NOCIONES BÁSICAS DE ELECTRÓNICA PARA TECNOLOGÍA

NOCIONES BÁSICAS DE ELECTRÓNICA PARA
TECNOLOGÍA
RESUMEN
La electrónica ha tenido un gran auge en los últimos tiempos y ha mejorado la calidad
de vida de las personas facilitando multitud de tareas. Así, resulta imprescindible en
aplicaciones para el control, el tratamiento y la distribución de la información. En este
artículo, se han introducido los conceptos básicos de la electrónica, tanto analógica
como digital, destacando las ventajas de cada enfoque así como sus aplicaciones.
PALABRAS CLAVE
Electrónica, analógico, digital, señal, puerta-lógica
1. INTRODUCCIÓN
Es un hecho constatado la revolución que ha causado la electrónica en la sociedad a
través de la generalización en el uso de multitud de dispositivos electrónicos para
infinidad de aplicaciones prácticas. Valgan como ejemplos el ordenador personal, las
calculadoras o las agendas electrónicas, entre otros. Todos ellos han contribuido a
mejorar la calidad de vida de las personas (evitando cálculos tediosos, proporcionando
alternativas de ocio variadas o facilitando tareas, entre muchas otras facetas).
En base a ello, en este artículo, se detallan unas nociones básicas de electrónica
distinguiendo el enfoque analógico o clásico del digital.
2. CONCEPTOS BÁSICOS
Un problema que se plantea en tecnología consiste en permitir una comunicación
eficaz entre puntos alejados en el espacio y separados por un medio. Un ejemplo de
este fenómeno se produce cuando una persona habla (emisor), es decir, produce
sonidos que son variaciones de presión del aire (medio), de manera que se puedan
detectar por la persona que escucha (receptor).
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En ocasiones, el mensaje no llega correctamente al destino, por lo que es necesario
añadirle potencia para compensar la atenuación, o incluso regenerarlo cada cierta
distancia para que no desaparezca.
Esta comunicación que se produce entre emisor y receptor conlleva una transmisión
de información, siendo ésta una variación que se produce en alguna magnitud física
del entorno. Es decir, existe una magnitud física que varía con la información y la
denominamos señal. En el entorno se pueden encontrar multitud de señales como por
ejemplo la temperatura, la humedad, la presión, el caudal, el sonido o la luminosidad,
entre otras.
En tecnología son mucho más manejables las señales eléctricas, por lo que es muy
común traducir las señales de cualquier naturaleza a magnitudes eléctricas como
tensión o intensidad de corriente. De ahí la creciente importancia del estudio de la
electrónica.
3. ELECTRÓNICA ANALÓGICA Y DIGITAL
En electrónica se trabaja con señales soportadas por variables eléctricas obtenidas a
partir de las señales presentes en la naturaleza. Asimismo, se plantean dos enfoques
de estudio de las señales claramente diferenciados: la electrónica analógica y la
electrónica digital.
• La electrónica analógica es la variante clásica del estudio de señales y opera con
señales de variación continua en el tiempo, es decir que a una variación pequeña en
el tiempo le corresponde una variación pequeña de la señal (la señal no presenta
saltos). El objetivo es preservar la información significativa en todo momento.
• La electrónica digital es más específica y ha adquirido gran importancia
últimamente. Presentan una variación discontinua en el tiempo y sólo pueden tomar
ciertos valores discretos. Dado que en la naturaleza las señales son de origen
analógico, la obtención de una señal digital implica una conversión analógico-digital.
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Señal analógica
Señal digital
Las señales digitales presentan numerosas ventajas frente a las señales analógicas
como son una mayor inmunidad al ruido, mayor simplicidad en el tratamiento, sobre
todo desde la aparición de los ordenadores y el procesado digital de la señal, y una
mayor economía en los circuitos. Por ello, su uso se ha generalizado en los últimos
tiempos.
