TECNOLOGIA Y ELECTRONICA

LA TECNOLOGIA DE LA COMUNICACIÓN EN RELACION CON LA ELECTRONICA

 La electrónica es una de las ramas más nuevas de la tecnología y, como veremos en este capitulo, es la que en estos últimos años ha causado mayor impacto sobre nuestra vida cotidiana y sobre el modo de percibir el mundo.

 LA ELECTRONICA Y LOS PROBLEMAS DE LA VIDA COTIDIANA

 Desde mediados de siglos hasta nuestros días,  la electrónica se ha desarrollado asombrosamente. La radio, la televisión, las comunicaciones vía satélite, las grandes redes telefónicas, la computadora, los bancos de datos, los viajes espaciales, las redes mundiales de informáticas como Internet, son solamente algunos de los productos tecnológicos que la electrónica ha contribuido a generar y que han modificado nuestra forma de trabajar, de estudiar de aprender, de ver el mundo y el universo.          

Además, este crecimiento de la electrónica tiene mucho que ver con su posibilidad de resolver problemas que se presentan en los mas variados ámbitos de la vida cotidiana.

La electrónica responde con soluciones concretas a una multiplicidad de problemas prácticos de la vida cotidiana.    

Por medio de la electrónica el hombre ha podido resolver mas eficientemente demandas que hasta hace medio siglo atrás no  tenia  solución o al menos no tenia soluciones tan adecuadas como las que da hoy. 

Algunas de ellas son:

• la comunicación a grandes distancias, a cientos y miles de kilómetros (transmisión de radio, televisión, satélites)
• la amplificación del sonido a nivel adecuados para dirigirse a grandes multitudes (Amplificadores, equipo de sonidos);
• el procesamientos de enormes cantidades de datos en tiempo mínimos
• la detección y tratamiento de muchas enfermedades con equipos electrónicos (electromedicina)
• ·         la comunicación telefónica personal sin cable.
• el acceso a grandes bancos de datos de cualquier lugar del mundo ( Internet)
• el control automático de procesos industriales (fabricación controlada por PC)
• la seguridad y control en situaciones de riesgo (alarmas detectores de humo y gases nocivos);
• la detección de obstáculos en condiciones climáticas adversas o en la oscuridad (radares),
• el control a distancia de naves espaciales y telescopios fuera del planeta (naves como el VOYAGER y otras que llegan a lugares lejanos de nuestro universo).

 En esta unidad veras algunos de los conceptos tecnológicos más importantes del mundo electrónico.

 EL ARTE DE HABLAR MAS FUERTE: LA AMPLIFICACION

 La amplificación de la voz es un de las necesidades prácticas que distintos hombres en distintas épocas y situaciones buscaron resolver de las más variadas formas. La tecnología electrónica ha dado respuestas muy eficientes en esta problemática.Así, la amplificación se convirtió, casi en pretenderlo, en uno de los motores de desarrollo de toda la industria electrónica. Cuando a finales del siglo pasado un estudioso llamado De Forest inventó la válvula de vacío llamada TRIODO, que fue el primer dispositivo electrónico capaz de amplificar, se inicio la carrera cada vez más veloz de la tecnología electrónica.La válvula de vacío TRIODO amplifica pequeñas señales eléctricas controlando con ellas la gran corriente de electrones que pasa por la válvula desde el cátodo al ánodo. El hombre TRIODO es porque tiene tres electrodos: cátodo, rejilla y ánodo. Cada vez que aumentamos o disminuimos el control de volumen de radio, de un sistema de audio o de un televisor, estamos en contacto con un elemento central de todo ellos: El Amplificador de sonido.

 

EN ELECTRONICA, LA FUNCION AMPLIFICADORA CONSISTE EN LA ELEVACION, DESDE EL NIVEL PEQUEÑO A OTRO MAYOR, DE UNA TENSIÓN O CORRIENTE  ELECTRICA PORTADORA DE CIERTA INFORMACIÓN.

  

Cuando la información que lleva esta señal  eléctrica es un sonido, la llamaremos AUDIO.

Cuando sea una imagen, la llamaremos Su símbolo es que se muestra VIDEO.

