La electrónica es, sin lugar a dudas, la ciencia de más rápido crecimiento de las últimas décadas. Esto se debe a que ha penetrado prácticamente todos los campos de la actividad humana. Gracias a la electrónica disfrutamos de relojes digitales, teléfonos celulares, computadoras, televisiones, videojuegos, equipos de sonido y una lista interminable de productos que han cambiado para siempre nuestra manera de vivir, trabajar e interactuar con los demás.
Figura 1. Gracias a la electrónica, la tecnología ha cambiado nuestras vidas.
La electrónica y los sistemas electrónicos son aplicaciones prácticas de los principios generales de la electricidad. La electricidad es una forma de energía originada por el movimiento de unas diminutas partículas llamadas electrones libres. Estas partículas, al circular masivamente a través de determinados materiales, constituyen corrientes eléctricas y producen efectos físicos importantes como luz, calor, movimiento, sonido, magnetismo, etc.
La electrónica trata fundamentalmente con el control de las corrientes eléctricas y, por tanto, los efectos producidos por las mismas. En otras palabras, la electrónica es la ciencia de la domesticación de los electrones.
La electrónica moderna ha sido impulsada principalmente por el desarrollo de componentes para manipular la corriente eléctrica de muy diversas formas. Algunos de estos componentes han sido claves en este proceso. El primero de ellos, que representó el paso de la era eléctrica a la era electrónica, fue el tubo de vacío o bulbo, inventado en 1906. Posteriormente surgieron el transistor (1948), el circuito integrado (1962), el microprocesador (1974) y el microcontrolador (1982).
¿Por dónde empezar?
Es común que cuando una persona quiere introducirse al fascinante mundo de la electrónica, no sepa qué es lo que debe aprender, qué temas dominar y, en qué orden general cubrir dichos temas. Un buen punto de partida para tener una idea de lo que es importante aprender y en qué orden, se muestra en la Figura 2. Este diagrama proporciona una visión general de los elementos básicos que intervienen en el diseño de aparatos electrónicos.
Figura 2.
En la parte superior de la imagen viene la teoría. Esto implica aprender acerca de voltaje, corriente, resistencia, capacitancia, inductancia, y varias leyes y teoremas que pueden ayudarte a predecir el tamaño y dirección de los voltajes y las corrientes dentro de los circuitos. A medida que aprendas la teoría básica, conocerás los componentes pasivos como las resistencias, capacitores, inductores, y transformadores.
Figura 3. Componentes electrónicos pasivos.
Siguiente en la línea vienen los circuitos pasivos discretos. Estos incluyen redes limitadoras de corriente, divisores de voltaje, filtros, atenuadores y así sucesivamente. Estos circuitos simples, por sí mismos no son muy interesantes, pero son ingredientes vitales en circuitos mucho más complejos.
Después de haber aprendido acerca de componentes y circuitos pasivos, pasa a los dispositivos activos discretos, los cuales se construyen a partir de materiales semiconductores. Estos dispositivos consisten principalmente de diodos (puertas de flujo de corriente en una dirección), transistores (interruptores/amplificadores controlados eléctricamente), y tiristores (solo interruptores controlados eléctricamente).
Una vez que hayas cubierto los dispositivos activos discretos, continua con los circuitos activos/pasivos discretos. Algunos de estos incluyen circuitos rectificadores (convertidores ac-dc), amplificadores, osciladores, moduladores, mezcladores, y reguladores de voltaje.
Para hacer las cosas más fáciles al diseñador de circuitos, los fabricantes han creado circuitos integrados (ICs) que contienen circuitos discretos -como los mencionados en el último párrafo -que son colocados dentro de un pequeño chip de silicón. El chip usualmente se encuentra dentro de un empaque de plástico, donde diminutos cables internos conectan el chip a los terminales metálicos externos.
Figura 4. Componentes electrónicos digitales.
Los circuitos integrados tales como amplificadores y reguladores de voltaje se conocen como dispositivos análogos, lo que significa que responden y producen señales con diferentes grados de voltaje (estos son diferentes de los ICs digitales, que funcionan con solo dos niveles de voltaje). Familiarizarse con los circuitos integrados es necesario para cualquier diseñador de circuitos.
La electrónica digital viene después. Los circuitos digitales trabajan con solo 2 estados de voltaje, alto (5 V) o bajo (0 V). La razón de tener sólo dos estados de tensión tiene que ver con la facilidad del procesamiento y almacenamiento de los datos (números, símbolos, información de control). El proceso de codificación de la información en señales que los circuitos digitales pueden usar, implica combinación de bits (1´s y 0´s, equivalentes a voltajes altos y bajos) en “palabras” de significado discreto. El diseñador dicta lo que estas palabras significarán a un circuito específico. A diferencia de la electrónica analógica, la electrónica digital utiliza un nuevo conjunto de componentes, los cuales están todos integrados en la forma. un gran número de ICs especializados son usados en electrónica digital. Algunos de estos ICs son diseñados para ejecutar operaciones lógicas en la información de entrada, otros son diseñados para contar, mientras que otros están diseñados para almacenar información que puede ser recuperada más tarde. Los circuitos digitales incluyen puertas lógicas, flip-flops, registros de desplazamiento, contadores, memorias, procesadores, entre otros. Para que los circuitos digitales puedan interactuar con circuitos análogos, son necesarios circuitos convertidores de análogo a digital (A/D) para convertir señales análogas en secuencias especiales de 1´s y 0´s. Del mismo modo, los circuitos convertidores de digital a análogo son empleados para convertir cadenas de 1´s y 0´s en señales análogas.
Figura 5. Motores DC
A lo largo de tu estudio sobre electrónica, aprenderás acerca de varios dispositivos (transductores) de entrada-salida (I/O).Los dispositivos de entrada convierten señales físicas, como sonido, luz, presión, en señales eléctricas que los circuitos pueden usar. Estos dispositivos incluyen micrófonos, fototransistores, interruptores, teclados, termistores, galgas extensiométricas, generadores, y antenas. Los dispositivos de salida convierten las señales eléctricas en señales físicas. Estos dispositivos incluyen lámparas, pantallas LED y LCD, altavoces, zumbadores, motores (dc, servomotores, a pasos), solenoides, y antenas.
Y por último viene la fase de construcción y pruebas. Esto requiere aprender a leer esquemáticos, construir prototipos de circuitos en una protoboard, probar prototipos (usando multímetros, osciloscopios y probadores digitales), y la construcción final de circuitos utilizando herramientas y tarjetas de circuitos especiales.
¿Qué sigue?
Ahora que ya sabes todo lo que debes aprender acerca de electrónica para después aplicarla en tus proyectos, solo queda poner manos a la obra, y para ello existen muchos medios que pueden ayudarte a lo largo de este gran y divertido recorrido. Para aprender lo relacionado a la teoría, en nuestra sección de sitios recomendados, encontrarás libros y otros sitios dedicados a la difusión del conocimiento de la electrónica. Una vez que te sientas listo para empezar a diseñar y construir tus propios circuitos, consulta nuestra lista de tiendas donde podrás conseguir todo lo que necesitas para armar tu propio taller o laboratorio electrónico. Somos una comunidad de hacedores y te invitamos a que compartas tus dudas, inquietudes, prototipos y proyectos terminados en nuestro foro.
Figura 6. Partes que conforman un circuito sencillo.