3.1 ELECTRÓNICA ANALÓGICA.
Como ya se detalló anteriormente, la electrónica analógica trabaja con señales
continuas en el tiempo, que no presentan saltos. Teniendo en cuenta que las señales
en la naturaleza son de tipo analógico, operando de esta manera se consigue una
mayor fidelidad con respecto a la señal física de partida. Sin embargo, los
inconvenientes derivados de su mayor dificultad en el tratamiento y la presencia de
mayor cantidad de ruido, entre otros factores, hace que pierda terreno frente a la
electrónica digital. A pesar de ello, se emplea en diversas aplicaciones:
Amplificadores: son dispositivos que se encargan de aumentar la amplitud de la
señal que reciben a la entrada. Para ello, emplean elementos activos como el
transistor o el amplificador operacional dando lugar a multitud de circuitos y
configuraciones de amplificador.
TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Los amplificadores construidos con transistores bipolares se pueden clasificar
atendiendo a multitud de criterios:
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a) En función de la configuración del montaje pueden ser de emisor común, de
colector común o de base común, cada uno de ellos con una característica bien
marcada, ya sea la de amplificador propiamente dicha en el primer caso, la de
separador o aislador en el caso de colector común o la función de adaptador de
impedancias en el último caso.
b) Según la frecuencia de trabajo, se tienen amplificadores de continua,
amplificadores de audiofrecuencia, amplificadores de videofrecuencia y
amplificadores de radiofrecuencia, cada cual realiza su trabajo a una frecuencia
mayor que el anterior.
En cuanto a los amplificadores operacionales conviene destacar su versatilidad y su
utilidad para construir amplificadores de muy diversos tipos: dispositivos que
amplifican o atenúan la señal controlable por el usuario, dispositivos sumadores de las
señales de entrada, dispositivos amplificadores con inversión de la fase de la señal,
dispositivos derivadotes, dispositivos integradores, entre otros múltiples usos.
Atenuadores: son dispositivos que tienen como misión reducir la amplitud de la señal
que reciben a la entrada. Para ello, emplean elementos pasivos como resistencias o
condensadores. En función de si se colocan las impedancias en serie o en paralelo, se
consigue realizar una atenuación en la tensión o en la intensidad de corriente.
DIVISOR DE CORRIENTE
DIVISOR DE TENSIÓN
Filtros: son dispositivos que se encargan de eliminar unas frecuencias y permitir el
paso de otras. Para construirlos se pueden emplear solo elementos pasivos
(resistencias, bobinas y condensadores) o bien acompañarlos de elementos activos
(amplificador operacional). Se pueden clasificar en los siguientes tipos:
• Filtro Paso-bajo: permite el paso de las frecuencias bajas y atenúa las frecuencias
altas.
• Filtro Paso-alto: permite el paso de las frecuencias altas y atenúa las frecuencias
bajas. Es, por tanto, el filtro opuesto al anterior.
• Filtro Paso-banda: permite el paso de la banda de frecuencias comprendidas entre
dos umbrales, llamados frecuencias de corte, fijados por el diseñador y atenúa el
resto de frecuencias.
• Filtro Banda-eliminada: permite el paso de todas las frecuencias excepto las
comprendidas en una banda delimitada por dos frecuencias de corte prefijadas por
el diseñador.
Otros dispositivos. Aunque no se va a incidir en ello, es posible la construcción de
otros muchos dispositivos analógicos, entre los cuales destacamos los recortadores,
los rectificadores, reguladores, estabilizadores, circuitos de polarización o circuitos de
compensación de efectos adversos, entre otros.
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3.2 ELECTRÓNICA DIGITAL.
Por lo general, las señales digitales podrán tomar dos valores: tensión alta (V=5
voltios) y tensión baja (V=0 voltios), lo cual da lugar a que se las denominen señales
binarias. De esta manera, se establecen dos umbrales, uno superior y otro inferior, de
manera que el valor exacto de la señal no nos preocupa, tan solo si están por encima
o por debajo del umbral. Así se consigue una mayor inmunidad frente a las
interferencias.
Por tanto, el estudio de las señales digitales se reduce a un estudio de los valores
binarios correspondientes que, en general, se hace corresponder un valor lógico “1” al
valor de tensión alta, representando un dispositivo activo y un valor lógico “0” a un
valor de tensión baja, que indica un dispositivo inactivo.
DISPOSITIVO EN ESTADO “ON”
DISPOSITIVO EN ESTADO “OFF”
VALOR DE TENSIÓN ALTO (V=5 voltios)
VALOR DE TENSIÓN BAJO (V=0 voltios)
VALOR LÓGICO “1”
VALOR LÓGICO “0”
De esta manera, el diseño se reduce a operaciones con relaciones lógicas en las que
las variables pueden adoptar dos valores distintos: verdadero y falso. Estos valores se
representan simbólicamente con “1” y “0” respectivamente.
