sábado, 15 de octubre de 2016

electrónica

T.21 LA ELECTRONICA Campo de la ciencia y la ingeniería que trata los dispositivos electrónicos y su utilización, por el control del flujo de electrones. Dispositivos electrónicos Los de conducción eléctrica por medio de electrones e iones a través del vacío, gases o semiconductores. Pueden ser amplificadores, registradores, emisores y receptores. El electrón Los átomos están formados por electrones, de carga negativa, protones, de carga positiva y neutrones. El electrón es la partícula elemental con menor carga y que se puede aislar. Constituyente universal de la materia y frecuentemente en estado libre. El número y disposición en la corteza está relacionado con sus propiedades químicas, de ahí su valencia (electrones de valencia). El efecto Edison Todos los metales calientes en el vacio emiten electrones. La corriente eléctrica es el movimiento de una carga a través de los conductores. Puede ser: - Continua. Circulan en un solo sentido, del polo negativo al polo positivo. - Alterna. Circulan alternativamente en uno u otro sentido a 50Hz (cambia 100 veces por segundo). Una conexión de varios generadores, que se hace del polo negativo al positivo y así sucesivamente, es una conexión en serie. Si es conectando los mismos polos, es en paralelo. La unidad de carga es el Columbio. La tensión es la diferencia de voltaje o potencia entre 2 puntos del conductor. Su unidad es el Voltio y se mide con el voltímetro. Tensión = resistencia * intensidad. Menos de 1000V es baja tensión, más es alta tensión. La unidad de intensidad (cantidad) es el Amperio. Amperímetro. La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio (I= v/r). Óhmetro. La unidad de la potencia es el Watio. Efecto Joule. Al paso de la corriente, la energía se convierte en calor. Descubrimientos e inventos - T. Edison descubrió el tubo de vacío. - T. Edison descubrió el efecto termoiónico. - H. Hertz descubrió las ondas electromagnéticas o hertzianas. - H. Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico (explicado por Einstein). - Forest inventó la rejilla de control. - Forest inventó el audión (triodo). Unión en una válvula de 3 electrodos esenciales para la detección, ampliación y oscilación de las ondas de radio. - Marconi inventó la radio, llamada antes telegrafía sin hilos. - Fleming inventó la válvula de diodo termoiónico. El ion Partícula cargada eléctricamente y formada por un átomo o molécula (grupo de átomos) que ha ganado o perdido uno o varios electrones. El proceso de convertir un átomo en ion se llama ionización. En los circuitos eléctricos, la conducción va siempre de un emisor o cátodo, con carga negativa por exceso de electrones, hacia un receptor o ánodo, con carga positiva. Para liberarlos se les aplica energía adicional, que puede ser: - Emisión termoiónica. Calentando un conductor. - Emisión fotoiónica. Con energía luminosa. Los fotones (partículas de luz), al incidir sobre materiales especiales (células fotoeléctricas) emiten electrones. El efecto fotoeléctrico lo descubrió Hertz. - Emisión secundaria de electrones. Utiliza energía mecánica. - Emisión de campo o autoelectrónica. Se somete a un intenso campo eléctrico. Lo utilizan las válvulas de cátodo frio. Circuitos electrónicos Hay 3 elementos fundamentales: - Una fuente de fuerza electromotriz (FEM). Que suministra la energía. La tensión se mide en voltios (V). - Un flujo de intensidad de corriente. Amperios (A). - Una resistencia conectada al circuito. Transforma la energía útil y se mide en Ohmios. La falta de resistencia es un cortocircuito. Están interrelacionados y sus valores varían proporcionalmente, según la Ley de Ohm. La fuente de alimentación (FEM) En España la corriente es alterna a 220V, por lo tanto se utiliza este dispositivo para convertirla a continua de muy baja tensión (p.e. 20V). Consta de: - Transformador. Consta de 2 elementos: el primario, que es una bobina con muchas espiras, que recoge la corriente alterna; y el secundario, que es otra bobina de menos espiras, que recoge la diferencia de potencial con menos tensión. El proceso es reversible. Un puente de diodos. Un diodo sólo deja pasar la corriente en un sentido. Una combinación