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Principios elementales del circuito electrónico
¿Qué es un circuito electrónico?
El circuito electrónico es en primer lugar un elemento constituido por diversos componentes y cuyo principio fundamental es el aprovechamiento de las propiedades del electrón.
La manifestación física de un circuito electrónico es lo que comúnmente llamamos “Tarjeta de circuito impreso”. El término “circuito electrónico” resulta ambiguo, y por esta razón conviene hacer la distinción entre las diversas manifestaciones:
1. Concepto teórico o idea de circuito
2. Esquemático
3. Modelo computacional del circuito a imprimir
4. Tarjeta o placa procesada sin componentes
5. Tarjeta de circuito impreso ensamblada
6. Circuito en protoboard
7. Otros
A lo largo del tiempo, las tarjetas de circuito impreso han ido variando como consecuencia de las modificaciones que se han introducido en la fabricación de los diversos componentes que lo conforman. La tendencia de estas es a la disminución de su tamaño, a veces como consecuencia del factor económico, es decir, su costo de elaboración, pero también debido a la reducción en el tamaño de sus componentes.
Curiosamente, tanto la demanda de mayor densidad de datos, como la relación inversa entre frecuencia y longitud de onda, ha permitido liberar espacio en los circuitos electrónicos, ya que una menor longitud de onda significa una reducción en el tamaño de las antenas y un aumento en la densidad de datos.
La tarjeta de circuito impreso (PCB)
Es un elemento que actualmente está conformado por la dualidad de dos elementos principales: el sustrato conductor y el sustrato aislante.
La función del sustrato conductor es permitir la circulación de corriente y se distribuye entre las acotadas dimensiones del espacio; en este sentido, podríamos decir que, la experiencia de diseño se parece al proceso de resolución de un puzle de dimensión cartesiana, en el que las líneas se limitan a sí mismas como sucede en un laberinto.
El sustrato aislante, como su nombre lo indica, tiene la propiedad de oponerse a la circulación de la corriente, ayudando al conductor a cumplir su propósito de dirigir o encausar. Al mismo tiempo que permite al sustrato conductor cumplir su función, es también su propio soporte y la estructura sobre la cual irán montados los componentes y accesorios. Por medio de este se sujetará también a cualquier otra estructura superior.
Con el paso del tiempo y el avance tecnológico, se pueden encontrar en distintos formatos y propiedades (multicapa, flexibles, resistentes a químicos, libres de componentes tóxicos, etc.)
Componentes electrónicos
Los componentes que constituyen un circuito electrónico, obedecen a multitud de formas y tamaños, pero su importancia radica en la forma en que modifican, alteran y afectan la corriente eléctrica y por el modo en que operan, permiten un aprovechamiento de ese comportamiento para un uso determinado. Análogamente a lo que es posible observar en un mecanismo de reloj, en el que la sincronía de múltiples sucesos en conjunto con la variable tiempo, permiten un efecto predecible y controlado que podemos aprovechar a voluntad.
Estos componentes actualmente son muchos y se pueden clasificar según si la función es pasiva o activa. También se pueden clasificar según su propósito, sea este para aplicaciones analógicas o digitales. Otros modos de clasificación pueden derivar de su propósito específico, según el nivel de integración, tipo de montaje, rangos de potencia, aplicación médica, militar o civil, radiocomunicaciónes, etc.
El diseño de los componentes electrónicos tiene una gran historia. Su diversidad podría ser explicada según fueron obedeciendo a los descubrimientos y restricciones del avance de la época, cuya relación es muy compleja de determinar, ya que depende de otros tantos factores como los que se mencionan más adelante.
El futuro del circuito electrónico
El qué sucederá no es posible saberlo a ciencia cierta, sin embargo, se puede hablar de tendencia, debido a la predictibilidad de ciertos comportamientos o sucesos del entorno. Finalmente se pueden reconocer los mismos factores que han generado los cambios en el pasado, como son: La disponibilidad de la materia prima, la capacidad de integración, la miniaturización de componentes, el avance científico, los métodos de producción, el mercado, los métodos de manufactura, las herramientas de software, la innovación, la inversión de capital, etc.
Sin embargo no todos los factores nombrados son predecibles, sino que solo son nombrados como actores de cambio o permanencia.
¿Cuáles marcan una tendencia predecible? Diría que la miniaturización y la interconectividad.
"Considero importante destacar la tendencia de los circuitos electrónicos a realizar tareas múltiples, es decir, la elaboración de circuitos multipropósito o configurables. En este sentido la percepción es la de una virtualización del mecanismo, así como ocurre con los sistemas de cómputo que son capaces de emulan múltiples sistemas operativos. Por lo tanto existe una tendencia a la programación más que a la elaboración de hardware cuando se trata de desarrollo de soluciones."
