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Calculadoras analógicas

La idea de mecanizar el cálculo es bastante antigua. Los primeros dispositivos que el hombre utilizó en este sentido fueron los ábacos, constituidos por un conjunto de bolas o cuentas enfiladas en unas varillas, a lo largo de las cuales podían deslizarse. Era un instrumento, posiblemente ideado en Babilonia, que servía para la realización de operaciones aritméticas sencillas, como la suma, la resta y el producto. Fue muy empleado por los comerciantes hasta la edad media y, luego, paulatinamente abandonado, a medida que se iba imponiendo la numeración arábiga. A partir del siglo XVI, se empezaron a diseñar calculadoras mecánicas, basadas en diversos métodos, entre los que destacaba el que empleaba complejos sistemas de engranajes entre ruedas dentadas. En este sentido, en el siglo XVII destacaron la máquina de Blaise Pascal y la ideada por Leibnitz, aunque en ambas se registraban diversos fallos. En el siglo XIX, apareció la máquina de Babbage, precursora de los modernos...

Calculadoras digitales

Desde tiempos remotos, el hombre tuvo la idea de mecanizar el cálculo. El primer artilugio que ideó en este sentido fue el ábaco, dispositivo que constaba de unas bolas o cuentas, engarzadas en unas varillas, a lo largo de las cuales podían desplazarse. Ideado probablemente en Babilonia, fue un instrumento muy utilizado por comerciantes europeos y orientales, hasta que fue desplazado paulatinamente, al imponerse la numeración arábiga. A partir del siglo XVII, se comienza la construcción de calculadoras mecánicas, basadas en ingeniosos dispositivos que funcionaban con algunos fallos y, en el siglo XIX, se inicia la construcción de calculadoras analógicas. Estas últimas tenían un grave fallo y era que cada máquina sólo servía para solucionar el problema para el que fue diseñada. Las calculadoras analógicas, como su nombre indica, establecían un problema físico similar al matemático que se deseaba resolver. Es decir, planteaban una cuestión física en la que las variables involucradas...

Cine 3D

Tecnología de proyección de películas cinematográficas que permite su percepción con visión estereoscópica y sensación de profundidad. En su forma más habitual, la filmación de películas en 3D se basa en el empleo simultáneo de dos o más cámaras que registran las imágenes desde perspectivas diferentes. Para apreciar la profundidad en el visionado de estas películas en las salas se suele entregar a los espectadores unas gafas provistas de filtros separadores (por ejemplo, de color rojo y cian, una variedad de azul saturado) que discriminan las imágenes superpuestas proyectadas en pantalla para inducir la estereoscopia, al lograr que cada ojo vea dos imágenes tomadas desde localizaciones ligeramente diferentes. Las investigaciones sobre la filmación y proyección de películas en tres dimensiones se remontan a los inicios de la cinematografía. El primer sistema patentado data de 1890, obra de William Freese-Greene, y diez años más tarde Frederick Eugene Ives ideó una cámara con dos...

Cámara digital

Aparato que permite capturar fotografías y fragmentos de video mediante el registro de las imágenes en un detector electrónico. En la actualidad, la mayoría de las cámaras fotográficas y videocámaras comercializadas en el mercado de consumo son de tecnología digital. A menudo se venden como aparatos autónomos, aunque crecientemente se incorporan como elementos integrados en dispositivos móviles como teléfonos inteligentes y tabletas informáticas. La primera cámara electrónica fue inventada por Steve Sasson, ingeniero estadounidense, en 1975; utilizaba un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD, por sus siglas en inglés) como sensor, un elemento cuyo uso revolucionó las técnicas fotográficas y videográficas. Posteriormente se desarrolló otro sistema detector alternativo de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS, por sus siglas en inglés). Estos detectores, denominados de píxeles activos, son componentes electrónicos capaces de convertir las propiedades de la luz...

Cámara fotográfica

La cámara fotográfica es el aparato en cuyo interior, mediante la acción de la luz, tiene lugar la impresión de una imagen sobre un material fotosensible. El proceso fotográfico consiste en la captación de una imagen gracias a la luz que penetra, a través de un orificio, en una cámara oscura. Dicha luz incide sobre una superficie sensible en la que, gracias a un proceso químico, la imagen queda fijada. Por muy sencilla o compleja que sea una cámara, siempre constará esencialmente de un orificio, situado en su parte delantera, por donde penetra la luz, y el material, o película en las cámaras modernas, que ha de ser impresionado. Los modelos actuales de cámaras disponen además de otros elementos, como el diafragma, el sistema de sujeción y desplazamiento de la película, el visor a través del cual se puede ver la imagen que se va a captar, el objetivo, donde se sitúan las lentes que proyectan la imagen sobre la película, el obturador y el sistema de enfoque de la imagen. El...

