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Electrónica Online

Electrónica Digital

electronica digital basica

La electrónica digital es un campo de la electrónica que implica el estudio de señales digitales para procesar y controlar varios sistemas y subsistemas. Esto contrasta con la electrónica analógica y las señales analógicas.

Los circuitos electrónicos digitales suelen estar hechos de grandes conjuntos de puertas lógicas, a menudo empaquetados en circuitos integrados. Los dispositivos complejos pueden tener representaciones electrónicas simples de funciones lógicas booleanas.

¿Qué es la Electrónica Digital?

Sabemos que hay dos tipos de señales, una es analógica o continua y la segunda es digital o discreta. Entonces, la ciencia o campo de investigación en el área de la ingeniería se denomina Electrónica Analógica y Digital respectivamente. Ahora en el área de la electrónica digital, es esencial comprender una amplia gama de aplicaciones, desde la electrónica industrial hasta los campos de la comunicación, desde los micro sistemas integrados hasta los equipos militares. La principal y quizás la ventaja más revolucionaria de la electrónica digital es la disminución de tamaño y la mejora de la tecnología.

señal analogica y señal digital

La electrónica digital son aquellos sistemas electrónicos que utilizan una señal digital en lugar de una señal analógica. La electrónica digital es la representación más común del álgebra booleana y es la base de todos los circuitos digitales para computadoras, teléfonos móviles y muchos otros productos de consumo.

La unidad fundamental más común de la electrónica digital es la puerta lógica. Combinando numerosas puertas lógicas (de decenas a cientos de miles) se pueden crear sistemas más complejos. El complejo sistema de electrónica digital se conoce colectivamente como circuito digital.

Para la mayoría de los ingenieros electrónicos, los términos “circuito digital”, “sistema digital” y “lógica” son intercambiables en el contexto de los circuitos digitales.

multimetro digital y multimetro analogico

Construcción

Un circuito digital se construye típicamente a partir de pequeños circuitos electrónicos llamados puertas lógicas que pueden usarse para crear lógica combinacional. Cada puerta lógica está diseñada para realizar una función de lógica booleana cuando actúa sobre señales lógicas. Una puerta lógica generalmente se crea a partir de uno o más interruptores controlados eléctricamente, generalmente transistores, pero las válvulas termoiónicas han tenido un uso histórico. La salida de una puerta lógica puede, a su vez, controlar o alimentar más puertas lógicas.

Otra forma de circuito digital se construye a partir de tablas de búsqueda (muchas se venden como “dispositivos lógicos programables”, aunque existen otros tipos de PLD). Las tablas de búsqueda pueden realizar las mismas funciones que las máquinas basadas en puertas lógicas, pero pueden reprogramarse fácilmente sin cambiar el cableado. Esto significa que un diseñador a menudo puede reparar errores de diseño sin cambiar la disposición de los cables. Por lo tanto, en productos de pequeño volumen, los dispositivos lógicos programables suelen ser la solución preferida. Por lo general, los diseñan ingenieros que utilizan software de automatización de diseño electrónico.

Los circuitos integrados constan de varios transistores en un chip de silicio y son la forma menos costosa de crear una gran cantidad de puertas lógicas interconectadas. Los circuitos integrados generalmente están interconectados en una placa de circuito impreso, que es una placa que contiene componentes eléctricos y los conecta con trazas de cobre.

Diseño

Los ingenieros utilizan muchos métodos para minimizar la redundancia lógica a fin de reducir la complejidad del circuito. La complejidad reducida reduce la cantidad de componentes y los errores potenciales y, por lo tanto, generalmente reduce los costos. La redundancia lógica se puede eliminar mediante varias técnicas bien conocidas, como los diagramas de decisión binarios, el álgebra booleana, los mapas de Karnaugh, el algoritmo de Quine-McCluskey y el método informático heurístico. Estas operaciones se realizan típicamente dentro de un sistema de diseño asistido por computadora.

Los sistemas integrados con microcontroladores y controladores lógicos programables se utilizan a menudo para implementar lógica digital para sistemas complejos que no requieren un rendimiento óptimo. Estos sistemas suelen ser programados por ingenieros de software o electricistas, utilizando el lenguaje ladder.

Representación

Las representaciones son cruciales para el diseño de circuitos digitales de un ingeniero. Para elegir las representaciones, los ingenieros consideran los tipos de sistemas digitales.

