Circuito electrónico

Un circuito electrónico está compuesto por componentes electrónicos individuales , como resistencias , transistores , condensadores , inductores y diodos , conectados por cables o pistas conductoras a través de las 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 tener al menos un componente activo . La combinación de componentes y cables permite realizar diversas operaciones, tanto simples como complejas: amplificar señales, realizar cálculos y transferir datos. ^{[ 1 ]}

Los circuitos pueden construirse con componentes discretos conectados por cables individuales, 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 circuito terminado. En un circuito integrado o CI, los componentes y las interconexiones se forman sobre el mismo sustrato, generalmente un semiconductor como el silicio dopado o (con menos frecuencia) el arseniuro de galio . ^{[ 2 ]}

Un circuito electrónico generalmente se puede clasificar como un circuito analógico , un circuito digital o un circuito de señal mixta (una combinación de circuitos analógicos y digitales). El dispositivo semiconductor más utilizado en circuitos electrónicos es el MOSFET ( transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor ). ^{[ 3 ]}

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 comúnmente en diagramas esquemáticos , donde los cables se muestran como líneas y cada componente tiene un símbolo único. El análisis de circuitos analógicos emplea las leyes de Kirchhoff : todas las corrientes en un nodo (un punto donde se unen los cables) y la tensión en un circuito cerrado de cables son cero. Los cables se suelen tratar como interconexiones ideales de tensión cero; cualquier resistencia o reactancia se captura añadiendo explícitamente un elemento parásito, como una resistencia o un inductor discreto. Los componentes activos, como los transistores, se suelen tratar como fuentes de corriente o tensión controladas: por ejemplo, un transistor de efecto de campo se puede modelar como una fuente de corriente desde la fuente hasta el drenador, con la corriente controlada por la tensión puerta-fuente.

Cuando el tamaño del circuito es comparable a la 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 ser importantes para placas de circuito impreso a frecuencias superiores a 1 GHz; los circuitos integrados son más pequeños y pueden tratarse como elementos concentrados para frecuencias inferiores a 10 GHz aproximadamente.

En los circuitos electrónicos digitales , las señales eléctricas adoptan 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 la codificación binaria: un voltaje (normalmente el valor más positivo) representa un '1' binario y otro voltaje (generalmente 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 las mismas. Los transistores interconectados para proporcionar retroalimentación positiva se utilizan como biestables y flip-flops, circuitos que tienen dos o más estados metaestables y permanecen en uno de estos estados hasta que una entrada externa los modifica. Por lo tanto, los circuitos digitales pueden proporcionar lógica y memoria, lo que les permite realizar funciones computacionales arbitrarias. (La memoria basada en biestables se conoce como memoria de acceso aleatorio estática (SRAM). La memoria basada en el almacenamiento de carga en un condensador, la memoria de acceso aleatorio dinámica (DRAM), también es muy utilizada).

El proceso de diseño de circuitos digitales es fundamentalmente diferente al de los circuitos analógicos. Cada puerta lógica regenera la señal binaria, por lo que el diseñador no necesita considerar la distorsión, el control de ganancia, las tensiones de compensación ni otros problemas propios del diseño analógico. En consecuencia, se pueden fabricar circuitos digitales extremadamente complejos, con miles de millones de elementos lógicos integrados en un único chip de silicio, a bajo coste. 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, problemas como el retardo, las condiciones de carrera , la disipación de potencia, la conmutación no ideal, la carga dentro y entre chips y las corrientes de fuga limitan la densidad, la velocidad y el rendimiento de los circuitos.

Los circuitos digitales se utilizan para crear chips informáticos de propósito general, como microprocesadores , y circuitos lógicos diseñados a medida, conocidos como circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Las matrices de puertas programables en campo (FPGA), chips con circuitos lógicos cuya configuración se puede modificar después de su fabricación, también se utilizan ampliamente en la creación de prototipos y el desarrollo.

Los circuitos de señal mixta o híbridos contienen elementos tanto de circuitos analógicos como digitales. Algunos ejemplos son los comparadores , los temporizadores , los bucles de enganche de fase , los convertidores analógico-digitales y los convertidores digital-analógicos . La mayoría de los circuitos modernos de radio y comunicaciones utilizan circuitos de señal mixta. Por ejemplo, en un receptor, se utilizan circuitos analógicos para amplificar y convertir la frecuencia de las señales, de modo que alcancen un estado adecuado para su conversión a valores digitales, tras lo cual se puede realizar un procesamiento adicional de la señal en el dominio digital.

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