¿Qué es la electrónica?
La electrónica es la rama de la técnica que estudia y construye circuitos capaces de controlar el paso de la corriente eléctrica para procesar información o para accionar algo.
Conviene no confundirla con la electricidad. La electricidad se ocupa de generar, transportar y usar energía: una lamparita, un motor, una instalación domiciliaria. La electrónica se ocupa de manipular señales: un amplificador de audio, un reloj digital, un microcontrolador. La diferencia práctica es que la electricidad maneja potencias grandes y la electrónica, potencias muy pequeñas.
Todo circuito electrónico, por complicado que parezca, se arma combinando una cantidad sorprendentemente pequeña de componentes básicos. Este tema es el mapa de esos componentes; los detalles de cada uno se ven más adelante.
Ley de Ohm
Es la fórmula más importante de toda la electrónica. Relaciona las tres magnitudes que vimos en Señales eléctricas:
V = I × R
Donde V es la tensión en volts, I la corriente en amperes y R la resistencia en ohms. Despejando, se obtienen las tres formas útiles:
Conozco corriente y resistencia, quiero la tensión
Conozco tensión y resistencia, quiero la corriente
Conozco tensión y corriente, quiero la resistencia
La forma más clara de entenderla es la del triángulo, donde tapando la letra que buscás aparece la operación que hay que hacer:
Un ejemplo concreto
Una resistencia de 220 Ω está conectada a una fuente de 5 V. ¿Cuánta corriente circula?
I = VR = 5 V220 Ω ≈ 0,0227 A = 22,7 mA
Veintidós miliamperes es un valor perfectamente normal dentro de un circuito con un LED, y es mucho menos de lo que una fuente de protoboard puede entregar sin problemas.
Potencia eléctrica
La potencia indica la energía que se consume o se disipa por segundo, y se mide en watts (W). Se calcula con cualquiera de estas fórmulas equivalentes:
P = V × I P = I2 × R P = V2R
Este cálculo no es un detalle teórico: los componentes se calientan y se pueden quemar. Una resistencia común de cuarto de watt (14 W) solo soporta disipar esa cantidad. Si por error le hacemos circular más corriente de la que tolera, se va a calentar hasta deteriorarse.
Por eso en los circuitos con LEDs, motores o bobinas conviene verificar siempre la potencia disipada antes de conectar todo.
Circuito abierto y circuito cerrado
Para que circule corriente hace falta un camino completo desde un terminal de la fuente hasta el otro. Si ese camino está cortado en algún punto, no circula nada y se dice que el circuito está abierto. Cuando el camino está completo, el circuito está cerrado.
Este concepto, que parece obvio, es exactamente lo que hace un interruptor o un pulsador: abrir y cerrar el camino para dejar pasar o cortar la corriente. Y es también la base de los dos tipos de conexión:
- En serie: los componentes se conectan uno a continuación del otro, formando un único camino. La corriente es la misma en todos, y las tensiones se reparten. Si se corta uno, se corta todo.
- En paralelo: los componentes se conectan sobre los mismos dos puntos. La tensión es la misma en todos, y las corrientes se reparten. Si se corta uno, los demás siguen funcionando.
Componentes pasivos
Se llaman pasivos porque no pueden entregar energía ni amplificar una señal: solo la consumen, la almacenan o la dejan pasar. No necesitan alimentación propia para funcionar.
| Componente | Qué hace | En qué se usa |
|---|---|---|
| Resistencia | Se opone al paso de la corriente y convierte el exceso en calor. | Limitar la corriente de un LED, dividir tensiones, fijar el estado de una entrada. |
| Capacitor (condensador) | Almacena carga y energía en un campo eléctrico. Se carga y se descarga. | Filtrar el ruido de la alimentación, temporizar, separar la parte continua de una señal. |
| Bobina (inductor) | Almacena energía en un campo magnético. Se opone a los cambios bruscos de corriente. | Filtros, fuentes conmutadas, motores, antenas. |
| Diodo | Deja pasar la corriente en un solo sentido. | Rectificar corriente alterna, proteger contra conexiones invertidas. |
El LED es un caso particular de diodo: además de dejar pasar la corriente en un solo sentido, emite luz. Es el componente que más vas a usar cuando empieces a armar circuitos.
Componentes activos
Los activos sí pueden controlar el flujo de energía y necesitan alimentación. Son los que hacen posible amplificar, conmutar y, en definitiva, procesar información.
| Componente | Qué hace | En qué se usa |
|---|---|---|
| Transistor | Con una señal muy pequeña controla el paso de una corriente mucho mayor. Funciona como interruptor o como amplificador. | Encender motores y relés, amplificar audio, construir memoria y procesadores. |
| Circuito integrado | Miles o millones de transistores fabricados sobre una misma pastilla de silicio. | Microcontroladores, amplificadores operacionales, memorias, reguladores. |
| Microcontrolador | Un circuito integrado con procesador, memoria y entradas y salidas, que ejecuta un programa. | Arduino, ESP32, cualquier dispositivo que tenga que decidir. |
De todos ellos, el transistor es la pieza decisiva: es el ladrillo con el que se construyó toda la informática moderna. Lo vamos a estudiar en detalle más adelante, junto con las resistencias que lo acompañan.
Electrónica analógica y electrónica digital
Así como hay señales analógicas y digitales, hay dos grandes ramas de la electrónica:
Analógica
Trabaja con los valores continuos de la señal. Se ocupa de amplificar, filtrar y transformar señales.
Ejemplos: un amplificador de audio, un micrófono, la radio, los sensores de temperatura analógicos.
Digital
Trabaja con dos niveles. Se ocupa de procesar, almacenar y combinar información.
Ejemplos: un microcontrolador, una memoria USB, un reloj digital, cualquier computadora.
La mayoría de los sistemas reales usan las dos. Un teléfono celular tiene una parte analógica que capta la señal de radio y la convierte en datos, y una parte digital que procesa esos datos. El punto de unión son los convertidores: el ADC (convertidor analógico-digital) transforma una tensión en un número, y el DAC (digital-analógico) hace lo contrario.
Cuando en Arduino leés un potenciómetro con analogRead(), lo que está ocurriendo por dentro es que un ADC está convirtiendo una tensión en un número entre 0 y 1023. Esa es, ni más ni menos, la frontera entre el mundo real y el mundo digital.
Un poco de historia
Entender de dónde vienen estos componentes ayuda a ver por qué el mundo digital es como es:
| Época | Hito | Consecuencia |
|---|---|---|
| 1904 | Válvula de vacío | Primeros circuitos capaces de amplificar y conmutar, pero enormes, frágiles y con un consumo altísimo. |
| 1947 | Transistor | Reemplaza a la válvula. Mucho más chico, más rápido, más barato y sin desgaste. |
| 1958 | Circuito integrado | Varios componentes en una misma pastilla. Aparece la posibilidad de fabricar en serie. |
| 1971 | Microprocesador | Todo un procesador en un solo chip. Nace la computadora personal. |
| Hoy | Escala nanométrica | Miles de millones de transistores en un chip del tamaño de una uña. |