Electrónica: Datos básicos, funciones y funciones de los dispositivos electrónicos
Electrónica: Datos básicos, funciones y funciones de los dispositivos electrónicos.
Hechos básicos:
La electrónica y la ciencia de la electricidad tratan con la corriente eléctrica. Pero cada uno se enfoca en un uso diferente de la corriente. La electricidad se ocupa de la corriente principalmente como una forma de energía que puede operar luces, motores y otros equipos. La electrónica trata la corriente eléctrica principalmente como un medio para transportar información. Las corrientes que transportan información se llaman señales.
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Una corriente eléctrica constante e invariable puede transportar energía. Pero la corriente debe variar de alguna manera para que sirva de señal. Algunos dispositivos de electrones cambian el comportamiento de una corriente para producir o modificar señales. Otros interpretan las señales. Las señales pueden representar sonidos, imágenes, números, letras o instrucciones de computadora. Las señales también se pueden usar para contar objetos, medir el tiempo o la temperatura, o detectar sustancias químicas o materiales radioactivos.
Las señales en circuitos electrónicos pueden ser clasificadas como digitales o analógicas. Una señal digital es como un interruptor eléctrico normal: está encendido o apagado. Una señal analógica puede tener cualquier valor dentro de un cierto rango.
Las señales analógicas se usan ampliamente para representar sonidos e imágenes porque los niveles de luz y las frecuencias de las ondas de sonido pueden tener cualquier valor dentro de un rango determinado. Las señales analógicas se pueden convertir en señales digitales y las señales digitales en analógicas. Por ejemplo, los reproductores de discos compactos convierten las señales de sonido digital de los discos en señales analógicas para su reproducción a través de altavoces.
El control rápido y confiable de las señales digitales y analógicas por parte de equipos electrónicos es posible gracias a las propiedades únicas de materiales semiconductores como el silicio y el germanio.
La electrónica depende de ciertos dispositivos electrónicos altamente especializados. Un televisor, una computadora u otro equipo electrónico complejo puede contener desde cientos hasta millones de estos dispositivos. El dispositivo electrónico más conocido y más importante es el transistor.
Los transistores todavía operan millones de equipos de sonido, radios y televisores. Pero los ingenieros ahora pueden colocar más de cien mil transistores en un solo chip de silicio que es más pequeño que una uña. Tal chip forma un circuito integrado. Los chips de este tipo se pueden conectar juntos en placas de circuito para producir equipos electrónicos más pequeños y menos costosos, pero mucho más potentes que nunca.
Los dispositivos electrónicos se usan comúnmente en una gran cantidad de aplicaciones que anteriormente dependían de sistemas mecánicos o eléctricos para su funcionamiento. Algunos ejemplos son los controles electrónicos en cámaras automáticas, los sistemas de encendido electrónicos en automóviles y el control electrónico en equipos domésticos, como lavadoras.
Funciones de los dispositivos electrónicos:
Los dispositivos electrónicos realizan tres funciones principales: (1) amplificación, (2) conmutación y (3) oscilación, todo como parte de los circuitos. Un circuito consiste en una serie de dispositivos electrónicos conectados y otras partes. Al combinar las tres funciones de varias maneras, los ingenieros diseñan equipos electrónicos que realizan muchas otras funciones especiales, como las operaciones de alta velocidad de las computadoras.
Algunas otras funciones también son realizadas por dispositivos electrónicos.
Cambiando la luz en electricidad:
Cuando ciertos materiales, como el óxido de cobre o el selenio, se exponen a la luz, producen una corriente eléctrica o permiten que una corriente fluya a través de ellos. Los dispositivos electrónicos hechos de estos materiales pueden transformar la luz en electricidad. Tales dispositivos son llamados dispositivos fotoeléctricos u ojos eléctricos. La corriente de un dispositivo fotoeléctrico suele ser extremadamente débil. Los amplificadores deben reforzar la corriente antes de que se pueda utilizar.
Producir y usar rayos X:
Se utilizan tipos especiales de tubos de electrones para producir rayos X. Los rayos X pueden pasar a través del tejido humano y otras sustancias y dejar una imagen en una placa fotográfica o en una pantalla fluorescente. Las radiografías pueden mostrar cómo se ven las sustancias en el interior. Las radiografías se utilizan en el diagnóstico y la terapia.
