• ¡Bienvenidos a la clase de Electrónica Básica! 


    Hoy comenzaremos con una visión general de qué es la electrónica, sus fundamentos y cómo ha evolucionado hasta convertirse en una parte esencial de nuestras vidas. Esta será la base que nos permitirá entender conceptos más complejos en las siguientes lecciones.
     

    ¿Qué es la Electrónica?

    La electrónica es el estudio y aplicación de dispositivos que controlan el flujo de electrones o partículas cargadas eléctricamente. En términos simples, se trata de cómo manejamos la electricidad a través de componentes como resistencias, condensadores, transistores, entre otros.

    Este campo está presente en casi todos los aspectos de la vida moderna, desde los teléfonos inteligentes que usamos, hasta los electrodomésticos en nuestras casas, sistemas de comunicación, y más. ¡Piensen en cuántos dispositivos electrónicos han utilizado solo hoy!

    Historia y Evolución de la Electrónica

    Para entender cómo llegamos aquí, hagamos un breve recorrido por la historia:

    • Siglo XIX: La electrónica moderna tiene sus raíces en los descubrimientos de la electricidad. Científicos como Michael Faraday y Georg Ohm realizaron experimentos clave sobre la naturaleza de la corriente eléctrica y la resistencia.
    • Finales del Siglo XIX y principios del XX: Con la invención del tubo de vacío por Lee De Forest en 1906, se pudo amplificar señales eléctricas. Este fue un hito importante, ya que permitió el desarrollo de la radio y la televisión.
    • Mitad del Siglo XX: Un momento crucial fue la invención del transistor en 1947 por los laboratorios Bell. Este pequeño dispositivo revolucionó la electrónica, ya que permitió el diseño de circuitos más pequeños, rápidos y eficientes.
    • Era digital: Con la aparición de los circuitos integrados en los años 60 y la microelectrónica en los 70, se inició la era de las computadoras personales, teléfonos móviles y dispositivos inteligentes que conocemos hoy.

    Electrónica Digital y Electrónica Analógica

    Existen dos grandes ramas de la electrónica: la analógica y la digital.

    • Electrónica Analógica: Trabaja con señales continuas que pueden tomar cualquier valor dentro de un rango. Un ejemplo de esto sería la señal que representa el sonido en un micrófono o las ondas de radio.

    • Electrónica Digital: Aquí las señales solo pueden tener dos estados, normalmente representados como 1 y 0 (lo que conocemos como el sistema binario). Esta es la base de las computadoras y de casi todos los dispositivos modernos. Los teléfonos, las televisiones inteligentes, los microcontroladores, entre otros, usan electrónica digital para procesar información.

    Ambas ramas tienen sus aplicaciones. Mientras que la analógica se utiliza para procesar señales naturales como el sonido o la luz, la digital se usa en la computación y el procesamiento de datos.

     

    Aplicaciones de la Electrónica en la Vida Diaria

    Hoy en día, la electrónica está en todas partes. Desde pequeños dispositivos como relojes inteligentes y audífonos inalámbricos, hasta grandes sistemas como plantas de energía, trenes de alta velocidad y satélites. Algunas de las aplicaciones más comunes incluyen:

    • Comunicación: Teléfonos móviles, redes de internet, sistemas de comunicación por satélite.
    • Entretenimiento: Televisores, videojuegos, sistemas de audio.
    • Salud: Equipos médicos como monitores cardíacos, escáneres de resonancia magnética.
    • Automatización: Sistemas que controlan fábricas, edificios inteligentes y vehículos autónomos.

    La electrónica es un campo dinámico que evoluciona constantemente. Cada año surgen nuevos dispositivos y tecnologías que afectan la forma en que vivimos, trabajamos y nos comunicamos.

    Resumen

    Bien(Puede editar o eliminar este texto)

    • Objetivo: Que los estudiantes identifiquen y analicen dispositivos electrónicos en su entorno, diferenciando entre electrónica analógica y digital, para comprender mejor su funcionamiento y aplicación en la vida diaria.

