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Este artículo trata sobre el campo técnico de la electrónica. Para dispositivos electrónicos personales / de uso doméstico, consulte electrónica de consumo . Para la revista científica, consulte Electronics (revista) .
Componentes electrónicos de montaje en superficie

La electrónica comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que se ocupan de la emisión, el flujo y el control de electrones en el vacío y la materia . [1] Utiliza dispositivos activos para controlar el flujo de electrones mediante amplificación y rectificación , lo que la distingue de la ingeniería eléctrica clásica que utiliza efectos pasivos como resistencia , capacitancia e inductancia para controlar el flujo de corriente .

La electrónica ha tenido un efecto importante en el desarrollo de la sociedad moderna. La identificación del electrón en 1897, junto con la posterior invención del tubo de vacío que podía amplificar y rectificar pequeñas señales eléctricas, inauguró el campo de la electrónica y la era de los electrones. [2] Esta distinción comenzó alrededor de 1906 con la invención por Lee De Forest del triodo , que hizo posible la amplificación eléctrica de señales de radio débiles y señales de audio con un dispositivo no mecánico. Hasta 1950, este campo se denominaba "tecnología radioeléctrica" ​​porque su principal aplicación era el diseño y teoría de radiotransmisores , receptoresy tubos de vacío .

El término " electrónica de estado sólido " surgió después de que William Shockley , Walter Houser Brattain y John Bardeen inventaran el primer transistor funcional en Bell Labs en 1947. El MOSFET ( transistor MOS ) fue inventado más tarde por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. El MOSFET fue el primer transistor verdaderamente compacto que pudo ser miniaturizado y producido en masa para una amplia gama de usos, revolucionando la industria electrónica y desempeñando un papel central en la revolución microelectrónica y Revolución digital . Desde entonces, el MOSFET se ha convertido en el elemento básico de la mayoría de los equipos electrónicos modernos y es el dispositivo electrónico más utilizado en el mundo.

La electrónica se usa ampliamente en el procesamiento de información , telecomunicaciones y procesamiento de señales . La capacidad de los dispositivos electrónicos para actuar como interruptores hace posible el procesamiento de información digital. Las tecnologías de interconexión, tales como placas de circuitos , tecnología de empaquetado electrónico y otras formas variadas de infraestructura de comunicación, completan la funcionalidad del circuito y transforman los componentes electrónicos mixtos en un sistema de trabajo regular , llamado sistema electrónico ; ejemplos son computadoras o sistemas de control . Un sistema electrónico puede ser un componente de otrosistema de ingeniería o un dispositivo independiente. A partir de 2019, la mayoría de los dispositivos electrónicos [3] utilizan componentes semiconductores para realizar el control de electrones. Por lo general, los dispositivos electrónicos contienen circuitos que consisten en semiconductores activos complementados con elementos pasivos; tal circuito se describe como un circuito electrónico . La electrónica se ocupa de circuitos eléctricos que involucran componentes eléctricos activos como tubos de vacío, transistores, diodos , circuitos integrados , optoelectrónica y sensores , componentes eléctricos pasivos asociados.y tecnologías de interconexión. El comportamiento no lineal de los componentes activos y su capacidad para controlar los flujos de electrones hace posible la amplificación de señales débiles.

El estudio de dispositivos semiconductores y tecnología relacionada se considera una rama de la electrónica de estado sólido .

Ramas de la electrónica [ editar ]

La electrónica tiene sucursales de la siguiente manera:

  1. Electrónica digital
  2. Electrónica analógica
  3. Microelectrónica
  4. Diseño de circuito
  5. Circuitos integrados
  6. Electrónica de potencia
  7. Optoelectrónica
  8. Dispositivos semiconductores
  9. Sistemas embebidos
  10. Electrónica de audio
  11. Telecomunicaciones
  12. Nanoelectrónica
  13. Bioelectrónica

Dispositivos y componentes electrónicos [ editar ]