Disparador de Schmitt

Circuito comparador electrónico empleado para cotejar dos valores, generalmente correspondientes a tensiones, indicando cuál es el mayor de ellos. La salida del resultado se verifica por medio de dos estados que corresponden a una lógica binaria. El disparador de Schmitt, también conocido como trigger Schmitt, basa su funcionamiento en fijar previamente un estado de tensión, el cual se corresponde con uno de los dos posibles estados de salida. Si en el dispositivo entra una tensión superior al valor prefijado, este estado de salida cambia. Sin embargo, si una vez producida esta variación, la tensión regresa a valores menores que el predeterminado, no se invierte el valor de salida en un regreso a la situación primitiva, sino que se establece un nivel de tensión para un nuevo cambio que es inferior al primero. Este resultado es consecuencia de la histéresis, la cual es, en realidad, una expresión de la inercia, que se define como la propiedad de algunos materiales a adquirir...

Dispositivo de acoplamiento de carga (CCD)

Un dispositivo de acoplamiento de carga es un sensor incluido en un circuito integrado sobre una oblea de silicio que conforma elementos sensibles a la luz, denominados píxeles. Se conoce también por las iniciales CCD, siglas del inglés charge-coupled device. Su invención se debe al canadiense Willard Boyle y al estadounidense George E. Smith, galardonados en 2009 con el Premio Nobel de Física por su trabajo. Los dispositivos CCD basan su funcionamiento en el fenómeno de la fotosensibilidad. Cuando sobre su superficie inciden los fotones, partículas integrantes de la luz, se genera una señal eléctrica susceptible de ser leída e interpretada por los componentes electrónicos asociados. Tal fenómeno se justifica en términos físicos por el llamado efecto fotoeléctrico, que también se utiliza en las células fotovoltaicas de los paneles solares. Este efecto fue descrito por Albert Einstein en una investigación teórica que le valió la concesión del Premio Nobel de 1921. Los CCD contienen...

El transistor

Si hay un componente que ha supuesto el verdadero motor revolucionario de las nuevas tecnologías, es sin duda el transistor. En 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, mientras trabajaban en los laboratorios de la compañía estadounidense Bell Telephone, inventaron el primer transistor de estado sólido. Cuando el 30 de junio de 1948 el gabinete de prensa de la empresa emitió una nota de prensa haciendo público el desarrollo, el New York Times al día siguiente incluía una breve reseña a este acontecimiento en su última página y sin mostrar demasiado interés. En 1956 los tres científicos, demostradas las extraordinarias aplicaciones de su invención, recibieron el Premio Nobel de Física. El transistor es el componente de referencia en electrónica tanto analógica como digital. En su momento supuso la desaparición del uso cotidiano de las válvulas de vacío, obligando a los profesionales electrónicos de entonces a reciclarse de forma acelerada. El transistor exhibía...

Electrónica

Rama de la Física que se ocupa del estudio del flujo de electrones y cargas positivas, considerando en el mismo, fundamentalmente, su control y los modos de transmisión. A diferencia de la electricidad, en la que sólo se considera dos tipos de materiales, conductores y aislantes, en electrónica existe un tercer tipo, los semiconductores, de propiedades muy especiales, ya que, según las circunstancias, se comportan como conductores o como no conductores. Inicialmente, también se diferenció de la electricidad por utilizar unos dispositivos especiales, las lámparas termoiónicas, diodos y triodos, basadas en la propiedad de algunos metales de emitir un flujo de electrones al ser calentados por el paso de una corriente eléctrica. El origen de la electrónica se suele situar en 1906, cuando Lee de Forest inventó el triodo, lo que supuso un importante avance en el desarrollo de la radio y la telefonía. Diodos y triodos fueron desplazados en 1947 con la invención del diodo electrónico y el...

Electrónica

La electrónica es una disciplina de innumerables aplicaciones en las sociedades avanzadas. Detrás de la mayor parte de los electrodomésticos, autómatas y sistemas de información existen circuitos basados en el silicio, un elemento químico abundante en la corteza terrestre que constituye la materia prima base de la electrónica de estado sólido. Desde el punto de vista eléctrico, la materia puede clasificarse en dos grandes grupos de materiales: conductores y aislantes. La clasificación anterior se realiza atendiendo a la capacidad de permitir o impedir la circulación de electrones. En la realidad se puede afirmar que todos los materiales pueden llegar a ser conductores si se someten a tensiones elevadas o, por el contrario, pueden comportarse como aislantes si éstas son reducidas. La electrónica de estado sólido se fundamenta en las propiedades de unas sustancias que, aunque por su estructura son aislantes, se convierten en conductoras controladas como consecuencia de su...