      Instrucciones:

      1. Búsqueda de Dispositivos:

        • Identifiquen al menos tres dispositivos electrónicos en su hogar o entorno diario (por ejemplo: teléfono móvil, radio, televisor, computadora).
        • Para cada dispositivo, investiguen si utiliza electrónica analógica, digital o ambas.
        • Describan brevemente cómo el dispositivo usa estos tipos de electrónica.
      2. Análisis de Componentes:

        • Investiga y describe uno o dos componentes clave de cada dispositivo (por ejemplo: ¿el televisor tiene un circuito digital que convierte la señal de video? ¿El radio usa transistores para amplificar la señal?).
      3. Comparación de Tecnologías:

        • Para cada dispositivo, expliquen cómo ha evolucionado con el tiempo. Por ejemplo, ¿cómo han cambiado los teléfonos móviles o televisores con el avance de la electrónica digital?
      4. Presentación Grupal (opcional):

        • Organicen una breve presentación de sus hallazgos y compartan con el grupo qué dispositivos eligieron, cómo identificaron la electrónica utilizada, y qué aprendieron de la evolución tecnológica.

      Guía de Consulta:

      • ¿Qué tipo de señal (analógica o digital) utiliza el dispositivo?
      • ¿Qué componentes electrónicos (transistores, chips, resistencias) permiten su funcionamiento?
      • ¿Cómo ha influido el avance de la era digital en la evolución del dispositivo?
    • 1. Leyes de Kirchhoff

      Las Leyes de Kirchhoff son fundamentales para el análisis de circuitos eléctricos. Nos permiten analizar circuitos complejos, donde el uso de la Ley de Ohm sola no es suficiente.

      1.1 Ley de Corrientes de Kirchhoff (KCL)

      La Ley de Corrientes de Kirchhoff establece que la suma de las corrientes que entran a un nodo (punto de unión entre varios componentes) es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nodo. En otras palabras, la carga eléctrica se conserva en cualquier punto de un circuito.

      Matemáticamente:

      • Ejemplo: Si en un nodo entran 2A y 3A, entonces deben salir 5A en total.
      1.2 Ley de Tensiones de Kirchhoff (KVL)

      La Ley de Tensiones de Kirchhoff establece que la suma de las tensiones (o voltajes) alrededor de una malla cerrada (circuito cerrado) es igual a cero. Esto se debe a que la energía ganada por la corriente al pasar por una fuente de voltaje debe perderse en los componentes del circuito, como resistencias o capacitores.

      Matemáticamente:

      • Ejemplo: En una malla donde hay una batería de 12V y dos resistencias que caen 8V y 4V respectivamente, la suma de las tensiones es 12V−8V−4V=012V - 8V - 4V = 0.

      2. Teoremas de Thévenin y Norton

      Estos teoremas son herramientas poderosas que permiten simplificar circuitos complejos en representaciones más simples, facilitando su análisis.

      2.1 Teorema de Thévenin

      El Teorema de Thévenin permite simplificar un circuito lineal a una fuente de voltaje en serie con una resistencia equivalente. El circuito externo (la carga) puede analizarse de manera más simple, usando solo estos dos elementos.

      Pasos para aplicar el Teorema de Thévenin:

      1. Identificar los dos puntos de interés (donde se conecta la carga).
      2. Eliminar la carga del circuito y calcular la resistencia equivalente vista desde los dos puntos (denominada resistencia de Thévenin, RthR_{th}).
      3. Calcular el voltaje de circuito abierto entre los dos puntos (denominado voltaje de Thévenin, VthV_{th}).
      4. Representar el circuito original como una fuente de voltaje VthV_{th} en serie con la resistencia RthR_{th}.
      2.2 Teorema de Norton

      El Teorema de Norton es similar al de Thévenin, pero simplifica el circuito a una fuente de corriente en paralelo con una resistencia equivalente.

      Pasos para aplicar el Teorema de Norton:

      1. Identificar los puntos de interés.
      2. Eliminar la carga y calcular la corriente de cortocircuito (corriente que circularía si los dos puntos estuvieran conectados por un conductor ideal).
      3. Calcular la resistencia equivalente entre los dos puntos.
      4. Representar el circuito como una fuente de corriente en paralelo con la resistencia equivalente.
      • Relación entre Thévenin y Norton: Los dos teoremas son equivalentes y se puede convertir una representación de Thévenin en una de Norton (y viceversa) usando las siguientes relaciones:

      3. Análisis de Circuitos en Serie y Paralelo

      El análisis de circuitos en serie y paralelo es crucial para entender cómo se comportan los componentes cuando se conectan en estas configuraciones.