de 4 diodos (puente de Gratz) la convierte en continua “pulsante”. Esta corriente se pasa por unos filtros (condensadores en paralelo) que la aplana hasta dejarla en casi constante (rectificación de corriente). Componentes electrónicos Pueden ser: - Activos. Modifican la señal de proceso amplificándola o cambiando la información. Baterías, generadores, triodos y transistores. - Pasivos. Condensador, bobina, resistencia, interruptor, etc. Generadores eléctricos Elementos que proporcionan energía para desplazar los electrones. - La pila o acumulador (batería). Generador electroquímico. Corriente continua. - La dinamo. Generador electromagnético. Energía mecánica a eléctrica. Corriente continua. - El alternador. Generador electromagnético que convierte la energía mecánica en eléctrica. El motor alternador hace lo contrario, energía eléctrica a mecánica. La válvula electrónica Dispositivo termoiónico o de material semiconductor con conductividad unilateral que sirve de conductor o replicador. El efecto termoiónico lo descubrió Edison, pero fue Fleming quien lo desarrolló. El diodo Tiene 2 electrodos y la corriente circula en un solo sentido. El cátodo o filamento que emite electrones y el ánodo o placa que los recibe. Están encerrados en una cápsula de vidrio al vacío. Según el cátodo son: - Válvula termoiónica. Se regulan variando la temperatura. Los emisores de electrones pueden ser: • Cátodo de caldeo directo. Se calienta por la resistencia al paso de la corriente. • Cátodo de caldeo indirecto. Con un filamento calefactor independiente. - Válvula fotoiónica o tubos fotoeléctricos. Emisores que pueden crear electrones por influencia de la luz, con las células fotoeléctricas. La aplicación más usual del diodo es la rectificación de corriente, es decir, convierte la alterna en continua. Filtrado es el cambio de alterna a continua constante. Triodo (o audión) Entre el ánodo y el cátodo se introduce un tercer electrodo llamado rejilla de control y que es una red metálica que amplifica la señal emitida por el cátodo. Su aplicación principal es amplificador de señales, pero también sirve de oscilador, modulador, etc. Será un tetrodo introduciendo un nuevo electrodo entre la rejilla de control y la placa, que se llama pantalla y controla la corriente. (De 5 son pentodos) El tubo de rayos catódicos Tubo de vacío al que se lanzan electrones de un cátodo, llamado cañón electrónico, que se proyectan a una pantalla fluorescente y, al impactar, se iluminan las partículas afectadas. Los cambios se traducen en tensión por las células fotoeléctricas. Los semiconductores Tienen una pequeña banda prohibida y son intrínsecos o puros cuando en frío son aislantes perfectos (menos de 0o) y a temperatura ambiente son ligeramente conductores. Introduciéndoles elementos con exceso o defecto de electrones se convierten en extrínsecos o dopados. Pueden ser: - De tipo P. Añadiendo impureza con defecto de electrones. - De tipo N. Añadiendo impureza con exceso de electrones. Con el descubrimiento de los semiconductores la electrónica sufrió su primera gran revolución, con el circuito integrado. Luego se redujo el tamaño a límites microscópicos, utilizándose en casi todas las actividades humanas, lo que supuso la segunda revolución electrónica. El transistor El primero fue llamado “de puntas de contacto” (por Brattain y Bardeen). Unión de 3 partes semiconductoras. Sustituto ventajoso de la válvula electrónica. Tiene emisor, base y colector. Pueden ser: - Del tipo NPN. - Del tipo PNP. Su utilidad básica es de circuitos amplificadores. Otros tipos de semiconductores son el Zéner, váractor o pin. El tiristor está formado por la unión de 4 semiconductores y con 3 entradas: ánodo, cátodo y puerta. Funciona como interruptor de equipos de gran potencia. Dos variedades son el SCR y el TRIAC. Los circuitos integrados (chips) Estructura basada en puertas lógicas. Pueden ser: - SSI. Menos de 12 puertas lógicas. - MSI. Entre 12 y 100 puertas lógicas. - LSI. Entre 100 y 500 puertas lógicas. - VLSI. Más de 500 puertas lógicas. Entran en una de estas 2 familias: - TTL (logicial transistor-transistor), diseñados para una alta velocidad. - CMOS (metal-óxido-semiconductor complementario), para