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 diversas operaciones simples y complejas: se pueden amplificar señales, realizar cálculos y mover datos de un lugar a otro. [1]
Los circuitos se pueden construir a partir de 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 acabado. circuito. En un circuito integrado o IC, los componentes y las interconexiones se forman sobre el mismo sustrato, normalmente un semiconductor como el silicio dopado o (menos comúnmente) el arseniuro de galio . [2]
Un circuito electrónico generalmente se puede clasificar 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 semiconductor de óxido metálico ). [3]
Las placas de pruebas , las placas perforadas y las placas de tiras son comunes para probar nuevos diseños. Permiten al diseñador realizar cambios rápidos en el circuito durante el desarrollo.
Los circuitos electrónicos analógicos son aquellos en los que la corriente o el voltaje pueden variar continuamente con el tiempo para corresponder a 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 circuito 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 o inductor discreto. 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 drenaje, con la corriente controlada por el voltaje de la puerta-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 inicio y al final determinan las ondas transmitidas y reflejadas en la línea. Los circuitos diseñados según este enfoque son circuitos de elementos distribuidos . Estas consideraciones suelen volverse importantes para las placas de circuitos en frecuencias superiores a un GHz; Los circuitos integrados son más pequeños y pueden tratarse 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 los mismos. 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 una entrada externa los cambie. Por lo 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 usa ampliamente).
El proceso de diseño de circuitos digitales es fundamentalmente diferente del proceso de 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 enfrentan en un diseño analógico. Como consecuencia, se pueden fabricar a bajo coste circuitos digitales extremadamente complejos, con miles de millones de elementos lógicos integrados en un único chip de silicio. Estos circuitos integrados digitales son omnipresentes en los dispositivos electrónicos modernos, como calculadoras, teléfonos móviles y ordenadores. 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 aplicaciones específicas (ASIC). Los conjuntos 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 híbridos o de señal mixta contienen elementos de circuitos analógicos y digitales. Los ejemplos incluyen comparadores , temporizadores , bucles de bloqueo de fase , convertidores de analógico a digital y convertidores de digital a analógico . La mayoría de los circuitos de radio y comunicaciones modernos utilizan circuitos de señales mixtas. Por ejemplo, en un receptor, se utilizan circuitos analógicos para amplificar y convertir señales en frecuencia para que alcancen un estado adecuado para convertirlas en valores digitales, después de lo cual se puede realizar un procesamiento adicional de la señal en el dominio digital.
En electrónica , crear prototipos significa construir un circuito real con un diseño teórico para verificar que funciona y proporcionar una plataforma física para depurarlo si no funciona. El prototipo a menudo se construye utilizando técnicas como envoltura de alambre o utilizando una placa de pruebas , una placa de distribución 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 invención tal como está utilizando la plataforma de creación de prototipos o reemplazarla solo con el chip microcontrolador y los circuitos que sean relevantes para su producto.
Un técnico puede construir rápidamente un prototipo (y realizar adiciones y modificaciones) utilizando estas técnicas, pero para la producción en volumen es mucho más rápido y generalmente más barato producir en masa placas de circuito impreso personalizadas que producir estos otros tipos de placas prototipo. La proliferación de empresas de montaje y fabricación de PCB de giro rápido ha permitido aplicar los conceptos de creación rápida de prototipos al diseño de circuitos electrónicos. Ahora es posible, incluso con los componentes pasivos más pequeños y los paquetes de paso fino más grandes, fabricar, ensamblar e incluso probar placas en cuestión de días.{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )