Circuito electrónico

Un circuito electrónico está compuesto por componentes electrónicos individuales , como resistencias , transistores , condensadores , inductores y diodos , conectados por cables o pistas conductores a través de los cuales puede fluir la corriente eléctrica . Es un tipo de circuito eléctrico. Para que un circuito se denomine electrónico , en lugar de eléctrico , generalmente debe estar presente al menos un componente activo . La combinación de componentes y cables permite realizar varias operaciones simples y complejas: se pueden amplificar señales, se pueden realizar cálculos y se pueden mover datos de un lugar a otro. ^[1]

Los circuitos pueden construirse con componentes discretos conectados por piezas individuales de cable, pero hoy en día es mucho más común crear interconexiones mediante técnicas fotolitográficas sobre un sustrato laminado (una placa de circuito impreso o PCB) y soldar los componentes a estas interconexiones para crear un circuito terminado. En un circuito integrado o CI, los componentes y las interconexiones se forman sobre el mismo sustrato, normalmente un semiconductor como el silicio dopado o (con menos frecuencia) el arseniuro de galio . ^[2]

Un circuito electrónico puede clasificarse generalmente como circuito analógico , circuito digital o circuito de señal mixta (una combinación de circuitos analógicos y circuitos digitales). El dispositivo semiconductor más utilizado en circuitos electrónicos es el MOSFET ( transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor ). ^[3]

Los circuitos electrónicos analógicos son aquellos en los que la corriente o el voltaje pueden variar continuamente con el tiempo para corresponder con la información que se representa.

Los componentes básicos de los circuitos analógicos son cables, resistencias, condensadores, inductores, diodos y transistores . Los circuitos analógicos se representan muy comúnmente en diagramas esquemáticos , en los que los cables se muestran como líneas y cada componente tiene un símbolo único. El análisis de circuitos analógicos emplea las leyes de circuitos de Kirchhoff : todas las corrientes en un nodo (un lugar donde se encuentran los cables) y el voltaje alrededor de un bucle cerrado de cables es 0. Los cables generalmente se tratan como interconexiones ideales de voltaje cero; cualquier resistencia o reactancia se captura agregando explícitamente un elemento parásito, como una resistencia discreta o un inductor. Los componentes activos, como los transistores, a menudo se tratan como fuentes de corriente o voltaje controladas: por ejemplo, un transistor de efecto de campo se puede modelar como una fuente de corriente desde la fuente hasta el drenador, con la corriente controlada por el voltaje de la compuerta-fuente.

Cuando el tamaño del circuito es comparable a una longitud de onda de la frecuencia de la señal relevante, se debe utilizar un enfoque más sofisticado, el modelo de elementos distribuidos . Los cables se tratan como líneas de transmisión, con una impedancia característica nominalmente constante , y las impedancias al principio y al final determinan las ondas transmitidas y reflejadas en la línea. Los circuitos diseñados de acuerdo con este enfoque son circuitos de elementos distribuidos . Tales consideraciones suelen ser importantes para las placas de circuitos a frecuencias superiores a un GHz; los circuitos integrados son más pequeños y se pueden tratar como elementos agrupados para frecuencias inferiores a 10 GHz aproximadamente.

En los circuitos electrónicos digitales , las señales eléctricas toman valores discretos para representar valores lógicos y numéricos. ^[4] Estos valores representan la información que se está procesando. En la gran mayoría de los casos, se utiliza codificación binaria: un voltaje (normalmente el valor más positivo) representa un '1' binario y otro voltaje (normalmente un valor cercano al potencial de tierra, 0 V) ​​representa un '0' binario. Los circuitos digitales hacen un uso extensivo de transistores , interconectados para crear puertas lógicas que proporcionan las funciones de la lógica booleana : AND, NAND, OR, NOR, XOR y combinaciones de las mismas. Los transistores interconectados para proporcionar retroalimentación positiva se utilizan como pestillos y flip flops, circuitos que tienen dos o más estados metaestables y permanecen en uno de estos estados hasta que se cambian mediante una entrada externa. Por tanto, los circuitos digitales pueden proporcionar lógica y memoria, lo que les permite realizar funciones computacionales arbitrarias. (La memoria basada en flip-flops se conoce como memoria estática de acceso aleatorio (SRAM). La memoria basada en el almacenamiento de carga en un condensador, la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), también se utiliza ampliamente.)