      3.1 Circuitos en Serie

      En un circuito en serie, los componentes están conectados uno tras otro, y la corriente es la misma a través de todos los componentes.

      • Resistencia Total (en serie): La resistencia total es la suma de todas las resistencias individuales.

      ensión Total: La tensión total es la suma de las caídas de tensión a través de cada componente.

      3.2 Circuitos en Paralelo

      En un circuito en paralelo, los componentes están conectados de manera que cada uno tiene el mismo voltaje. Sin embargo, la corriente se divide entre los caminos paralelos.

      • Resistencia Total (en paralelo): La resistencia total es el inverso de la suma de los inversos de las resistencias individuales.

      Corriente Total: La corriente total es la suma de las corrientes a través de cada componente.

    • Instrumentación Electrónica

    • 1. Introducción a los Circuitos Integrados (CI)

      Los circuitos integrados (CI) son dispositivos esenciales en la electrónica moderna, donde múltiples componentes electrónicos, como transistores, diodos y resistencias, se combinan en un solo chip de silicio. Estos circuitos son la base de la lógica digital y los microcontroladores, que permiten la creación de dispositivos electrónicos compactos y eficientes.


      2. Lógica Digital Básica

      La lógica digital es el fundamento de los circuitos integrados que procesan información binaria, utilizando niveles de voltaje para representar los estados lógicos 0 (bajo) y 1 (alto). En este apartado, nos enfocaremos en las compuertas lógicas, que son los bloques de construcción básicos de los sistemas digitales.

      2.1 Compuertas Lógicas
      • Compuerta AND: Produce un resultado de 1 solo si ambas entradas son 1. De lo contrario, el resultado es 0.

        • Tabla de verdad:
          A B Salida
          0 0 0
          0 1 0
          1 0 0
          1 1 1
      • Compuerta OR: Produce un resultado de 1 si al menos una de las entradas es 1. Solo da 0 si ambas entradas son 0.

        • Tabla de verdad:
          A B Salida
          0 0 0
          0 1 1
          1 0 1
          1 1 1
      • Compuerta NOT: Inversa el valor de la entrada. Si la entrada es 1, la salida es 0, y viceversa.

        • Tabla de verdad:
          A Salida
          0 1
          1 0
      Aplicaciones de las Compuertas Lógicas

      Las compuertas lógicas son fundamentales para la creación de circuitos más complejos, como los sumadores, multiplexores, y flip-flops, que son usados en sistemas digitales y en el diseño de microprocesadores.


      3. Microcontroladores

      Los microcontroladores son sistemas completos dentro de un chip que incluyen un procesador, memoria y periféricos de entrada/salida. Son ampliamente utilizados en aplicaciones de control y automatización debido a su capacidad para gestionar tareas específicas en dispositivos embebidos.

      3.1 ¿Qué es un Microcontrolador?
      • Un microcontrolador es un pequeño computador que ejecuta programas específicos almacenados en su memoria interna. Está compuesto por:
        • Unidad central de procesamiento (CPU): Ejecuta las instrucciones del programa.
        • Memoria (RAM, ROM, EEPROM): Almacena datos y programas.
        • Periféricos de entrada/salida (I/O): Para interactuar con sensores, actuadores y otros dispositivos.
      3.2 Aplicaciones en Control y Automatización

      Los microcontroladores se encuentran en una amplia variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta sistemas industriales complejos. Algunos ejemplos incluyen:

      • Control de motores: Se usan para regular la velocidad, dirección y potencia de motores eléctricos.
      • Automatización en el hogar: Controlan luces, sistemas de calefacción y dispositivos conectados.
      • Automóviles: Se utilizan en sistemas de inyección de combustible, control de frenado (ABS) y entretenimiento a bordo.
      • Robótica: Permiten la automatización y control de robots industriales y domésticos.
      3.3 Arquitectura Básica de un Microcontrolador
      • CPU: Procesa las instrucciones.
      • Memoria Flash: Almacena el programa que se ejecuta.
      • Memoria RAM: Utilizada para el almacenamiento temporal de datos.
      • Entradas/Salidas (I/O): Pueden interactuar con sensores (entrada) y motores o LEDs (salida).
       