 LAS SEÑALES ELECTRICAS QUE SE AMPLIFICAN LLEVAN INFORMACIÓN SONORA (AUDIO) O VISUAL (IMAGEN-VIDEO).

 Al elemento o conjunto de elementos que realizan esta función de aumento de nivel lo llamaremos amplificador. El amplificador es un circuito electrónico que aumenta el nivel de las señales eléctricas.

 La electrónica y sus señales:

La palabra señal procede de la voz latina SIGNUM y denota símbolos eléctricos, acústicos, luminosos o de otra naturaleza, que sirven para transmitir mensajes.

 En electrónica se trabaja con dos tipos de señales eléctricas particulares las analógicas y las digitales.

La característica fundamental de las señales analógicas es que varían en forma continua a lo largo del tiempo. Entre un instante y otros pueden tomar valores distintos. Entre las señales analógicas encontramos la de audio, video y transmisión de radio y televisión, etcétera.

 

La característica más importante de la señal analógica es su Amplitud. La amplitud en el caso de la señal de audio será proporcional al nivel de sonido. Cuando subimos el volumen de un WALKMAN o de una radio estamos aumentando la amplitud de esa señal de salida.

 Las señales digitales toman valores por saltos, y bajos, que representan dos estados particulares: 0 y 1

 

 

A diferencias de las señales analógicas, que pueden tomar muchos valores intermedios, las digitales representan solamente dos estados posibles: 0 y 1. Estas señales se utilizan en  las  computadoras, telegrafía y redes de datos.

 

Como veremos luego, una señal analógica se puede convertir en digital y viceversa, a través de circuitos especiales llamados conversores analógico - digital y digital- analógico.

Una característica importante que deben tener todos los amplificadores es la de no deformar la señal que entra al sistema cuando se amplifica.

Cuando los amplificadores no amplifican bien, la señal que entra cambia de forma; entonces decimos que producen distorsión, lo que escuchamos o vemos aparece distorsionado. En el dibujo que sigue se nota una distorsión.

 

 

En la mayoría de los equipos de audio, la distorsión se produce cuando el amplificador esta funcionando a pleno. Por eso, cuando escuchamos que el sonido de un casete sale demasiado distorsionado, intentamos bajar el volumen para que no se distorsione tanto.

 EL LENGUAJE DE LOS AMPLIFICADORES:  LOS TRANSDUCTORES

 Los amplificadores electrónicos solamente comprenden y hablan un lenguaje: el de las señales eléctricas. Por lo tanto, toda la información que entra a el para ser amplificada debe ser transformada en señales eléctricas, y la que sale, debe ser traducida a un lenguaje que nosotros podamos comprender.

A los elementos que realizan esta traducción se los llama  TRANSDUCTORES.

 El dispositiva o transductor de entrada tiene como función traducir a lenguaje eléctrico aquello que se quiere amplificar.

 Si lo que desea amplificar es el sonido, el que realiza su traducción a señal eléctrica es el micrófono.

Si es imagen, el que realiza esta traducción es un pequeño cristal con un sistema de lente en la cámara de video.

Si es luz, podemos utilizar una célula fotovoltaica.

 LOS TRANSDUCTORES TRANSFORMAN EL TIPO DE ENERGIA Y EL TIPO DE SEÑAL CON INFORMACIÓN EN OTRO TIPO. 

 El lenguaje de los amplificadores son las corrientes y tensiones eléctricas. Así como cuando deseamos hablar con chino necesitamos un traductor, el amplificador necesita un traductor para comunicarse con el mundo que lo rodea y con la información que deseamos amplificar y reproducir.

Como dijimos al principio, a la salida de los amplificadores también debemos colocar un traductor, para que nosotros entendamos lo que sale de ellos

Veamos un diagrama de bloques de enfoque sistémico de dos amplificadores. Las líneas de punto representan Información pero está  asociada también con un tipo de energía.

  Si lo que amplificamos es el sonido, a la salida del amplificador se coloca un parlante que traduce la señal eléctrica a sonido o energía mecánica o acústica.

 Si lo que amplificamos es la imagen, a la salida del amplificador se coloca una pantalla de video que se llama tubo de rayos catódicos (TRC) o pantalla o monitor.

 Un sistema de amplificación tendrá siempre la siguiente configuración básica:

 Como ya sabes, ningún tipo de máquina o dispositivo crea energía.