Uno de los primeros receptores de radio Audion , construido por De Forest en 1914.
Técnico en electrónica realizando una verificación de voltaje en una tarjeta de circuito de potencia en la sala de equipos de navegación aérea a bordo del portaaviones USS Abraham Lincoln (CVN-72) .
Artículo principal: componente electrónico

Un componente electrónico es cualquier entidad física en un sistema electrónico que se utiliza para afectar los electrones o sus campos asociados de una manera consistente con la función prevista del sistema electrónico. Los componentes generalmente están destinados a conectarse entre sí, generalmente soldando a una placa de circuito impreso (PCB), para crear un circuito electrónico con una función particular (por ejemplo, un amplificador , receptor de radio u oscilador ). Los componentes pueden empaquetarse individualmente o en grupos más complejos como circuitos integrados . Algunos componentes electrónicos comunes son condensadores , inductores , resistencias., diodos , transistores , etc. Los componentes a menudo se clasifican en activos (por ejemplo, transistores y tiristores ) o pasivos (por ejemplo, resistencias, diodos, inductores y condensadores). [4]

Historia de los componentes electrónicos [ editar ]

Ver también: Historia de la ingeniería electrónica y Cronología de la ingeniería eléctrica y electrónica

Los tubos de vacío (válvulas termoiónicas) se encontraban entre los primeros componentes electrónicos. [5] Fueron casi los únicos responsables de la revolución electrónica de la primera mitad del siglo XX. [6] [7] Permitieron sistemas mucho más complicados y nos proporcionaron radio, televisión, fonógrafos, radar, telefonía de larga distancia y mucho más. Desempeñaron un papel destacado en el campo de las microondas y la transmisión de alta potencia, así como en los receptores de televisión hasta mediados de los años ochenta. [8] Desde entonces, los dispositivos de estado sólido se han apoderado casi por completo. Los tubos de vacío todavía se utilizan en algunas aplicaciones especializadas, como amplificadores de RF de alta potencia , tubos de rayos catódicos., equipos de audio especializados, amplificadores de guitarra y algunos dispositivos de microondas .

El primer transistor de punto de contacto en funcionamiento fue inventado por John Bardeen y Walter Houser Brattain en Bell Labs en 1947. [9] En abril de 1955, el IBM 608 fue el primer producto de IBM en utilizar circuitos de transistores sin tubos de vacío y se cree que es la primera calculadora totalmente transistorizada que se fabricará para el mercado comercial. [10] [11] El 608 contenía más de 3.000 transistores de germanio . Thomas J. Watson Jr.ordenó que todos los productos IBM futuros utilicen transistores en su diseño. A partir de ese momento, los transistores se utilizaron casi exclusivamente para la lógica de la computadora y los periféricos. Sin embargo, los primeros transistores de unión eran dispositivos relativamente voluminosos que eran difíciles de fabricar en masa , lo que los limitaba a una serie de aplicaciones especializadas. [12]

El MOSFET (transistor MOS) fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. [13] [14] [15] [16] El MOSFET fue el primer transistor verdaderamente compacto que pudo ser miniaturizado y producido en masa para un amplia gama de usos. [12] Sus ventajas incluyen alta escalabilidad , [17] asequibilidad, [18] bajo consumo de energía y alta densidad . [19] Revolucionó la industria electrónica , [20] [21] convirtiéndose en el dispositivo electrónico más utilizado en el mundo. [15][22] El MOSFET es el elemento básico en la mayoría de los equipos electrónicos modernos, [23] [24] y ha sido fundamental para la revolución electrónica, [25] larevolución microelectrónica , [26] y la revolución digital . [16] [27] [28] El MOSFET se ha acreditado como el nacimiento de la electrónica moderna, [29] [30] y posiblemente la invención más importante en electrónica. [31]

Tipos de circuitos [ editar ]

Los circuitos y componentes se pueden dividir en dos grupos: analógicos y digitales. Un dispositivo en particular puede consistir en un circuito que tenga uno u otro o una combinación de los dos tipos. Una técnica electrónica importante tanto en la electrónica analógica como en la digital implica el uso de retroalimentación . Entre otras muchas cosas, esto permite fabricar amplificadores muy lineales con alta ganancia y circuitos digitales como registros, computadoras y osciladores.

