alterna se complica por el hecho
de que siempre estarán presentes la capacitancia y la inductancia. La
inductancia hace que el valor máximo de una corriente alterna sea menor que el
valor máximo de la tensión; la capacitancia hace que el valor máximo de la
tensión sea menor que el valor máximo de la corriente. La capacitancia y la
inductancia inhiben el flujo de corriente alterna y deben tomarse en cuenta al
calcularlo. La intensidad de corriente en los circuitos de CA puede
determinarse gráficamente mediante vectores o con la ecuación algebraica
Circuito eléctrico
en la que L es la inductancia, C
la capacitancia y f la frecuencia de la corriente. El valor obtenido en el
denominador de la fracción se denomina impedancia del circuito y suele
representarse por la letra Z. Por consiguiente, la ley de Ohm para los
circuitos integrados suele expresarse por la ecuación sencilla I = ð / Z.
Circuito impreso, circuito
eléctrico fabricado depositando material conductor sobre la superficie de una
base aislante denominada placa de circuito impreso (PCB). En este tipo de
circuitos, el cableado usado en circuitos tradicionales se sustituye por una
red de finas líneas conductoras, impresas y unidas sobre el PCB. Pueden
introducirse dentro del circuito otros elementos, como transistores,
resistencias, condensadores e inductores, mediante la impresión o el montaje de
estos sobre la placa, para modificar el flujo de corriente. Véase Electricidad;
Electrónica; Aislante; Microprocesador.
Los circuitos impresos fueron
desarrollados durante la II Guerra Mundial, para su uso en detectores de
proximidad para proyectiles de artillería. Desde entonces los circuitos
impresos se han utilizado en aparatos de comunicaciones, como receptores de
televisión y radio, radares, audífonos, computadoras e instrumentos de misiles
dirigidos y aeronaves.
Circuito integrado, pequeño
circuito electrónico utilizado para realizar una función electrónica
específica, como la amplificación. Se combina por lo general con otros
componentes para formar un sistema más complejo y se fabrica mediante la
difusión de impurezas en silicio monocristalino, que sirve como material
semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de
electrones. Varios cientos de circuitos integrados idénticos se fabrican a la
vez sobre una oblea de pocos centímetros de diámetro. Esta oblea a continuación
se corta en circuitos integrados individuales denominados chips. En la
integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large-Scale Integration) se
combinan aproximadamente 5.000 elementos, como resistencias y transistores, en
un cuadrado de silicio que mide aproximadamente 1,3 cm de lado. Cientos de
estos circuitos integrados pueden colocarse en una oblea de silicio de 8 a 15
cm de diámetro. La integración a mayor escala puede producir un chip de silicio
con millones de elementos. Los elementos individuales de un chip se
interconectan con películas finas de metal o de material semiconductor aisladas
del resto del circuito por capas dieléctricas. Para interconectarlos con otros
circuitos o componentes, los chips se montan en cápsulas que contienen
conductores eléctricos externos. De esta forma se facilita su inserción en
placas. Durante los últimos años la capacidad funcional de los circuitos
integrados ha ido en aumento de forma constante, y el coste de las funciones
que realizan ha disminuido igualmente. Esto ha producido cambios
revolucionarios en la fabricación de equipamientos electrónicos, que han ganado
enormemente en capacidad funcional y en fiabilidad. También se ha conseguido
reducir el tamaño de los equipos y disminuir su complejidad física y su consumo
de energía. La tecnología de los ordenadores o computadoras se ha beneficiado
especialmente de todo ello. Las funciones lógicas y aritméticas de una
computadora pequeña pueden realizarse en la actualidad mediante un único chip
con integración a escala muy grande (VLSI, acrónimo de Very Large Scale
Integration) llamado microprocesador, y todas las funciones lógicas,
aritméticas y de memoria de una computadora, pueden almacenarse en una única
placa de circuito impreso, o incluso en un único chip. Un dispositivo así se
denomina microordenador o microcomputadora.
En electrónica de consumo, los
circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos
productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y
videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el coste de muchos
productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los
equipos de alta fidelidad. Su uso está muy extendido en la industria, la
medicina, el control de tráfico (tanto aéreo como terrestre), control
medioambiental y comunicaciones.