La pregunta es, ¿de donde saca el amplificador de energía que hace que una señal muy pequeñíta que ingresa a el salga muy fuerte por la salida?

Respuesta: de la fuente de alimentación, de las pilas o la batería que lo alimentan. En realidad, la señal que entra no es la misma que sale amplificada. El amplificador la reproduce con mayor energía, que saca de su fuente de alimentación. Es como hacer una fotocopia ampliada de una pequeña. La ampliada reproduce a la original con mayor tamaño pero no es la original

No existe un solo tipo de amplificador electrónico, sino que de acuerdo con el tipo de amplificación y de información a amplificar, también será el tipo de amplificador.

Existen muchos tipos de amplificadores: para señales de audio, de video, de radiofrecuencia de tensiones continuas, de radio, de TV de señales digitales, etc.

 POTENCIA Y ENERGIA

 Como podemos ver existen distintos tipo de amplificadores, pero todo tienen una característica común, la función de elevar el nivel de la señal electrica que reciben en la entrada, hasta el valor de amplificación deseado. Al cociente entre el valor de salida respecto al valor de entrada al amplificador, se le suela llamar ganancia. Si al amplificador entra una señal con valor 1 y a la salida obtenemos 10, podemos decir que la ganancia es de valor 10.

Ganancia = Valor a la Salida                     Valor a la entrada

 Cuanto mayor es la ganancia de un Amplificador, mayor es la amplitud de la señal amplificada que tenemos a la salida.

 Los amplificadores electrónicos actuales tienen ganancias de valores enormes, 100.000 a 1.000.000. Es decir la amplitud de la señal de salida es 1.000.000 veces más grande que la amplitud de entrada. Eso quiere decir que son capaces de  amplificar muchísimas veces a las señales eléctricas que aparecen en su entrada, algo similar a lo que hace un microscopio de mucho aumento con la imagen.

Otra forma de medir la ganancia es a través de la potencia de salida que tiene un amplificador. La potencia se mide en Watts o Vatios, por lo que muchas veces escuchamos  que los amplificadores de audio tienen potencias de 50, 100 o 500 Watts. Muchas veces cuando compramos un equipo de música, vemos que dice que tienen una potencia de  2000 Watts, pero esa es una potencia referida a los picos máximos y no a la potencia media.

Según la potencia los amplificadores se clasifican en: Baja Potencia, Media Potencia y Alta Potencia. 

LA REALIMENTACION NEGATIVA

En los amplificadores, es común agregar lazos de amplificación negativa, de manera tal que con ello se evita que se tornen inestables y empiecen a emitir silbidos o ruidos si se trata de un amplificador de Audio.

 Con la amplificación negativa se disminuye este riego y los amplificadores se vuelven más estables, funcionan mejor y amplifican mayor cantidad de sonidos.

La realimentación negativa, es muy usada en electrónica y hace que los sistemas amplificadores sean más estables y por lo tanto amplifiquen con mejor calidad. Al introducir amplificación negativa se logra mayor cantidad de frecuencias.

Cuando queremos lograr una gran amplificación, debemos hacer una amplificación en Cascada. La fuente de alimentación es la encargada de suministrar la energía eléctrica para que las etapas de amplificadoras funcionen. Muchas veces con un solo amplificador no se logra la amplificación deseada, ya que la onda se distorciona. Aquí vemos varios amplificadores conectados en serie entre sí. La señal que sale del primero amplificada, entra al segundo para ser nuevamente amplificada. A esto se le llama Conexión en cascada.

 LA VALVULA, EL TRANSISTOR Y LA AMPLIFICACION

 Generalmente los amplificadores son circuitos electrónicos formados por distintos componentes, entre los que existen algunos encargados de realizar la función de amplificación.

Durante el desarrollo de la electrónica se inventaron distintos dispositivos para realizar la amplificación. Algunos de estos son: Válvula de Vacío TRIODO, el transistor, el transistor de efecto de campo y los circuitos integrados.

La evolución en la tecnología de fabricación de los dispositivos amplificadores hace que cada vez se reduzca más el espacio y se mejoren las cualidades amplificadoras.