3.2.1 ÁLGEBRA DE BOOLE. FUNCIÓN LÓGICA.
El álgebra de Boole se creó para sistematizar el razonamiento lógico. Consiste en una
estructura matemática que consta de un conjunto en el que se definen dos
operaciones “+” y “•” para las que se cumplen las propiedades siguientes:
- Las dos operaciones “+” y “•” son conmutativas: a•b=b•a y a+b=b+a.
- Las dos operaciones “+” y “•” son asociativas: a•(b•c)=(a•b)•c y a+(b+c)=(a+b)+c.
- Cada operación dispone de elemento neutro: a+0=a y a•1=a.
- Cada operación es distributiva respecto de la otra: a•(b+c)=(a•b)+(a•c) y
a+(b•c)=(a+b) •(a+c).
- Cada elemento del conjunto dispone de un elemento inverso respecto de las dos
operaciones: a•ā=0 y a+ā=1.
Se define una función lógica o binaria como aquella variable binaria cuyo valor
depende de una expresión algebraica formada por otras variables binarias
relacionadas mediante las operaciones de suma lógica (+) y producto lógico (•). En
base a ello, tanto las entradas como la salida sólo pueden tomar dos valores: “0” y “1”.
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También es habitual encontrar la función lógica expresada en forma de tabla de
verdad, es decir, una tabla en la que se integran todas las posibles combinaciones de
entradas acompañadas de sus salidas correspondientes. A continuación se muestra
un ejemplo de función lógica con su correspondiente tabla de verdad:
S = f(a,b,c)=a•b + b•c
a
0
0
0
0
1
1
1
1
b
0
0
1
1
0
0
1
1
c
0
1
0
1
0
1
0
1
S
0
0
0
1
0
0
1
1
3.2.2 PUERTAS LÓGICAS.
Para la electrónica digital existen componentes específicos, disponibles
comercialmente, que realizan las funciones lógicas básicas. Estos componentes se
denominan puertas lógicas. Además, tienen una simbología característica que es
bastante útil en electrónica.
PUERTA OR
S  ab
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
S
0
1
1
1
PUERTA AND
S  ab
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
S
0
0
0
1
PUERTA NOT
S a
a
0
S
0
6
1
1
PUERTA NAND
S  ( a  b)
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
S
1
1
1
0
PUERTA NOR
S  ( a  b)
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
S
1
0
0
0
PUERTA XOR
S  a b  a b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
S
0
1
1
0
4. CONCLUSIONES
En la actualidad, la electrónica ha experimentado un gran auge y facilita al ser humano
la realización de una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos
electrónicos son el control, el procesado y la distribución de la información y están
presentes en todos los ámbitos de nuestra sociedad destacando en los medios de
transporte, en los electrodomésticos o en aplicaciones para el control industrial.
En base a ello, suele decirse que vivimos en la “era digital”. Ahí radica la importancia
de poseer unas nociones básicas de electrónica e incidiendo en ello, en este artículo,
se ha acercado al lector a los aspectos esenciales de la electrónica, diferenciando las
dos vertientes que conviven actualmente y explicando las ventajas e inconvenientes
de cada una de ellas, así como las aplicaciones más relevantes.
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5. BIBLIOGRAFÍA
 Floyd, T. (2000). Fundamentos de sistemas digitales. Ed. Prentice Hall.
 Hayes, J. (1996). Introducción al diseño lógico digital. Ed. Addison Wesley.
 Cuesta, L., Gil Padilla, A. (1991). Electrónica analógica. Ed. McGraw-Hill.
 Holt, C.A. (1981). Circuitos electrónicos: digitales y analógicos. Ed. Reverté.
REFERENCIAS WEB
 Tutoriales de electrónica
http://www.unicrom.com/tutoriales.asp
 Web sobre electrónica.
http://www.ifent.org/electronica.htm
 Tutoriales de electricidad y electrónica.
http://www.abcdatos.com/tutoriales/electronicayelectricidad/electronica/varios.html
Francisco Javier Santos Macías
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