Placa de circuito impreso
Placa de circuito impreso, en
informática, placa lisa de material aislante, por ejemplo plástico o fibra de
vidrio, sobre la que se montan chips y otros componentes electrónicos,
generalmente en orificios previamente taladrados para ello. Los componentes de
una placa de circuito impreso, y más concretamente los orificios para ellos,
están conectados eléctricamente mediante pistas de metal conductor definidas
con anterioridad e impresas sobre la superficie de la placa. Las puntas
metálicas que sobresalen de los componentes electrónicos se sueldan a las
pistas metálicas conductoras formando las conexiones. Las placas de circuito
impreso deben tomarse por los bordes y protegerse de la suciedad y la
electricidad estática para evitar que se dañen. Véase Circuito integrado.
Electrónica
1. INTRODUCCIÓN
Electrónica, campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al
diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos,
cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión,
recepción y almacenamiento de información. Esta información puede consistir en
voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una
pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o
computadora.
Los circuitos electrónicos
ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la
amplificación de señales débiles hasta un nivel utilizable; la generación de
ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de
la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el
caso de la superposición de una señal de sonido a ondas de radio (modulación),
y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las
computadoras.
2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
La introducción de los tubos de
vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica
moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales,
algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y
telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta
tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío se
pudieron amplificar las señales de radio y de sonido débiles, y además podían
superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una
amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó
el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra
Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco
después de ella.
Hoy día, el transistor, inventado
en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de
sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y
contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de
vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad.
Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en
parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de
exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del
circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de
transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de
circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o
microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.
3. COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Los circuitos electrónicos
constan de componentes electrónicos interconectados. Estos componentes se
clasifican en dos categorías: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen
los reóstatos, los condensadores y los inductores. Los considerados activos
incluyen las baterías (o pilas), los generadores, los tubos de vacío y los
transistores.
3.1. Tubos de vacío
Un tubo de vacío consiste en una
cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior
varios electrodos metálicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) está
formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de
una fuente de alimentación. El cátodo (un pequeño tubo metálico que se calienta
mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro
metálico en torno al cátodo, también llamado placa). Si se aplica una tensión
alterna al ánodo, los electrones sólo fluirán hacia el ánodo durante el
semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensión alterna, el ánodo
repele los electrones, impidiendo que cualquier corriente pase a través del
tubo. Los diodos conectados de tal manera que sólo permiten los semiciclos
positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominan tubos rectificadores y
se emplean en la conversión de corriente alterna a corriente continua (c.c.)
(véase Electricidad). Al insertar una rejilla, formada por un hilo metálico en
espiral, entre el cátodo y el ánodo, y aplicando una tensión negativa a dicha
rejilla, es posible controlar el flujo de electrones. Si la rejilla es
negativa, los repele y sólo una pequeña fracción de los electrones emitidos por
el cátodo puede llegar al ánodo. Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede
utilizar como amplificador. Las pequeñas variaciones de la tensión que se
producen en la rejilla, como las generadas por una señal de radio o de sonido,
pueden provocar grandes variaciones en el flujo de electrones desde el cátodo
hacia el ánodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al
ánodo.
3.2. Transistores
Los transistores se componen de
semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados
(es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de
manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el
primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que
es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir
un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material
tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son
repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún
obstáculo, a la región p, que carece de electrones. Con la batería invertida,
los electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas
dificultades hacia el material n, que ya está lleno de electrones libres, en
cuyo caso la corriente es prácticamente cero.
El transistor bipolar fue
inventado en 1948 para sustituir al tubo de vacío triodo. Está formado por tres
capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con
configuraciones pnp o npn. Una unión está conectada a la batería para permitir
el flujo de corriente (polarización negativa frontal, o polarización directa),
y la otra está conectada a una batería en sentido contrario (polarización
inversa). Si se varía la corriente en la unión de polarización directa mediante
la adición de una señal, la corriente de la unión de polarización inversa del
transistor variará en consecuencia. El principio se puede utilizar para
construir amplificadores en los que una pequeña señal aplicada a la unión de
polarización directa provocará un gran cambio en la corriente de la unión de
polarización inversa.
Otro tipo de transistor es el de
efecto campo (FET, acrónimo inglés de Field-Effect Transistor), que funciona
sobre la base del principio de repulsión o de atracción de cargas debido a la
superposición de un campo eléctrico. La amplificación de la corriente se
consigue de modo similar al empleado en el control de rejilla de un tubo de
vacío. Los transistores de efecto campo funcionan de forma más eficaz que los
bipolares, ya que es posible controlar una señal grande con una cantidad de
energía muy pequeña.