Elementos electrónicos de entrada, salida y proceso

El verdadero potencial de un sistema electrónico reside en su capacidad para interaccionar con su entorno, obtener información, procesarla y actuar sobre él. El paradigma de funcionamiento del modelo anterior responde, por tanto, a un esquema de entrada-proceso-salida. Las magnitudes físicas características del entorno han de convertirse en señales cuya naturaleza y forma puedan ser tratadas por los sistemas electrónicos. Paralelamente, las señales que proporcionan estos dispositivos deben transformarse y acondicionarse para que sus efectos actúen sobre el entorno exterior. Los transductores son dispositivos que convierten una magnitud física en otra de diferente naturaleza, es decir, provocan un cambio en la forma energética de la señal. De este modo, los tipos de señales mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares pueden ser magnitudes objeto o destino de la transducción. En el campo de la instrumentación electrónica aparecen dos grandes grupos de...

Microelectrónica

La microelectrónica es la rama de la electrónica que trata del estudio y la fabricación de componentes electrónicos de muy pequeño tamaño. En sentido estricto, se aplica a aquellos componentes y dispositivos que tienen dimensiones del orden de un micrómetro (millonésima de un metro) o inferior. Esta disciplina surgió como evolución lógica de la electrónica, a medida que los componentes y dispositivos utilizados se reducían de tamaño con el tiempo. De hecho, utiliza básicamente los mismos elementos cuyo diseño se sucedió a lo largo de la historia de la electrónica: transistores en sus distintas modalidades, condensadores, diodos, resistencias, amplificadores operacionales, inductores, etc. La miniaturización de los componentes dio lugar a dispositivos muy compactos cuya invención se remonta a los inicios de la década de 1950. El hecho desencadenante de la revolución microelectrónica fue el descubrimiento del transistor, en 1948, por los físicos estadounidenses John Bardeen, Walter...

MP3 y MP4

Hacia 1987, el Instituto Fraunhofer de la Universidad de Erlangen acometió la tarea de diseñar un sistema capaz de transmitir una señal de audio en un formato de compresión digital. Fruto de este proyecto, fue la consecución de un procedimiento con el que se conseguía reproducir ficheros de sonido, que tenían la misma calidad de un CD, pero que ocupaban un espacio diez veces menor que si se hallasen en ese soporte. Los resultados de estos trabajos fueron desarrollados por el grupo MPEG (Moving Pictures Expert Group), quien los lanzó comercialmente con el nombre de MP3, correspondiendo este dígito a la denominación Layer 3. Debe aclararse que el concepto de layer corresponde a los distintos niveles de enlace usados en protocolos informáticos. El fundamento del MP3 es el método técnicamente denominado como codificación y transformación perceptual de subbanda, el cual se basa en las condiciones en que el oído humano percibe los sonidos. Como se sabe, el hombre es capaz de percibir...

Osciladores electrónicos

En general, en Física, se denomina oscilador a todo sistema o elemento que, al actuar sobre un medio material, induce fenómenos periódicos en éste. Extrapolando esta idea a la electrónica, en este campo, recibe el nombre de oscilador todo dispositivo capaz de convertir una corriente continua en otra de variación periódica, que se manifiesta por medio de ondas sinusoidales o de otro tipo. Para comprender mejor su funcionamiento, vamos a recurrir a un ejemplo previo. Supongamos un tubo de vidrio en forma de U, cuyas dos ramas son de igual diámetro, que contiene mercurio. En condiciones normales, el metal se hallará al mismo nivel en ambas ramas, pero, si por cualquier medio hacemos que alcance un mayor nivel en una que en otra, cuando cese la acción que produjo el desnivel, veremos que el mercurio ejecuta un movimiento oscilatorio. En dicho movimiento, en la rama más baja, no tiende a ocupar la primitiva posición de equilibrio, sino que más bien, por la acción de la inercia,...

Otros dispositivos electrónicos

En electrónica existen dispositivos cuyo diseño y fabricación original perseguía objetivos y fines concretos. Sin embargo, el transcurso del tiempo, la investigación y el desarrollo tecnológico han demostrado que algunos de estos dispositivos han llegado mucho más lejos de lo previsto inicialmente y han permitido alcanzar objetivos impensables durante su concepción inicial. Sólo un pequeño grupo de estos inventos puede considerarse genial y revolucionario como para comparar su importancia con la que tuvo en su momento el transistor. Sin duda uno de los elegidos sería el amplificador operacional. Diseñado en un principio para realizar operaciones de cálculo en computación analógica, ha llegado a convertirse en uno de los pilares de la electrónica analógica por sus sólidas características e innumerables aplicaciones. En menor medida, aunque con relevancia no desdeñable, el temporizador 555 superó igualmente las previsiones iniciales y aún en la actualidad continúa presente. En el...