El proceso de diseño de circuitos digitales es fundamentalmente diferente del proceso de los circuitos analógicos. Cada puerta lógica regenera la señal binaria, por lo que el diseñador no necesita tener en cuenta la distorsión, el control de ganancia, los voltajes de compensación y otras preocupaciones que se presentan en un diseño analógico. Como consecuencia, se pueden fabricar circuitos digitales extremadamente complejos, con miles de millones de elementos lógicos integrados en un solo chip de silicio, a bajo costo. Dichos circuitos integrados digitales son omnipresentes en los dispositivos electrónicos modernos, como calculadoras, teléfonos móviles y computadoras. A medida que los circuitos digitales se vuelven más complejos, los problemas de retardo de tiempo, carreras lógicas , disipación de potencia, conmutación no ideal, carga en el chip y entre chips y corrientes de fuga se convierten en limitaciones para la densidad, la velocidad y el rendimiento del circuito.

Los circuitos digitales se utilizan para crear chips informáticos de uso general, como microprocesadores , y circuitos lógicos diseñados a medida, conocidos como circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Las matrices de puertas programables en campo (FPGA), chips con circuitos lógicos cuya configuración se puede modificar después de la fabricación, también se utilizan ampliamente en la creación de prototipos y el desarrollo.

Los circuitos de señal mixta o híbridos contienen elementos tanto de circuitos analógicos como digitales. Algunos ejemplos son los comparadores , los temporizadores , los bucles de enganche de fase , los convertidores analógico-digitales y los convertidores digital-analógicos . La mayoría de los circuitos de radio y comunicaciones modernos utilizan circuitos de señal mixta. Por ejemplo, en un receptor, se utilizan circuitos analógicos para amplificar y convertir en frecuencia las señales de modo que alcancen un estado adecuado para ser convertidas en valores digitales, después de lo cual se puede realizar un procesamiento adicional de la señal en el dominio digital.

En electrónica , la creación de prototipos significa construir un circuito real a partir de un diseño teórico para verificar que funciona y proporcionar una plataforma física para depurarlo si no funciona. El prototipo se construye a menudo utilizando técnicas como el enrollado de cables o utilizando una placa de pruebas , una placa de pruebas o una placa perforada , con el resultado de un circuito que es eléctricamente idéntico al diseño pero no físicamente idéntico al producto final. ^[5]

Existen herramientas de código abierto como Fritzing para documentar prototipos electrónicos (especialmente los basados ​​en placas de pruebas) y avanzar hacia la producción física. Las plataformas de creación de prototipos como Arduino también simplifican la tarea de programar e interactuar con un microcontrolador . ^[6] El desarrollador puede optar por implementar su invento tal como está utilizando la plataforma de creación de prototipos, o reemplazarlo solo con el chip del microcontrolador y los circuitos que son relevantes para su producto.

Un técnico puede construir rápidamente un prototipo (y realizar añadidos y modificaciones) utilizando estas técnicas, pero para la producción en serie es mucho más rápido y, por lo general, más barato producir en masa placas de circuito impreso personalizadas que producir este otro tipo de placas prototipo. La proliferación de empresas de fabricación y montaje de PCB con entregas rápidas ha permitido que los conceptos de prototipado rápido se apliquen al diseño de circuitos electrónicos. Ahora es posible, incluso con los componentes pasivos más pequeños y los paquetes de paso fino más grandes, fabricar, montar e incluso probar placas en cuestión de días.

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• Fundamentos de electrónica