3.3. Circuitos integrados
La mayoría de los circuitos
integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de entre 2 y 4 mm2, sobre
los que se fabrican los transistores. La fotolitografía permite al diseñador
crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma
adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricación, estas
regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir
circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados
monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips
requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la
de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.
3.4. Reóstatos Al conectar
una batería a un material conductor, una determinada cantidad de corriente
fluirá a través de dicho material. Esta corriente depende de la tensión de la
batería, de las dimensiones de la muestra y de la conductividad del propio
material. Los reóstatos de resistencia conocida se emplean para controlar la
corriente en los circuitos electrónicos. Se elaboran con mezclas de carbono,
láminas metálicas o hilo de resistencia, y disponen de dos cables de conexión.
Los reóstatos variables, con un brazo de contacto deslizante y ajustable, se
suelen utilizar para controlar el volumen de aparatos de radio y televisión.
3.5. Condensadores Los
condensadores están formados por dos placas metálicas separadas por un material
aislante. Si se conecta una batería a ambas placas, durante un breve tiempo
fluirá una corriente eléctrica que se acumulará en cada una de ellas. Si se
desconecta la batería, el condensador conserva la carga y la tensión asociada a
la misma. Las tensiones rápidamente cambiantes, como las provocadas por una
señal de sonido o de radio, generan mayores flujos de corriente hacia y desde
las placas; entonces, el condensador actúa como conductor de la corriente
alterna. Este efecto se puede utilizar, por ejemplo, para separar una señal de
sonido o de radio de una corriente continua, a fin de conectar la salida de una
fase de amplificación a la entrada de la siguiente.
3.6. Inductores Los
inductores consisten en un hilo conductor enrollado en forma de bobina. Al
pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un
campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de
la corriente (véase Inducción). Al igual que un condensador, un inductor se
puede usar para diferenciar entre señales rápida y lentamente cambiantes. Al
utilizar un inductor conjuntamente con un condensador, la tensión del inductor
alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la
capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de
radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador
variable.
3.7. Dispositivos de detección y transductores La medición de magnitudes mecánicas,
térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados
sensores y transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a
medir, como una temperatura, una posición o una concentración química. El
transductor convierte estas mediciones en señales eléctricas, que pueden
alimentar a instrumentos de lectura, registro o control de las magnitudes
medidas. Los sensores y transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas
del observador, así como en entornos inadecuados o impracticables para los
seres humanos.
Algunos dispositivos actúan de
forma simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta de dos uniones
de diferentes metales que generan una pequeña tensión que depende del
diferencial térmico entre las uniones (véase Termoelectricidad). El termistor
es un reóstato especial, cuya resistencia varía según la temperatura. Un
reóstato variable puede convertir el movimiento mecánico en señal eléctrica.
Para medir distancias se emplean condensadores de diseño especial, y para
detectar la luz se utilizan fotocélulas (véase Célula fotoeléctrica). Para
medir velocidades, aceleraciones o flujos de líquidos se recurre a otro tipo de
dispositivos. En la mayoría de los casos, la señal eléctrica es débil y debe
ser amplificada por un circuito electrónico.
4. CIRCUITOS DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA
La mayoría de los equipos
electrónicos requieren tensiones de c.c. para su funcionamiento. Estas
tensiones pueden ser suministradas por baterías o por fuentes de alimentación
internas que convierten la corriente alterna, que se puede obtener de la red
eléctrica que llega a cada vivienda, en tensiones reguladas de c.c. El primer
elemento de una fuente de alimentación de c.c. interna es el transformador, que
eleva o disminuye la tensión de entrada a un nivel adecuado para el
funcionamiento del equipo. La función secundaria del transformador es servir
como aislamiento de masa (conexión a tierra) eléctrica del dispositivo a fin de
reducir posibles peligros de electrocución. A continuación del transformador se
sitúa un rectificador, que suele ser un diodo. En el pasado se utilizaban
diodos de vacío y una amplia variedad de diferentes materiales (cristales de
germanio o sulfato de cadmio) en los rectificadores de baja potencia empleados
en los equipos electrónicos. En la actualidad se emplean casi exclusivamente
rectificadores de silicio debido a su bajo coste y alta fiabilidad.