El diagnóstico incluye la detección de fracturas, objetos extraños en el cuerpo, caries dentales y enfermedades como el cáncer. Los rayos X se usan en tratamientos terapéuticos también para detener la propagación de tumores malignos. En las industrias, los rayos X se utilizan para encontrar el espesor de los materiales. Los rayos X también se utilizan para escanear la microscopía electrónica para obtener una "imagen".
Desarrollo de la electrónica:
La electrónica se desarrolló principalmente a partir de ciertos experimentos eléctricos en el siglo XIX. Estos experimentos involucraron el uso de un tubo de descarga de gas, es decir, un rubé del que se había eliminado parte del aire, dejando una fina mezcla de gases. El tubo tenía un electrodo de metal (polo eléctrico o terminal) en cada extremo.
Cuando se conectaba una batería a los dos electrodos, el tubo brillaba con colores brillantes. Los científicos creían que el electrodo negativo, el cátodo, emitía rayos invisibles que causaban los colores. Llamaron a los rayos invisibles los rayos catódicos. A medida que los científicos extrajeron aún más aire del tubérculo, para sus experimentos, los tubos se convirtieron en tubos de vacío.
En 1895, el físico alemán Wilhelm Roentgen descubrió que los rayos catódicos podían producir un tipo de rayo completamente diferente y desconocido. Los rayos catódicos crearon estos rayos inusuales cuando golpearon el vidrio en el extremo del tubo opuesto al cátodo. Para su sorpresa, Roentgen también descubrió que el ray3 producido de esta manera podía pasar a través del tejido animal y vegetal y dejar una impresión en una placa fotográfica. Nombró los rayos de rayos X misteriosos.
En 1897, el descubrimiento de los electrones por parte del físico británico Juseph J. Thomson llevó a la invención de dispositivos que podrían controlar un flujo de electrones, o una señal eléctrica, y ponerlo en funcionamiento.
Tubos de vacío (válvulas):
En 1904, un científico británico llamado John Ambrose Fleming construyó el primer tubo de vacío que podía usarse comercialmente. Era un tubo de diodo o dos electrodos que podía detectar señales de radio. Con el tiempo, los tubos de diodo también se utilizaron ampliamente para rectificar la corriente alterna.
En 1907, el inventor estadounidense Lee De Forest patentó un tubo de tres electrodos o triodo. El tubo triodo se convirtió en el primer amplificador electrónico. Una de las primeras aplicaciones fue en líneas telefónicas de larga distancia. En 1912 y 1913, De Forest y el pionero de la radio estadounidense Edwin H. Armstrong, trabajando de manera independiente, desarrollaron el tubo de triodo como un oscilador. La invención de un amplificador y oscilador electrónico condujo al inicio de la transmisión de radio en los Estados Unidos en 1920. Esta fecha también marca el inicio de la industria electrónica.
Desde la década de 1920 hasta la década de 1950, el conocimiento sobre los tubos de vacío hizo posibles invenciones como la televisión, las películas con sonido, el radar y las computadoras electrónicas. Estas invenciones, a su vez, llevaron al desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos.
Un científico estadounidense llamado GR Carey había construido un dispositivo fotoeléctrico, llamado célula fotoeléctrica, desde 1875. Pero los ingenieros hicieron poco uso de él hasta principios de la década de 1920, cuando intensificaron sus esfuerzos para desarrollar televisión y películas con sonido.
En 1923, un científico estadounidense nacido en Rusia llamado Vladimir K. Zworykin combinó una célula fotoeléctrica con un cañón de electrones y creó la primera cámara de televisión con éxito.
En 1921, Albert W. Hull, un ingeniero estadounidense, inventó un oscilador de tubo de vacío llamado magnetrón. El magnetrón fue el primer dispositivo que pudo producir microondas de manera eficiente. El radar, que se desarrolló gradualmente durante las décadas de 1920 y 1930, proporcionó el primer uso generalizado de microondas.
La era de los tubos de vacío alcanzó su punto máximo con la finalización de la primera computadora electrónica de uso general en 1946.
La era del estado sólido:
Los dispositivos semiconductores primitivos hechos de selenio habían servido como rectificadores desde 1900. Los detectores de cristal en las primeras radios también eran semiconductores. Pero ninguno de estos dispositivos funcionó tan bien como los rectificadores y detectores de tubos de vacío.