Concepto de información
La información es un concepto abstracto, es decir, es algo que no existe en forma física, sino que se concibe. En un modo análogo, el sonido, es la consecuencia del desplazamiento del aire en forma de onda; esto sucede físicamente, pero ese sonido tiene un significado para el que oye; ese significado es la información transmitida
Del mismo modo podemos llegar a entender el concepto de electrónica digital, puesto que se dice que transmite dígitos binarios que conocemos comúnmente como 1 o 0 (que también puede ser interpretado como verdadero o falso según como sea necesario concebirlo) pero que en realidad no es más que una abstracción, puesto que, en términos físicos, la electrónica siempre se comportará de un modo analógico, cosa que podemos comprobar al examinarlo con un osciloscopio.
Para ser aún más rigurosos, ni siquiera es requisito que los estados de un circuito tengan alguna correspondencia con su significado, es decir que, perfectamente podríamos asociar el digito 0 como verdadero o falso, sin embargo, conviene llegar a un consenso, con el motivo de hablar un lenguaje de mutuo acuerdo o “estándar”.
Un buen ejemplo para representar esta diferencia entre analógico y digital, podría hacerse por medio del funcionamiento del transistor, quien representaría entonces la llave de tales comportamientos, ya que puede operar en ambos modos; el caso digital cuando trabaja en los extremos de su rango de operación, representando así los dos estados opuestos “binarios” 0 y 1, verdadero o falso; y el caso analógico cuando se utiliza en todo su rango posible de operación.
Es importante destacar la importancia de estas abstracciones, ya que la información está entonces en la interpretación de los estados del circuito, pues como se aclaró, no existe ninguna correlación estricta entre su forma de onda y su significado. Solamente es necesario poder diferenciar sus estados.
Como ejemplo podríamos interpretar verdadero o falso como resultado de los siguientes estados del circuito:
- Presencia o ausencia de flujo de corriente.
- Presencia o ausencia de voltaje.
- Presencia de una frecuencia de 30Hz y ausencia de corriente por un tiempo de 3 segundos.
- Etc…
A pesar de esto, lo más frecuente es asociar un 0 lógico a la ausencia de voltaje o corriente y 1 lógico a presencia de voltaje o corriente. Y al mismo tiempo se considera lógico que 0 tenga valor falso y 1 verdadero como resultado de un proceso nemotécnico.
Concepto de bloque
Desde un punto de vista funcional, la posibilidad de la electrónica está acotada, a saber, a dos modos básicos: el procesamiento o la creación de señales. Estas dos abstracciones retratadas tomarían la forma de 2 bloques diferentes. El bloque de procesamiento estaría descrito como una función con dos vías a sus costados que representan la entrada, el procesamiento y la salida; el segundo bloque, que representa la creación de señales, solamente estaría retratado como una función con solo una vía en su costado que simboliza la salida.
La mecánica y la química
Las propiedades mecánicas y químicas sustentan la existencia del fenómeno eléctrico en todos sus niveles ya que la dimensión físico-química de los elementos y sustancias tienen consecuencias reales en el comportamiento de la corriente eléctrica. Así, este aspecto físico-químico de los materiales es considerado en los conductores, los aislantes, el entorno y los componentes.
El componente electrónico a su vez está conformado por conductores, aislantes, el entorno y tal vez otros elementos con ciertas particularidades que dan a este sus propiedades características.
El propósito de la electrónica
El propósito de un circuito electrónico es finalmente servir a las necesidades del ser humano. Sus propiedades le permiten hoy en día: automatizar, regular, comunicar, informar, decidir, administrar, etc.
No debemos olvidar que todo esto es posible gracias a la integración de este elemento (el circuito electrónico) junto con otros dispositivos complementarios, puesto que, la electrónica por sí sola, tiene limitaciones que también es necesario considerar.
Análogamente a lo útil que sería una cabeza sin su cuerpo, el circuito electrónico está ligado a muchos otros “caparazones” que le permiten actuar en el mundo real, y al mismo tiempo le otorgan la capacidad de adquirir la información relevante del entorno.
A veces el nivel de integración actual, no nos permite distinguir con claridad estas limitaciones del circuito impreso, puesto que muchos elementos que antes no se integraban a este, hoy son parte de su conjunto; como podrían ser ciertos detectores o antenas (entre otros). Estas cualidades de integración han evolucionado para dar nacimiento a conceptos como el de “Embebido”, lo que a mi parecer es el concepto de reducir a chips las capacidades de una computadora, permitiendo la distribución del control; dotando a los procesos de mayor independencia e inteligencia.