Circuitos analógicos [ editar ]

Artículo principal: Electrónica analógica
Chasis de variador de frecuencia Hitachi J100

La mayoría de los aparatos electrónicos analógicos , como los receptores de radio , se construyen a partir de combinaciones de algunos tipos de circuitos básicos. Los circuitos analógicos utilizan un rango continuo de voltaje o corriente en lugar de niveles discretos como en los circuitos digitales.

El número de circuitos analógicos diferentes ideados hasta ahora es enorme, especialmente porque un "circuito" puede definirse como cualquier cosa, desde un solo componente, hasta sistemas que contienen miles de componentes.

Los circuitos analógicos a veces se denominan circuitos lineales, aunque muchos efectos no lineales se utilizan en circuitos analógicos como mezcladores, moduladores, etc. Buenos ejemplos de circuitos analógicos incluyen amplificadores de transistores y tubos de vacío, amplificadores operacionales y osciladores.

Rara vez se encuentran circuitos modernos que sean completamente analógicos. En la actualidad, los circuitos analógicos pueden utilizar técnicas digitales o incluso de microprocesador para mejorar el rendimiento. Este tipo de circuito se suele denominar "señal mixta" en lugar de analógico o digital.

A veces puede resultar difícil diferenciar entre circuitos analógicos y digitales, ya que tienen elementos de funcionamiento lineal y no lineal. Un ejemplo es el comparador que toma un rango continuo de voltaje pero solo genera uno de dos niveles como en un circuito digital. De manera similar, un amplificador de transistor sobreexcitado puede adoptar las características de un interruptor controlado que tiene esencialmente dos niveles de salida. De hecho, muchos circuitos digitales se implementan en realidad como variaciones de circuitos analógicos similares a este ejemplo; después de todo, todos los aspectos del mundo físico real son esencialmente analógicos, por lo que los efectos digitales solo se logran restringiendo el comportamiento analógico.

Circuitos digitales [ editar ]

Artículo principal: Electrónica digital

Los circuitos digitales son circuitos eléctricos basados ​​en varios niveles de voltaje discretos. Los circuitos digitales son la representación física más común del álgebra de Boole y son la base de todas las computadoras digitales. Para la mayoría de los ingenieros, los términos "circuito digital", "sistema digital" y "lógica" son intercambiables en el contexto de los circuitos digitales. La mayoría de los circuitos digitales utilizan un sistema binario con dos niveles de voltaje etiquetados como "0" y "1". A menudo, el "0" lógico será un voltaje más bajo y se denominará "Bajo", mientras que el "1" lógico se denominará "Alto". Sin embargo, algunos sistemas utilizan la definición inversa ("0" es "Alto") o se basan en la corriente. Muy a menudo, el diseñador lógico puede invertir estas definiciones de un circuito al siguiente según lo considere oportuno para facilitar su diseño. La definición de los niveles como "0" o "1" es arbitraria.

Se ha estudiado la lógica ternaria (con tres estados) y se han fabricado algunos prototipos de computadoras.

Las computadoras , los relojes electrónicos y los controladores lógicos programables (utilizados para controlar los procesos industriales) están construidos con circuitos digitales . Los procesadores de señales digitales son otro ejemplo.

Bloques de construcción:

  • Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET)
  • Puertas lógicas
  • Sumadores
  • Chancletas
  • Contadores
  • Registros
  • Multiplexores
  • Desencadenantes de Schmitt

Dispositivos altamente integrados:

  • Chip de memoria
  • Microprocesadores
  • Microcontroladores
  • Circuito integrado de aplicación específica (ASIC)
  • Procesador de señal digital (DSP)
  • Matriz de puertas programables en campo (FPGA)

Disipación de calor y gestión térmica [ editar ]

Artículo principal: Gestión térmica de dispositivos y sistemas electrónicos.