un bajo consumo. Radiocomunicaciones Transmisión de sonidos o imágenes a través del espacio por: - Cable electrónico. - Ondas electromagnéticas o hertzianas. - Fibra óptica. Tipos de ondas - Mecánicas. Necesitan un medio material elástico para propagarse (oleaje, sonido, etc.). - Electromagnéticas. Por oscilaciones de un campo eléctrico y otro magnético que circulan perpendicularmente el uno del otro. Son transversales. Las ondas electromagnéticas Una onda es una propagación de la energía sin transporte de materia. Las electromagnéticas se trasladan a 300.000km/s, como la luz, mientras que las sonoras a 344m/s. Por lo tanto, pueden ser: - De alta frecuencia. Se trasladan bien y pierden poca amplitud. - De baja frecuencia. Muy lentas y pierden amplitud fácilmente. Por la cantidad de energía que pueden desplazar, de menor a mayor, son: Espectro electromagnético Intervalo de frecuencias (Hz) Ondas de radio De 30 MHz a 1 gigahercio Microondas De 1 a 300 gigahercios Radiación infrarroja De 300 GHz a 385 terahercios Luz visible De 385 Thz a 750 terahercios Radiación ultravioleta De 750 Thz a 3000 terahercios Rayos X De 3000 Thz a 30 petahercios Radiación gamma De 30 Phz a 30 exahercios Por la forma en que vibran pueden ser: - Transversales. Como una cuerda - Longitudinales. Como un muelle en horizontal. Los componentes son: - Longitud. Distancia del recorrido completo de una onda. - Amplitud. Valor máximo que alcanza desde el eje a la cresta. - Ciclo. Recorrido completo. Es lo contrario a la frecuencia. - Periodo. Tiempo que tarda en hacer un ciclo completo. - Frecuencia. Ciclos por segundo. Se mide en kilociclos/s, megaciclos/s… - Velocidad. Espacio recorrido en una unidad de tiempo. Frecuencia por longitud. Fenómenos ondulatorios - Reflexión. Cambio de dirección o rebote al incidir sobre una superficie. - Refracción. Cambio de dirección al cambiar de medio. La fuente emisora determina la frecuencia y la amplitud. El medio determina la velocidad y, por tanto, la longitud. - Difracción. Al incidir sobre 2 obstáculos poco separados o sobre uno afilado, la onda lo atraviesa y se propaga en todas direcciones. - Interferencia. Unión de 2 o más ondas en el espacio, creándose una nueva. - Atenuación. Pérdida de intensidad en el tiempo. - Efecto Doppler. Aparente cambio de frecuencia en un emisor al alejarse o acercarse. - Polarización. En ondas transversales, cuando todas las partículas vibran en una dirección. La luz polarizada se consigue con un filtro que sólo deja pasar a éstas. Las ondas de radio Para transmitir sonidos son necesarios un emisor y un receptor sintonizados por medio del dial. La modulación es una alteración de las características de una onda. Los tipos son: - Codificación. - Modulación de amplitud (AM). Poco ancho de banda. Sensible a interferencias. - Modulación de frecuencia (FM). Mayor ancho de banda y mayor calidad. Para la emisión en estéreo se utiliza la multiplexación, que es una combinación de 2 o más canales. Medios de transmisión. - Guiado. El medio limita la transmisión y a mayor longitud, mayor resistencia. Pueden ser: • Par trenzado. Es el más empleado en LAN, pero con rango de frecuencias y velocidad limitada. • Cable coaxial. El más polivalente. Incluye un conductor central llamado “vivo”, que va recubierto por material aislante, un tejido metálico rodea al conjunto y esto aislado nuevamente. • Fibra óptica. Permite gran cantidad de información. - No guiado. (Aire y espacio). Pueden ser: • Direccionales. Microondas terrestres, microondas por satélite e infrarrojos. • Omnidireccionales. Ondas de radio. Propagación inalámbrica - Terrestre o de superficie. Sigue el contorno de la tierra. Predominante en bajas frecuencias (ondas largas – low o medium frecuency), hasta 3 Mhz (radio AM). - Onda ionosférica. Reflexión en la ionosfera, que es la capa alta de la atmósfera. Frecuencias altas (HF, high- frecuency) de 3 a 30 Mhz (radioaficionados). - Onda espacial (o troposférica). En la capa más baja de la atmósfera. Para frecuencias muy altas (VHF o UHF, very o ultra high frecuency) superiores a 30 Mhz (radio FM). Factores que influyen en la transmisión - Ancho de banda. Rango de frecuencias que permite un medio. A mayor ancho, mayor