Plaqueta con componentes soldados a ella

Conexiones de plaqueta

 

Circuitos integrados  o Chip

Los circuitos integrados permiten que en poco espacio se almacenen muchos transistores y otros elementos (capacitores, resistencias, diodos, triodos) para lograr amplificaciones de audio de mucha calidad. Los chips tienen la característica de poder controlar un gran flujo de corrientes eléctricas con las pequeñísimas variaciones de la señal de entrada que se desea amplificar.

UN GRAN INVENTO

El descubrimiento del transistor cerca de la década de 1960 fue sin duda uno de los hitos más importantes en la historia de la electrónica, junto con el posterior desarrollo de los circuitos integrados o microchip (chip más pequeños). Con este invento se logran circuitos mas seguros, porque se dañan menos que las válvulas de vacío y son de menor tamaño. Esto del dió un gran impulso a la electrónica ya que le permitió viajar en naves espaciales y adentrarse en miniaturas tan complejas como el marcapasos programado, los audífonos de alta sensibilidad para sordos. etc.

LOS CODIGOS GRAFICOS

En electrónica hay códigos gráficos específicos, que permiten diseñar circuitos con dibujos para luego ser interpretados universalmente y no se necesitan cualidades gráficas para realizarlos ya que son esquemáticos.

Veamos algunos ejemplos.

El transistor: Las funciones mas importantes son las de amplificar, contar y controlar. Se realiza con materiales cerámicos especiales llamados semiconductores. Tienen tres elementos básicos, La Base, el Colector y el Emisor. La inyección de pequeñas corrientes en la base controla grandes corrientes entre el colector y el emisor. Su símbolo es que se muestra

 EL DIODO:

Es un dispositivo que permite el paso de una corriente en un solo sentido. Entre sus muchos usos permite la conversión de corriente alterna en corriente continua. Su símbolo es que se muestra abajo.

Existe también el DIODO LED, (Light Emision Diod) Diodo de emisión Lumínica, que es muy común ver en casi todos los aparatos electrónicos cuando vemos una luz de color rojo o amarillo.

 LA RESISTENCIA

Son dispositivos eléctricos que se oponen al paso de la corriente. Son cilíndricos y tienen rayas pintadas de distintos colores, que significan un valor numérico especifico. Un entendido ve una resistencia y sabe el valor que tiene. Su símbolo es el de abajo.

EL CAPACITOR.

Es un dispositivo muy usado en electrónica y cumple varias funciones: Almacenar energía, separar corriente alterna de continua y eliminar de los circuitos corrientes inútiles. Son cilíndricos de color celeste o rosa con dos patitas que salen de una de sus caras. Su símbolo es el de abajo.

EL CHIP

Son dispositivos electrónicos que pueden cumplir las mas variadas funciones  en los distintos circuitos. En ellos se almacenan distintos dispositivos (transistores triodos, resistencias, capacitores, diodos, etc.) en espacios muy reducidos

 LAS MULTIPLES APLICACIONES DE LOS AMPLIFICADORES

Los amplificadores son los circuitos que se utilizan con mayor frecuencia en electrónica.

Desde la radio portátil mas pequeña hasta la computadora o el sistema electrónico mas complejo que te puedas imaginar, siempre aparece un circuito destinado a realizar la función de amplificación.

Por este motivo existe una numerosa cantidad de circuitos integrados o Chip, que traen empaquetados todos los componentes que conforman el circuito amplificador para usarlos en los distintos proyectos que lo requieran.

Estos circuitos se utilizan en la mayor parte de los artefactos electrónicos que ves: Radios, televisores, computadoras, transmisores, teléfonos, equipos de sonido, equipos de electromedicina, de rayos X, de Radar de control automático, etc.

UNA RESPUESTA A LA TECNOLOGÍA PARA VENCER LA DISTANCIA: LA TRANSMISION

 Otro gran desafío que la electrónica logro superar, fue el de las comunicaciones a distancia. Desde tiempos remotos el hombre soñó con poder comunicarse a través de distancias muy grandes. Esta necesidad de comunicación tiene que ver con aspectos psicológicos y con situaciones de supervivencia que muchas veces requieren de la comunicación a distancias para protegernos.  La comunicación a tiempo de un desastre natural, de un accidente, de un delito o del pedido de ayuda, muchas veces puede salvar vidas, y por lo tanto se transforma en una demanda vital.