El calor generado por los circuitos electrónicos debe disiparse para evitar fallas inmediatas y mejorar la confiabilidad a largo plazo. La disipación de calor se logra principalmente por conducción / convección pasiva. Los medios para lograr una mayor disipación incluyen disipadores de calor y ventiladores para enfriar el aire, y otras formas de enfriamiento de computadoras como el enfriamiento por agua . Estas técnicas utilizan convección , conducción y radiación de energía térmica.

Ruido [ editar ]

Artículo principal: ruido electrónico

El ruido electrónico se define [32] como perturbaciones no deseadas superpuestas a una señal útil que tienden a oscurecer su contenido de información. El ruido no es lo mismo que la distorsión de la señal causada por un circuito. El ruido está asociado con todos los circuitos electrónicos. El ruido puede generarse electromagnéticamente o térmicamente, que puede disminuirse bajando la temperatura de funcionamiento del circuito. Otros tipos de ruido, como el ruido de disparo, no se pueden eliminar porque se deben a limitaciones en las propiedades físicas.

Teoría de la electrónica [ editar ]

Artículo principal: Métodos matemáticos en electrónica.

Los métodos matemáticos son parte integral del estudio de la electrónica. Para dominar la electrónica también es necesario dominar las matemáticas del análisis de circuitos.

El análisis de circuitos es el estudio de métodos para resolver sistemas generalmente lineales para variables desconocidas, como el voltaje en un cierto nodo o la corriente a través de una determinada rama de una red . Una herramienta analítica común para esto es el simulador de circuito SPICE .

También es importante para la electrónica el estudio y la comprensión de la teoría del campo electromagnético .

Laboratorio de electrónica [ editar ]

Artículo principal: simulación de circuitos electrónicos

Debido a la naturaleza compleja de la teoría de la electrónica, la experimentación de laboratorio es una parte importante del desarrollo de dispositivos electrónicos. Estos experimentos se utilizan para probar o verificar el diseño del ingeniero y detectar errores. Históricamente, los laboratorios de electrónica han consistido en dispositivos y equipos electrónicos ubicados en un espacio físico, aunque en años más recientes la tendencia ha sido hacia software de simulación de laboratorio de electrónica, como CircuitLogix , Multisim y PSpice .

Diseño asistido por computadora (CAD) [ editar ]

Artículo principal: Automatización del diseño electrónico

Los ingenieros electrónicos de hoy en día tienen la capacidad de diseñar circuitos utilizando bloques de construcción prefabricados como fuentes de alimentación , semiconductores (es decir, dispositivos semiconductores, como transistores ) y circuitos integrados . Los programas de software de automatización de diseño electrónico incluyen programas de captura de esquemas y programas de diseño de placas de circuito impreso . Los nombres populares en el mundo del software EDA son NI Multisim, Cadence ( ORCAD ), EAGLE PCB y Schematic, Mentor (PADS PCB y LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad y muchos otros.

Métodos de empaque [ editar ]

Artículo principal: Embalaje electrónico

Se han utilizado muchos métodos diferentes para conectar componentes a lo largo de los años. Por ejemplo, la electrónica temprana a menudo se usaba cableado de punto a punto con componentes conectados a placas de madera para construir circuitos. La construcción con leña y la envoltura de alambre fueron otros métodos utilizados. La mayoría de la electrónica de hoy en día utiliza placas de circuito impreso hechas de materiales como FR4 , o el papel de resina sintética más barato (y menos resistente) ( SRBP , también conocido como Paxoline / Paxolin (marcas comerciales) y FR2), que se caracteriza por su color marrón. Las preocupaciones sobre la salud y el medio ambiente asociadas con el montaje de productos electrónicos han ganado una mayor atención en los últimos años, especialmente para los productos destinados a Europa.