Las fluctuaciones y ondulaciones
superpuestas a la tensión de c.c. rectificada (percibidas como un zumbido en
los amplificadores de sonido defectuosos) pueden filtrarse mediante un
condensador. Cuanto más grande sea el condensador, menor será el nivel de
fluctuación de la tensión. Es posible alcanzar un control más exacto sobre los
niveles y fluctuaciones de tensión mediante un regulador de tensión, que
también consigue que las tensiones internas sean independientes de las
fluctuaciones que se puedan encontrar en un artefacto eléctrico. Un sencillo
regulador de tensión que se utiliza a menudo es el diodo de Zener, formado por
un diodo de unión pn de estado sólido que actúa como aislante hasta una tensión
predeterminada. Por encima de dicha tensión, se convierte en un conductor que
deriva los excesos de tensión. Por lo general, los reguladores de tensión más
sofisticados se construyen como circuitos integrados.
5. CIRCUITOS AMPLIFICADORES
Los amplificadores electrónicos
se utilizan sobre todo para aumentar la tensión, la corriente o la potencia de
una señal. Los amplificadores lineales incrementan la señal sin distorsionarla
(o distorsionándola mínimamente), de manera que la salida es proporcional a la
entrada. Los amplificadores no lineales permiten generar un cambio considerable
en la forma de onda de la señal. Los amplificadores lineales se utilizan para
señales de sonido y vídeo, mientras que los no lineales se emplean en
osciladores, dispositivos electrónicos de alimentación, moduladores,
mezcladores, circuitos lógicos y demás aplicaciones en las que se requiere una
reducción de la amplitud. Aunque los tubos de vacío tuvieron gran importancia
en los amplificadores, hoy día se suelen utilizar circuitos de transistores
discretos o circuitos integrados.
5.1. Amplificadores de sonido
Los amplificadores de sonido, de uso común en radios, televisiones y
grabadoras de cintas, suelen funcionar a frecuencias inferiores a los 20
kilohercios (1 kHz = 1.000 ciclos por segundo). Amplifican la señal eléctrica
que, a continuación, se convierte en sonido con un altavoz. Los amplificadores
operativos, incorporados en circuitos integrados y formados por amplificadores
lineales multifásicos acoplados a la corriente continua, son muy populares como
amplificadores de sonido.
5.2. Amplificadores de vídeo
Los amplificadores de vídeo se utilizan principalmente para señales con
un rango de frecuencias de hasta 6 megahercios (1 MHz = 1 millón de ciclos por
segundo). La señal generada por el amplificador se convierte en la información
visual que aparece en la pantalla de televisión, y la amplitud de señal regula
el brillo de los puntos que forman la imagen. Para realizar esta función, un
amplificador de vídeo debe funcionar en una banda ancha y amplificar de igual
manera todas las señales, con baja distorsión. Véase Grabación de vídeo.
5.3. Amplificadores de radiofrecuencia Estos amplificadores aumentan el nivel de
señal de los sistemas de comunicaciones de radio o televisión. Por lo general,
sus frecuencias van desde 100 kHz hasta 1 gigahercio (1 GHz = 1.000 millones de
ciclos por segundo), y pueden llegar incluso al rango de frecuencias de
microondas.
6. OSCILADORES
Los osciladores constan de un
amplificador y de algún tipo de retroalimentación: la señal de salida se
reconduce a la entrada del amplificador. Los elementos determinantes de la
frecuencia pueden ser un circuito de inductancia-capacitancia sintonizado o un
cristal vibrador. Los osciladores controlados por cristal ofrecen mayor
precisión y estabilidad. Los osciladores se emplean para producir señales de
sonido y de radio con una amplia variedad de usos. Por ejemplo, los osciladores
sencillos de radiofrecuencia se emplean en los teléfonos modernos de botones
para transmitir datos a la estación telefónica central al marcar un número. Los
tonos de sonido generados por los osciladores también se pueden encontrar en
relojes despertadores, radios, instrumentos electrónicos, computadoras y
sistemas de alarma. Los osciladores de alta frecuencia se emplean en equipos de
comunicaciones para controlar las funciones de sintonización y detección de
señales. Las emisoras de radio y de televisión utilizan osciladores de alta frecuencia
y de gran precisión para generar las frecuencias de transmisión.
7. CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN Y TEMPORIZACIÓN
Los circuitos de conmutación y
temporización, o circuitos lógicos, forman la base de cualquier dispositivo en
el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada. Entre
los campos de aplicación de estos circuitos se pueden mencionar la conmutación
telefónica, las transmisiones por satélite y el funcionamiento de las
computadoras digitales.