La forma clásica de representar un circuito digital es con un conjunto equivalente de puertas lógicas. Cada símbolo lógico está representado por una forma diferente. El conjunto real de formas se introdujo en 1984 de conformidad con la norma IEEE/ANSI 91-1984 y ahora es de uso común por los fabricantes de circuitos integrados. Otra forma es construir un sistema equivalente de interruptores electrónicos (generalmente transistores). Esto se puede representar como una tabla de verdad.

La mayoría de los sistemas digitales se dividen en sistemas combinacionales y secuenciales. Un sistema combinacional siempre presenta la misma salida cuando se le dan las mismas entradas. Un sistema secuencial es un sistema combinacional con algunas de las salidas realimentadas como entradas. Esto hace que la máquina digital realice una secuencia de operaciones. El sistema secuencial más simple es probablemente un flip flop, un mecanismo que representa un dígito binario o “bit”. Los sistemas secuenciales a menudo se diseñan como máquinas de estado. De esta manera, los ingenieros pueden diseñar el comportamiento bruto de un sistema e incluso probarlo en una simulación, sin considerar todos los detalles de las funciones lógicas.

Para la simulación lógica, las representaciones de circuitos digitales tienen formatos de archivos digitales que pueden ser procesados por programas de computadora.

Ventajas de la Electrónica Digital

  • Los circuitos electrónicos digitales son relativamente fáciles de diseñar.
  • Tiene mayor precisión, programabilidad.
  • Las señales transmitidas no se degradan a largas distancias.
  • Las señales digitales se pueden almacenar fácilmente.
  • La electrónica digital es comparativamente más inmune al “error” y al “ruido”. Pero en el caso de diseños de alta velocidad, un pequeño ruido puede inducir un error en la señal.
  • Se pueden fabricar más circuitos digitales en chips integrados; esto nos ayuda a obtener sistemas complejos en menor tamaño.
  • El voltaje en cualquier punto de un circuito digital puede ser alto o bajo; por tanto, hay menos posibilidades de confusión.
  • Los circuitos digitales tienen mayor flexibilidad; podemos cambiar la funcionalidad de los circuitos digitales haciendo cambios en el software en lugar de cambiar el circuito real.
  • Los circuitos digitales son más fiables, ya que su salida es invariante con respecto al tiempo, mientras que en los circuitos analógicos la salida cambia con el cambio de entorno.
  • La tasa de transmisión es mayor, con un ancho de banda más amplio.
  • Es mas seguro.

Desventajas de la Electrónica Digital

  • Los circuitos digitales funcionan solo con señales digitales, por lo que se requieren codificadores y decodificadores para el proceso. Esto aumenta el costo del equipo.
  • El consumo de energía en un circuito digital es más que en un circuito analógico para el mismo cálculo o procesamiento de señales.
  • La producción de calor se debe más a un mayor consumo de energía.
  • Para circuitos más pequeños, los circuitos digitales son comparativamente caros.
  • El mundo real es de naturaleza analógica, por ejemplo, todas las cantidades como la luz, la temperatura, el sonido, etc. Para los sistemas digitales, es necesario traducir una señal continua a discreta, lo que conduce a pequeños errores de cuantificación. Para reducir los errores de cuantificación, es necesario almacenar una gran cantidad de datos en el circuito digital.
  • La portabilidad del circuito digital es difícil.

Importancia del la Electrónica Digital

Hay varios campos de la ingeniería eléctrica dentro del ámbito de la informática y la ingeniería. Esto requiere la necesidad de crear un marco digital. Los ingenieros informáticos tienen una amplia formación en el campo de la electrónica, el diseño de software y la integración de hardware y software en lugar de solo el campo de la electricidad. El alcance de este curso es enorme, ya que incluye el diseño de microcontroladores, microprocesadores, computadoras personales y supercomputadoras.

El campo de la Electrónica Digital utiliza el VLSI (Very Large Scale Integration) que ha reducido el tamaño y el área completa de las placas de circuito. Esto mejora la precisión y el rendimiento del sistema. Para fines de comunicación, los sistemas digitales tienen una ventaja significativa en el cifrado de datos. La transmisión de datos permanece segura y protegida. Estos son los factores dominantes que significan la importancia del flujo de la electrónica digital. También tienen una gran proyección hacia el futuro.