Diseño de sistemas electrónicos [ editar ]

Artículo principal: Ingeniería de sistemas

El diseño de sistemas electrónicos se ocupa de los problemas de diseño multidisciplinario de dispositivos y sistemas electrónicos complejos, como teléfonos móviles y computadoras . El tema cubre un amplio espectro, desde el diseño y desarrollo de un sistema electrónico ( desarrollo de nuevos productos ) hasta asegurar su correcto funcionamiento, vida útil y eliminación . [33] El diseño de sistemas electrónicos es, por tanto, el proceso de definir y desarrollar dispositivos electrónicos complejos para satisfacer requisitos específicos del usuario.

Opciones de montaje [ editar ]

Los componentes eléctricos se montan generalmente de las siguientes formas:

  • Agujero pasante (a veces denominado 'Agujero pasante')
  • Montaje superficial
  • Montaje en chasis
  • Montaje en rack
  • Toma LGA / BGA / PGA

Industria electrónica [ editar ]

Artículo principal: Industria electrónica
Más información: Electrónica de consumo , Lista de dispositivos electrónicos más vendidos e Industria de semiconductores

La industria electrónica se compone de varios sectores. La fuerza impulsora central detrás de toda la industria electrónica es el sector de la industria de semiconductores , [34] que tiene ventas anuales de más de $ 481 mil millones en 2018. [35] El sector industrial más grande es el comercio electrónico , que generó más de $ 29 billones en 2017. [36] El dispositivo electrónico más fabricado es el transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), y se estima que se fabricaron 13 billones de MOSFET entre 1960 y 2018. [37] En la década de 1960, los fabricantes estadounidenses no podían competir con empresas japonesas como Sony e Hitachi, que podían producir productos de alta calidad a precios más bajos. Sin embargo, en la década de 1980, los fabricantes estadounidenses se convirtieron en líderes mundiales en desarrollo y ensamblaje de semiconductores. [38]

Ver también [ editar ]

  • Esquema de la electrónica
  • Atomtrónica
  • Ingeniería de audio
  • Electrónica biodegradable
  • Ingeniería de radiodifusión
  • Ingeniería Informática
  • Electrónica de consumo
  • Ingeniería Electrónica
  • Tecnología de ingeniería electrónica
  • Electrónica difusa
  • Índice de artículos de electrónica
  • Electrónica marina
  • Robótica
  • La industria de semiconductores
  • Silicio

Referencias [ editar ]

  1. ^ "electrónica | Dispositivos, hechos e historia" . Enciclopedia Británica . Consultado el 19 de septiembre de 2018 .
  2. ^ "Octubre de 1897: el descubrimiento del electrón" . Consultado el 19 de septiembre de 2018 .
  3. ^ Floyd, Thomas L. (2017). Fundamentos de la electrónica: circuitos, dispositivos y aplicaciones . ISBN 978-1-292-23880-7. OCLC  1016966297 .
  4. ^ Bose, Bimal K, ed. (1996). Electrónica de potencia y variadores de frecuencia: tecnología y aplicaciones . Biblioteca en línea de Wiley. doi : 10.1002 / 9780470547113 . ISBN 978-0-470-54711-3. S2CID  107126716 .
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Lectura adicional [ editar ]

  • El arte de la electrónica ISBN 978-0-521-37095-0 

Enlaces externos [ editar ]

  • Electrónica en Curlie
  • http://www.dictionary.com/browse/electronics
  • Navy 1998 Navy Electricity and Electronics Training Series (NEETS)
  • DOE 1998 Ciencias eléctricas, Manual de fundamentos, 4 vols.
    • Vol. 1, teoría eléctrica básica, teoría básica de CC
    • Vol. 2, circuitos de CC, baterías, generadores, motores
    • Vol. 3, Teoría básica de CA, Componentes reactivos de CA básicos, Energía de CA básica, Generadores de CA básicos
    • Vol. 4, motores de CA, transformadores, instrumentos de prueba y dispositivos de medición, sistemas de distribución eléctrica