Existen dos formas de realizar la comunicación a distancia: TRANSMISION POR CABLE Y TRANSMISION INALAMBRICA (sin cable).

La transmisión por cable es generalmente aplicada a los usos telefónicos o de radio televisión para abonados.

La inalámbrica se utiliza en forma privada por radioaficionados o comunicaciones personales en frecuencias especiales (policía, bomberos, comercios) y también en sistemas públicos o abiertos de Radio, Televisión o sistemas de enlaces.

 

Las transmisiones de radio inalámbricas generalmente se originan a partir de la circulación de una señal eléctrica determinada por un elemento de configuración y forma especial que se llama antena. Conocemos varios tipos de antena. La parabólica, la de estructura entrecruzada (TV) y las de caño hueco (de la radio común).

 Al circular una corriente eléctrica por un conductor de determinada forma y tamaño, como es en el caso de la antena, se origina en el un conjunto de campos electromagnéticos que conforman lo que se denomina una Onda Electromagnética, que se propaga en el vacío o en el aire a través de grandes distancias. Por lo que hemos visto hasta ahora, básicamente un sistema transmisor lo podemos constituir con el siguiente esquema.

El sistema transmisor básico. El sonido entra por el micrófono que la convierte en una señal eléctrica, es procesados por varios circuitos especiales y finalmente llega a la antena que emite la onda que viaja a grandes distancias hasta llegar a otra antena. Cuando la onda electromagnética viajera encuentra en su camino conductores o antenas receptoras, genera en ella  pequeñas corrientes que luego captadas por el sistema receptor adecuado y amplificadas. Se resume lo dicho en el siguiente diagrama de bloques de enfoque sistémico.

Emisión

MICROFONO

TRANSMISOR

ANTENA EMISORA

Recepción

 

ANTENA RECEPTORA

RECEPTOR SINTONIZADOR

AMPLIFICADOR

PARLANTES

En los sistemas de transmisión y de recepción de ondas de radio existen distintos tipos de amplificadores que se encargan de llevar las señales eléctricas a los niveles adecuados para su transmisión y recepción.

El nivel de las señales u ondas viajeras que llegan a la antena del receptor dependen de la potencia de la señal enviada al aire por los amplificadores del transmisor, de las distancias entre las antenas, las condiciones climáticas y los obstáculos encontrados en el camino.

Una vez que la señal llega a la antena del receptor debe ser amplificada para su correcta recepción.

 LAS ONDAS VIAJERAS Y SUS VIAJES

 No todas las ondas que se transmiten desde las distintas estaciones de transmisión son iguales.

Por eso con frecuencia escuchamos hablar de onda larga, onda media, onda corta, microondas, etc.

Cada uno de estos tipos de onda tienen sus características de propagación distintas.

Las ondas Largas y medias viajan al ras del suelo por lo que su alcance no es demasiado grande.

Las ondas cortas se propagan a través de la atmósfera chocando y rebotando en una capa llamada ionosfera, que las refleja hacia abajo, llegando por este mecanismo a distancias enormes.

Otro tipo de ondas de transmisión como las que se utilizan en las emisoras de FM (Frecuencia Modulada), se propagan en línea muy recta como por ejemplo las ondas de luz visible, por lo que la distancia que pueden recorrer es casi la misma que apreciarías con tus ojos si te ubicaras en la punta de la antena. Por lo tanto no tienen gran alcance. Por ello estas emisoras tratan de colocar sus antenas lo mas alto posible.

 UN POCO DE HISTORIA

El ingeniero electrotécnico e inventor italiano GUILLERMO MARCONI esta considerado universalmente el inventor de la radio. A partir de 1895 fue desarrollando y perfeccionando el cohesor y lo conectó a una forma primitiva de antena, con el extremo conectado a tierra. Además mejoró los osciladores de chispa conectados a antenas rudimentarias. El transmisor se modulaba mediante una clave ordinaria de telégrafo. El cohesor del receptor accionaba un instrumento telegráfico que funcionaba básicamente como amplificador.

