Señales eléctricas

¿Por qué empezar por aquí?

Toda la informática descansa sobre una idea muy simple: la electricidad puede representar información. Cuando escribís una letra, mirás una foto o escuchás música en la computadora, lo que realmente circula por dentro son señales eléctricas que suben y bajan.

Por eso, antes de hablar de compuertas lógicas, de sistemas de numeración o de circuitos, conviene entender qué es una señal eléctrica y cómo se la puede usar para transportar un dato. Todos los temas que vienen después en esta unidad son, en el fondo, distintas formas de leer y combinar estas señales.

¿Qué es una señal eléctrica?

Una señal eléctrica es una magnitud eléctrica —normalmente una tensión o una corriente— que varía en el tiempo y que se usa para transmitir información.

La palabra clave es varía. Una pila conectada a una lamparita entrega siempre el mismo valor: eso no transmite nada, es solo energía. En cambio, cuando ese valor cambia siguiendo un patrón acordado, el cambio significa algo. Así se codifica un 0, un 1, una letra o un sonido.

Una comparación que ayuda: la tensión es como la presión del agua en una cañería, la corriente es el caudal que pasa por el caño, y la resistencia es lo angosto del caño.

Corriente continua y corriente alterna

Hay dos formas básicas en que una señal eléctrica puede variar:

• Corriente continua (CC, o DC en inglés): el valor se mantiene constante y siempre en el mismo sentido. Es la que entrega una pila, una batería o una fuente de alimentación. Toda la electrónica digital funciona con CC.
• Corriente alterna (CA, o AC): el valor cambia constantemente de magnitud y de sentido, describiendo una onda. Es la que llega por los tomacorrientes de una casa, porque es mucho más fácil de transportar a larga distancia.

Señal analógica y señal digital

Esta es la distinción más importante de toda la unidad:

• Una señal analógica puede tomar infinitos valores intermedios dentro de un rango. Si la dibujás, es una curva suave: puede valer 1,2 V, 1,25 V, 1,251 V… siempre hay un valor más entre medio.
• Una señal digital solo puede tomar un conjunto limitado de valores, casi siempre dos: un valor bajo y un valor alto. Si la dibujás, son escalones.

¿Por qué la informática eligió lo digital?

Podría parecer que la señal analógica es más rica, porque puede representar más información de una sola vez. Pero tiene un problema grave: se degrada. Cada metro de cable, cada amplificador y cada grabación le agrega un poco de error, y ese error se acumula hasta que el dato original se vuelve irreconocible.

La señal digital, en cambio, solo tiene que distinguir entre "alto" y "bajo". Aunque el valor real llegue algo deformado, mientras siga estando más cerca de un extremo que del otro, se puede reconstruir el valor original exacto. Esa capacidad de corregirse es la razón por la que hoy todo —música, fotos, video, textos— se guarda y se transmite en forma digital.

Niveles lógicos: el 0 y el 1 eléctricos

En un circuito digital los dos valores de la señal reciben el nombre de niveles lógicos y se identifican con los símbolos del sistema binario:

• Nivel bajo → se interpreta como 0 (falso)
• Nivel alto → se interpreta como 1 (verdadero)

Lo importante es que el 0 y el 1 no son voltajes exactos, sino rangos. Un circuito que trabaja a 5 V considera "alto" a cualquier tensión por encima de cierto umbral (por ejemplo, más de 3,5 V) y "bajo" a cualquier tensión por debajo de otro umbral (por ejemplo, menos de 1,5 V). Los valores intermedios se consideran indefinidos y hay que evitarlos.

Flancos, período y frecuencia

Cuando una señal digital cambia de un nivel al otro, ese cambio se llama flanco:

• Flanco de subida: el paso de 0 a 1.
• Flanco de bajada: el paso de 1 a 0.

Si la señal se repite siempre igual, decimos que es periódica. Y ahí aparecen dos conceptos fundamentales:

• Período (T): el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo. Se mide en segundos.
• Frecuencia (f): la cantidad de ciclos que ocurren en un segundo. Se mide en hertz (Hz). Es la inversa del período: f = 1T

Por ejemplo, un procesador que trabaja a 3 GHz realiza 3.000 millones de ciclos por segundo. Esa es, literalmente, la velocidad a la que el chip toma decisiones.

Ruido y perturbaciones

En la práctica ninguna señal es perfecta. Se llama ruido a toda variación no deseada que se suma a la señal y que proviene del ambiente o del propio circuito. Las causas más comunes son:

• Interferencia electromagnética: motores, transformadores y cables de corriente alterna que están cerca generan campos que se inducen en los conductores.
• Caídas de tensión: los cables tienen resistencia, así que la tensión baja a medida que el cable es más largo. Un cable demasiado largo puede hacer que un 1 llegue como un valor intermedio.
• Rebote o bounce: los contactos mecánicos, como los de un pulsador, no cierran limpiamente, sino que rebotan durante unos milisegundos produciendo varios pulsos falsos.

Para combatir el ruido se usan cables cortos y trenzados, condensadores de desacoplamiento cerca de cada chip, resistencias pull-up o pull-down en las entradas, y filtros por software que ignoran los cambios demasiado rápidos.

Resumen