velocidad. - Atenuación. Disminución de la amplitud al recorrer su camino. - Interferencias. Otras transmisiones próximas en el rango que se mezclan. - Espectro electromagnético. Rango en el que se mueven las señales que llevan datos en medios no guiados. La onda eléctrica y magnética van en perpendicular. - Distorsión de retardo. En medios guiados las distintas frecuencias no van a la misma velocidad, lo que retarda alguna información. - Ruido. Normalmente por causas naturales (ruido térmico) o por interferencias de otros sistemas (ruido impulsivo). El transmisor Sus componentes básicos son: - Emisor. Convierte los sonidos en ondas electromagnéticas, las mezcla con una portadora (onda de alta frecuencia) y lanza al espacio la resultante. Formado por: • Micrófono. Convierte los sonidos en ondas. • Oscilador. Genera ondas portadoras. • Modulador. Mezcla ambas ondas. • Amplificador. Amplifica antes de emitir. • Antena. Lanza al espacio las ondas. - Receptor. Capta las ondas y, tras procesarlas, emite los sonidos. Consta de las mismas partes que el emisor pero además con amplificador de baja frecuencia. Proceso invertido al emisor. Los equipos de radio de las FCS cubren las bandas VHF y UHF, modulado principalmente por FM. Para mayor alcance se utilizan repetidores (Radio Móvil Privado RMP) y tienen un mando para eliminar ruidos (SQL). Mallas y canales de trabajo Una malla es un grupo independiente de trabajo conectado a una central común. El canal es la frecuencia o frecuencias utilizadas. Los modos de transmisión son: - Símplex. Una frecuencia para emitir o recibir únicamente (radio, televisión). - Semidúplex. Puede enviar y recibir, pero sólo 1 a la vez (walkie-talkie). - Dúplex. Envía y recibe simultáneamente. (Teléfono) Transmisiones digitales y analógicas Las transmisiones analógicas toman infinitos valores entre un máximo y un mínimo. Las digitales varían de forma brusca en el tiempo y sólo toman unos pocos valores, como en el ordenador: la corriente pasa o no por los componentes electrónicos (con ceros y unos). Aliasing es cuando 2 ondas analógicas tienen la misma representación digital. Las ventajas de las digitales son: - Inmunidad al ruido. - Mejor procesamiento y multicanalizaciones. - Mayor sencillez para evaluar y medir. - Ancho de banda mejor aprovechado. - Se pueden encriptar. - Pueden integrar servicios de datos analógicos (voz, video, etc.) - Mejor detección y corrección de errores. Formas de transmisión digital - Transmisión síncrona. Antes de transmitir se envían señales para identificar lo que se envía. Es mejor que la asíncrona, pero requiere de otra línea. - Transmisión asíncrona. Se añade un bit al comienzo del carácter y otro al final, así se da por terminada al recibir este último. - Transmisión en serie. Cuando la transmisión de los bits es uno detrás de otro, como en una línea. - Transmisión en paralelo. Se envía la información por paquetes de datos (8, 16, 32, etc.) en sendos canales. Es la más rápida, aunque la más costosa y se emplea con cableado especial en distancias cortas. Sistemas celulares La 1ª generación de 1980 era solo analógica. La 2ª, ya en 1990, fue digital. La cobertura es por pequeñas células y cuando el usuario se desplaza, la llamada se va conmutando. Sistema Truncking Sistema de radio aparecido en los 70 con todos los canales compartidos, pero el sistema va asignando canales libres. Las características son: - Estructura de red celular. - Asignación dinámica de canales (ahorro de frecuencias). - Posibilidad de comunicaciones de grupo. - Llamada prioritaria. - Lista de llamadas en cola. - Llamada de emergencia con prioridad absoluta. - Mejor privacidad. Sistema TETRA digital (TErrestrial Trunked Radio) Sistema de última generación desarrollado en 1997 por el ETSI (Instituto Europeo de Estandarización de Telecomunicaciones) que integra los sistemas de radio, telefonía e informática. En España hay 2 estándares: - TETRA. Por comunidades y ayuntamientos. - TETRAPOL. Por el M. de Interior, para las FCSE. Se le dio el nombre de SIRDEE (Sistema de Radiocomunicaciones Digitales de Emergencia del Estado) y Telefónica es la adjudicataria del servicio.

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