Luego, a principios de la década de 1940, un equipo de físicos estadounidenses produjo los primeros diodos semiconductores exitosos. El equipo estaba formado por John Bardeen, Walter H. Brattain y William Shockley. En 1947, este mismo equipo inventó el transistor. Los fabricantes comenzaron a usar transistores como amplificadores en audífonos y radios de bolsillo a principios de los años cincuenta. En la década de 1960, los diodos semiconductores y los transistores habían reemplazado los tubos de vacío en muchos equipos electrónicos.
Microelectrónica:
A fines de la década de 1950, los programas militares y espaciales comenzaron a exigir equipos electrónicos más compactos. Aunque los fabricantes habían reducido el tamaño de los dispositivos de electrones, cada dispositivo formaba un componente separado en un circuito. El equipo electrónico era demasiado grande para las demandas de los programas militares y espaciales. Las compañías electrónicas comenzaron a trabajar en el desarrollo de circuitos mucho más pequeños. Su trabajo condujo a la microelectrónica: el diseño y la producción de circuitos integrados y de equipos que utilizaban circuitos integrados.
Para 1960, los ingenieros y los científicos habían logrado construir un circuito integrado. Tenía todas las funciones de un circuito convencional empaquetado en un cristal semiconductor, 1.000 veces más pequeño que un circuito convencional.
Papel de la electrónica:
La electrónica tiene un papel fundamental en el proceso de desarrollo de un país en la actualidad. La electrónica desempeña un papel catalizador en la mejora de la producción y la productividad en sectores clave de la economía, ya sea en relación con la infraestructura, las industrias de procesos, la comunicación o incluso la capacitación de personal. Las áreas de alta tecnología de hoy dependen en gran medida de la electrónica.
La electrónica se clasifica convencionalmente en los sectores de consumo, industrial, defensa, comunicaciones y procesamiento de información. En los últimos tiempos, la electrónica médica y los sistemas de transporte y servicios públicos de energía se han convertido en segmentos importantes por sí mismos.
La electrónica de consumo es el sector más antiguo del campo que comenzó con el desarrollo de receptores de radio después de la invención del triodo. La competitividad internacional en este campo requiere innovación constante.
Este campo se ha expandido notablemente en los últimos años con el desarrollo de elementos como reproductores de discos compactos (CD), cintas de audio digitales, hornos de microondas, lavadoras y sistemas de recepción de televisión satelital. Todos estos elementos, sin embargo, utilizan tecnologías avanzadas y técnicas de fabricación como los láseres semiconductores y los dispositivos de microondas.
La electrónica industrial está orientada a la fabricación de productos requeridos por equipos modernos de control de procesos industriales, máquinas y robots controlados numéricamente y equipos para pruebas y mediciones. Los laboratorios también requieren instrumentos de precisión. Este campo tiene un gran potencial de crecimiento y desarrollo.
La infraestructura avanzada en ciencias de los materiales y la electrónica sofisticada son relevantes para el campo de la defensa, donde el costo generalmente no es un factor limitante. El equipo debe ser lo suficientemente resistente como para soportar presiones ambientales, además de ser preciso y sensible también.
La electrónica de defensa es estratégica, por supuesto; También tiene valiosos beneficios para ofrecer a la industria. Bharat Electronics Ltd. (BEL), una organización financiada por la defensa, ha contribuido mucho al desarrollo del transistor y la televisión en la India.
La electrónica de comunicaciones es un campo en rápido crecimiento con muchas posibilidades de innovación y aplicación industrial. Los equipos de comunicaciones se han beneficiado enormemente del desarrollo de láseres semiconductores eficientes, tecnología de fibra óptica, técnicas digitales y microprocesadores potentes.
La tecnología de la información, una vez más, es claramente dependiente de la electrónica. El circuito integrado es la base de las computadoras que, a su vez, se utilizan para diseñar mejores circuitos integrados a gran escala (VLSI), en particular microprocesadores y memorias. Las mejores computadoras nuevamente ayudan a mejorar los sistemas de comunicación, mientras que las comunicaciones rápidas y eficientes conducen a redes informáticas distribuidas que brindan acceso a datos especializados en una computadora distante desde el lugar de trabajo.
En el campo médico, la electrónica ha hecho posible el registrador de ECG (Electrocardiograma) así como el escáner de RMN (Resonancia Magnética Nuclear) además de otros equipos de medición.