La lógica digital es un proceso
racional para adoptar sencillas decisiones de “verdadero” o “falso” basadas en
las reglas del álgebra de Boole. Verdadero puede estar representado por un 1, y
falso por un 0, y en los circuitos lógicos estos numerales aparecen como
señales de dos tensiones diferentes. Los circuitos lógicos se utilizan para
adoptar decisiones específicas de “verdadero-falso” sobre la base de la
presencia de múltiples señales “verdadero-falso” en las entradas. Las señales
se pueden generar por conmutadores mecánicos o por transductores de estado
sólido. La señal de entrada, una vez aceptada y acondicionada (para eliminar
las señales eléctricas indeseadas, o ruidos), es procesada por los circuitos
lógicos digitales. Las diversas familias de dispositivos lógicos digitales, por
lo general circuitos integrados, ejecutan una variedad de funciones lógicas a
través de las llamadas puertas lógicas, como las puertas OR, AND y NOT y
combinaciones de las mismas (como NOR, que incluye a OR y a NOT). Otra familia
lógica muy utilizada es la lógica transistor-transistor. También se emplea la
lógica de semiconductor complementario de óxido metálico, que ejecuta funciones
similares a niveles de potencia muy bajos pero a velocidades de funcionamiento
ligeramente inferiores. Existen también muchas otras variedades de circuitos
lógicos, incluyendo la hoy obsoleta lógica reóstato-transistor y la lógica de
acoplamiento por emisor, utilizada para sistemas de muy altas velocidades.
Los bloques elementales de un
dispositivo lógico se denominan puertas lógicas digitales. Una puerta Y (AND)
tiene dos o más entradas y una única salida. La salida de una puerta Y es
verdadera sólo si todas las entradas son verdaderas. Una puerta O (OR) tiene
dos o más entradas y una sola salida. La salida de una puerta O es verdadera si
cualquiera de las entradas es verdadera, y es falsa si todas las entradas son
falsas. Una puerta INVERSORA (INVERTER) tiene una única entrada y una única
salida, y puede convertir una señal verdadera en falsa, efectuando de esta
manera la función negación (NOT). A partir de las puertas elementales se pueden
construir circuitos lógicos más complicados, entre los que cabe mencionar los
circuitos biestables (también llamados flip-flops, que son interruptores
binarios), contadores, comparadores, sumadores, y combinaciones más complejas.
En general, para ejecutar una
determinada función es necesario conectar grandes cantidades de elementos
lógicos en circuitos complejos. En algunos casos se utilizan microprocesadores
para efectuar muchas de las funciones de conmutación y temporización de los
elementos lógicos individuales. Los procesadores están específicamente
programados con instrucciones individuales para ejecutar una determinada tarea
o tareas. Una de las ventajas de los microprocesadores es que permiten realizar
diferentes funciones lógicas, dependiendo de las instrucciones de programación
almacenadas. La desventaja de los microprocesadores es que normalmente
funcionan de manera secuencial, lo que podría resultar demasiado lento para
algunas aplicaciones. En tales casos se emplean circuitos lógicos especialmente
diseñados.
8. AVANCES RECIENTES
El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de
las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos
integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el
consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los
sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes
digitales, las computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas
basados en microprocesadores. Otro avance importante es la digitalización de
las señales de sonido, proceso en el cual la frecuencia y la amplitud de una
señal de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo
adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos
muy cortos. La música grabada de forma digital, como la de los discos
compactos, se caracteriza por una fidelidad que no era posible alcanzar con los
métodos de grabación directa.
La electrónica médica ha
progresado desde la tomografía axial computerizada (TAC) hasta llegar a
sistemas que pueden diferenciar aún más los órganos del cuerpo humano. Se han
desarrollado asimismo dispositivos que permiten ver los vasos sanguíneos y el sistema
respiratorio. También la alta definición promete sustituir a numerosos procesos
fotográficos al eliminar la necesidad de utilizar plata.
La investigación actual dirigida
a aumentar la velocidad y capacidad de las computadoras se centra sobre todo en
la mejora de la tecnología de los circuitos integrados y en el desarrollo de
componentes de conmutación aún más rápidos. Se han construido circuitos
integrados a gran escala que contienen varios millones de componentes en un
solo chip. Se han llegado a fabricar computadoras que alcanzan altísimas
velocidades en las cuales los semiconductores son reemplazados por circuitos
superconductores que utilizan las uniones de Josephson (véase Efecto Josephson)
y que funcionan a temperaturas próximas al cero absoluto.
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