      Clase sobre Introducción a los Circuitos Integrados


      1. Introducción a los Circuitos Integrados (CI)

      Los circuitos integrados (CI) son dispositivos esenciales en la electrónica moderna, donde múltiples componentes electrónicos, como transistores, diodos y resistencias, se combinan en un solo chip de silicio. Estos circuitos son la base de la lógica digital y los microcontroladores, que permiten la creación de dispositivos electrónicos compactos y eficientes.


      2. Lógica Digital Básica

      La lógica digital es el fundamento de los circuitos integrados que procesan información binaria, utilizando niveles de voltaje para representar los estados lógicos 0 (bajo) y 1 (alto). En este apartado, nos enfocaremos en las compuertas lógicas, que son los bloques de construcción básicos de los sistemas digitales.

      2.1 Compuertas Lógicas
      • Compuerta AND: Produce un resultado de 1 solo si ambas entradas son 1. De lo contrario, el resultado es 0.

        • Tabla de verdad:
          A B Salida
          0 0 0
          0 1 0
          1 0 0
          1 1 1
      • Compuerta OR: Produce un resultado de 1 si al menos una de las entradas es 1. Solo da 0 si ambas entradas son 0.

        • Tabla de verdad:
          A B Salida
          0 0 0
          0 1 1
          1 0 1
          1 1 1
      • Compuerta NOT: Inversa el valor de la entrada. Si la entrada es 1, la salida es 0, y viceversa.

        • Tabla de verdad:
          A Salida
          0 1
          1 0
      Aplicaciones de las Compuertas Lógicas

      Las compuertas lógicas son fundamentales para la creación de circuitos más complejos, como los sumadores, multiplexores, y flip-flops, que son usados en sistemas digitales y en el diseño de microprocesadores.


      3. Microcontroladores

      Los microcontroladores son sistemas completos dentro de un chip que incluyen un procesador, memoria y periféricos de entrada/salida. Son ampliamente utilizados en aplicaciones de control y automatización debido a su capacidad para gestionar tareas específicas en dispositivos embebidos.

      3.1 ¿Qué es un Microcontrolador?
      • Un microcontrolador es un pequeño computador que ejecuta programas específicos almacenados en su memoria interna. Está compuesto por:
        • Unidad central de procesamiento (CPU): Ejecuta las instrucciones del programa.
        • Memoria (RAM, ROM, EEPROM): Almacena datos y programas.
        • Periféricos de entrada/salida (I/O): Para interactuar con sensores, actuadores y otros dispositivos.
      3.2 Aplicaciones en Control y Automatización

      Los microcontroladores se encuentran en una amplia variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta sistemas industriales complejos. Algunos ejemplos incluyen:

      • Control de motores: Se usan para regular la velocidad, dirección y potencia de motores eléctricos.
      • Automatización en el hogar: Controlan luces, sistemas de calefacción y dispositivos conectados.
      • Automóviles: Se utilizan en sistemas de inyección de combustible, control de frenado (ABS) y entretenimiento a bordo.
      • Robótica: Permiten la automatización y control de robots industriales y domésticos.
      3.3 Arquitectura Básica de un Microcontrolador
      • CPU: Procesa las instrucciones.
      • Memoria Flash: Almacena el programa que se ejecuta.
      • Memoria RAM: Utilizada para el almacenamiento temporal de datos.
      • Entradas/Salidas (I/O): Pueden interactuar con sensores (entrada) y motores o LEDs (salida).

      todo lo que deberias de saber


      Actividad Práctica

      1. Simulación de Compuertas Lógicas:

        • Utiliza un simulador de circuitos (como Logisim o Tinkercad) para crear un circuito con compuertas AND, OR y NOT. Prueba diferentes combinaciones de entradas y observa las salidas.
      2. Programación de un Microcontrolador:

        • Utiliza una placa de desarrollo como Arduino para crear un programa simple que controle un LED utilizando un sensor de temperatura. El LED se enciende cuando la temperatura supera un umbral determinado.