Ruido electrónico

Distorsión e interferencias producidas en la señal de un circuito electrónico. Cuando se produce una señal en un circuito electrónico, es inevitable que a ella se superpongan otras procedentes de otros orígenes e, incluso, del mismo sistema generando ruido electrónico. El ruido está formado por una serie de señales parásitas que causan resultados indeseables, por lo que deben arbitrarse medidas que permitan su eliminación o que, al menos, minimicen sus efectos. El problema tiene especial relieve cuando la señal producida es analógica y las ondas del ruido son similares a la de aquélla en amplitud y otras características, hasta el punto de que el efecto puede llegar a anular la señal principal. En cambio, en las ondas cuadradas, propias de las señales digitales, el ruido no causa efecto alguno, salvo que sea capaz de cambiar el estado de esa onda (de 1 a 0 o bien de 0 a 1). Los principales tipos de ruidos en circuitos electrónicos son:. Ruido de disparo: se debe al hecho de que...

Transistor HEMT

Clase de transistor de efecto campo, que presentan una juntura constituida por dos semiconductores de una constitución tal que originan una delgada capa, en la que los portadores de carga tienen una tan alta movilidad que se comportan como una especie de gas de electrones. En un átomo aislado, los electrones de la corteza están distribuidos mediante las soluciones de la ecuación de Schrödinger, correspondiéndole a cada uno cuatro números cuánticos que le identifican, pero cuando se considera un sólido cristalino, las interacciones atómicas configuran una situación más compleja. En este caso, los electrones se distribuyen en unas regiones, llamadas bandas, con un contenido energético determinado, que están separadas por otras de energía prohibida. De todas esas bandas, la de mayor energía se denomina banda de conducción, y la siguiente a ella, en orden de menor energía, banda de valencia. Los electrones que se hallan en la banda de conducción y que no están ligados a átomo alguno...

Transistor IGBT

Clase de transistor bipolar de puerta aislada, cuya denominación IGBT es el acrónimo de las palabras inglesas Insulate Gate Bipolar Transistor, las cuales son reveladoras de la constitución de este dispositivo. Se trata de un componente usado en circuitos de potencia, capaz de soportar altas tensiones y, en consecuencia, de disipar grandes cantidades de calor. En realidad, es un transistor que posee características de los MOSFET y de los BJT. Los MOSFET están constituidos por un semiconductor, tipo N, llamado canal, que tiene a sus lados dos regiones semiconductoras, tipo P, interconectadas. A cada lado del canal, hay dos terminales llamadas fuente y drenador y, además, existe otro elemento terminal, denominado puerta, que se encuentra aislado del canal, con lo que la intensidad de la corriente que lo atraviesa es muy pequeña, lo que implica que la resistencia sea muy alta. Por su parte, los BJT tienen como características básicas la posibilidad de trabajar con altas corrientes y,...

Transistor ISFET

Clase de transistor de efecto campo sensible a la presencia de iones como indica su nombre, el cual es el acrónimo de los términos ingleses Ion Sensitive Field Effect Transistor. Los átomos presentan en su constitución un conjunto de partículas con cargas positivas o protones, otro de partículas con carga negativa o electrones y otro de partículas sin carga de ningún tipo o neutrones. Los átomos son eléctricamente neutros, lo que significa que en ellos el número de protones es igual al de electrones. Si, por cualquier causa, este equilibrio se rompe, aparecen los iones, los cuales son átomos en los que se manifiesta un estado eléctrico, que es positivo, si hay defecto de electrones y negativo, si registra exceso de éstos. Ciertos iones tienen especial relevancia química, como es el caso de los iones hidrógeno, H+. Su importancia radica en que su existencia, en determinadas cantidades, es la causa de la acidez de las sustancias. De este modo, puede decirse que una especie química...

Transistor TFT

Clase de transistor de efecto campo, compuesto de una fina capa de un semiconductor, de tipo N, que se denomina canal, motivo por el cual recibe el nombre TFT, acrónimo de las palabras inglesas Thin Film Transistor, que lleva adosadas dos capas de semiconductor, tipo P, conectadas entre sí. Cada extremo del canal posee dos terminales, llamadas, respectivamente, fuente y drenador. Además, hay un tercer elemento, denominado puerta, cuya conductividad se puede controlar, haciendo que se comporten como resistencias. Su principal aplicación es ser empleados en pantallas de monitores informáticos o en pantallas de televisión, donde logran unos resultados espectaculares, gracias al gobierno que estos componentes hacen de cada píxel, del inglés picture element, el cual es la unidad elemental que se puede distinguir en una imagen. Dicho de otro modo, las imágenes están compuestas por píxeles y resultan de tanta mayor nitidez y calidad, cuanto mayor sea el número de píxeles por unidad de...