En 1896 consiguió transmitir señales desde una distancia de 1,6 km, y registró su primera patente inglesa. En 1897 transmitió señales desde la costa hasta un barco a 29 km en alta mar. Dos años más tarde logró establecer una comunicación comercial entre Inglaterra y Francia capaz de funcionar con independencia del estado del tiempo; a principios de 1901 consiguió enviar señales a más de 322 km de distancia, y a finales de ese mismo año transmitió una carta entera de un lado a otro del océano Atlántico. En 1902 ya se enviaban de forma regular mensajes transatlánticos y en 1905 muchos barcos llevaban equipos de radio para comunicarse con emisoras de costa. Como reconocimiento a sus trabajos en el campo de la telegrafía sin hilos, en 1909 Marconi compartió el Premio Nobel de Física con el físico alemán Karl Ferdinand Braun.

Sin duda Marconi fue todo un visionario, porque como vimos en el párrafo anterior, su invento cambio sustancialmente la vida del hombre y fue el inicio de una era signada por las comunicaciones y la información. Un hecho que tal vez, no era demasiado trascendente, cambio la forma de vivir de las generaciones que le sucedieron. La tecnología presenta esa cualidad y por lo tanto, cualquier hecho tecnológico, por insignificante que sea, merece nuestra atención y reflexión.

 UN VEHICULO PARA VIAJAR: LA ONDA PORTADORA.

 Seguramente, mas de una vez has tenido que trasladarte a una distancia considerable de tu casa y una de las cosas mas importantes en las que has tenido que pensar ha sido en el medio de transporte.

Si la distancia no es muy grande tal vez vas en bicicleta, pero si es mayor habrás tenido que pensar en colectivos, trenes o incluso aviones. Con la información que deseamos transmitir por radio o TV sucede algo similar.

Si a una cierta antena le inyectamos la señal eléctrica que sale de nuestro amplificador de sonido seguramente no llegara muy lejos. Si lo que pretendemos es que nuestro mensaje de sonido o imágenes llega a distancias lejanas, tendremos que subirlo en el transporte adecuado, que en este caso resulta ser otro tipo de onda electromagnética a la que llamaremos Onda Portadora.

La onda portadora es la encargada de llevar o transportar el mensaje de sonido o de imágenes que deseamos transmitir a largas distancias.

A los circuitos encargados de realizar la función de incorporar la información de audio o video a la onda portadora se los llama Circuitos Moduladores.

Además de distintos tipos de amplificadores, los circuitos transmisores tienen un circuito especial llamado Modulador, cuya función es subir a la onda portadora la información de imagen o sonido que deseamos transmitir. Veamos el siguiente diagrama de bloques de enfoque sistémico.

 

GENERADOR DE ONDA PORTADORA

MODULADOR

AMPLIFICADOR DE AUDIO

AMPLIFICADOR DE RADIO

ANTENA EMISORA

Señal de audio

Señal  Modulada

Señal  Portadora

 De igual manera cuando la información montada en la Portadora (su vehículo de viaje), llega a nuestro receptor, debemos idear la manera de separarla o de bajarla de la portadora para poder acceder a ella.

Los circuitos que cumplen con esta función, se los denomina circuitos demoduladores y son un bloque estructural central de los receptores de radio o televisión que conoces.

 

DEMODULADOR

ANTENA RECEPTORA

AMPLIFICADOR DE AUDIO

PARLANTE

Señal de audio

Señal  Modulada

Existen dos tipos de Modulación o de vehículo de transporte para la información que son los mas comúnmente utilizados: La modulación por amplitud que se indica con las letras AM (amplitud modulada) indica que se fusiona la señal con la información de audio o video con la onda portadora que transportará la información. La señal a transportar hace que la onda portadora varíe su amplitud. Ver dibujo

Señal de onda portadora de Amplitud Modulada (AM)

 Otro tipo de Modulacion que se utiliza es de frecuencia Modulada o FM. Aquí la incorporacio de la señal de audio o video a la portadora no modifica su amplitud, sino su ritmo de variacion o su frecuencia. Al modular en frecuencia cada cambio de la frecuencia de la portadora, corresponde a una variacion de la amplitud de la señal con la información a transportar. La onda portadora sigue manteniendo su amplitud pero cambia su frecuencia.

 

Señal de onda portadora de Frecuencia Modulada (FM)