Electrónica Analógica

La electrónica analógica es la base de la ingeniería electrónica tradicional y se ocupa de los sistemas y dispositivos electrónicos que funcionan con señales variables continuas. Esta rama de la electrónica es fundamental para comprender cómo funcionan los distintos dispositivos de nuestra vida diaria, desde las radios hasta los amplificadores.

¿Qué es la Electrónica Analógica?

La electrónica analógica es un sistema electrónico que utiliza señales continuas para representar y procesar la información. A diferencia de la electrónica digital, que utiliza señales discretas para representar y procesar la información. La electrónica analógica suele utilizarse en aplicaciones que requieren una gama continua de valores, como los equipos de radio y audio y los sistemas de control. Pueden utilizarse para amplificar señales, filtrar ruido y realizar una amplia variedad de funciones.

Algunos elementos básicos de electrónica analógica incluyen resistores, condensadores, inductores y transistores.

Circuitos Electrónicos Analógicos

Un circuito electrónico analógico está formado por diversos elementos, incluidos componentes pasivos como resistores, condensadores e inductores, y componentes activos como transistores. Estos componentes se conectan entre sí de diversas maneras para formar distintos tipos de circuitos, como amplificadores, filtros, osciladores y convertidores analógico-digital (ADC).

Los circuitos análogos pueden realizar una gran variedad de funciones, como amplificar señales, filtrar ruido y generar formas de onda repetitivas. Suelen utilizarse en combinación con otros tipos de circuitos, como los digitales, para crear sistemas electrónicos complejos.

Amplificadores

Los amplificadores son circuitos que aumentan la potencia de una señal. Se utilizan habitualmente en equipos de audio, así como en sistemas de control e instrumentación. Existen varios tipos de amplificadores, como los amplificadores diferenciales, los amplificadores operacionales y los amplificadores de potencia.

• Los amplificadores diferenciales se utilizan para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada. Suelen utilizarse en aplicaciones que requieren un alto grado de precisión, como la instrumentación y los dispositivos médicos.
• Los amplificadores operacionales (op-amps) son amplificadores muy versátiles que pueden utilizarse para realizar una amplia gama de funciones, como la amplificación, el filtrado y la conversión de señales. Se suelen utilizar en una gran variedad de aplicaciones, como equipos de audio, sistemas de control e instrumentación.
• Los amplificadores de potencia se utilizan para amplificar señales de alta potencia, como señales de audio o señales de RF. Se suelen utilizar en sistemas de audio, así como en transmisores de RF y otras aplicaciones de alta potencia.

Filtros

Los filtros son circuitos que eliminan las frecuencias no deseadas de una señal. Hay varios tipos de filtros: los de paso bajo, que dejan pasar las frecuencias bajas y bloquean las altas; los de paso alto, que dejan pasar las frecuencias altas y bloquean las bajas; y los de paso de banda, que dejan pasar una determinada gama de frecuencias y bloquean otras. Los filtros se suelen utilizar en sistemas de audio y comunicación para eliminar ruidos e interferencias no deseados.

Osciladores

Los osciladores son circuitos que generan una forma de onda repetitiva, como una onda sinusoidal o cuadrada. Se utilizan en diversas aplicaciones, como la generación de radiofrecuencias y la creación de señales de temporización. Los osciladores están formados por un amplificador y un bucle de realimentación, que hace que el amplificador oscile a una frecuencia específica. El tipo de forma de onda y la frecuencia generada por un oscilador pueden controlarse mediante el diseño del bucle de retroalimentación.

Convertidores Analógico-Digital (ADC)

Los ADC son circuitos que convierten señales analógicas, como las de audio, en una forma digital que puede ser procesada por un sistema digital. Los ADC toman muestras de la señal analógica a intervalos regulares y las convierten en una representación digital. La resolución del ADC, o el número de bits utilizados para representar cada muestra, determina la precisión de la conversión.

Comparadores

Los comparadores son circuitos que comparan dos señales de entrada y producen una señal de salida basada en la relación entre las dos entradas. Se suelen utilizar en sistemas de control y otras aplicaciones en las que se requiere una señal de salida basada en la comparación de dos señales de entrada. Los comparadores pueden utilizarse para detectar cuando una entrada supera a la otra, o para determinar la magnitud relativa de las dos entradas.

Reguladores de Voltaje

Los reguladores de voltaje son circuitos que mantienen un voltaje de salida constante a pesar de las variaciones en el voltaje de entrada o la carga. Se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluidas fuentes de alimentación y cargadores de baterías. Los reguladores de voltaje generalmente usan control de retroalimentación para ajustar el voltaje de salida en función de la diferencia entre el voltaje de salida y un voltaje de referencia.

Aplicaciones de la Electrónica Analógica

La electrónica analógica se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, algunos ejemplos a continuación:

1. Equipos de radio y audio: La electrónica analógica se utiliza habitualmente en equipos de radio y audio, como radios, amplificadores y altavoces. Se adaptan bien a estas aplicaciones por su capacidad para manejar señales continuas y ofrecer una gran precisión.
2. Sistemas de control: La electrónica analógica se utiliza a menudo en sistemas de control, como los que se encuentran en plantas de fabricación y sistemas de transporte. Se utilizan para amplificar y procesar señales procedentes de sensores y para controlar actuadores como motores y válvulas. Tenemos un artículo detallado sobre Sistemas de control.
3. Instrumentación: La electrónica analógica se utiliza en diversas aplicaciones de instrumentación, como dispositivos médicos, equipos de laboratorio y sistemas de control de procesos industriales. Suelen utilizarse para amplificar y procesar señales procedentes de sensores, y para mostrar los resultados en un indicador o pantalla.
4. Sistemas de automoción: La electrónica analógica se utiliza en una amplia gama de sistemas de automoción, como los sistemas de control del motor, los sistemas de dirección asistida y los sistemas de frenado. Se utilizan para procesar señales de sensores y controlar actuadores como inyectores de combustible y calipers de freno.
5. Sistemas aeroespaciales: La electrónica analógica se utiliza en diversas aplicaciones aeroespaciales, como sistemas de navegación de aeronaves, sistemas de comunicaciones y sistemas de control de vuelo. Se utilizan para procesar señales de sensores y controlar actuadores como superficies de control de vuelo y motores.

Ventajas y desventajas de la electrónica analógica

La electrónica analógica tiene varias ventajas y desventajas en comparación con la electrónica digital:

Ventajas:

• La electrónica analógica puede manejar señales continuas con gran precisión.
• Pueden proporcionar una alta resolución, con una amplia gama de valores posibles.
• Pueden ser más robustos y fiables que los sistemas digitales en determinados entornos.
• Suelen consumir menos energía que los sistemas digitales.

Desventajas:

• La electrónica analógica es más susceptible al ruido y las interferencias que los sistemas digitales.
• Tienen una capacidad de datos limitada en comparación con los sistemas digitales.
• No son tan flexibles como los sistemas digitales, ya que se limitan a procesar señales continuas.
• Suelen ser más complejos y difíciles de diseñar que los sistemas digitales.

Importancia de la Electrónica Analógica

Existen numerosos parámetros que queremos medir, controlar y ajustar. Humedad y presión atmosférica, velocidad o posición: una amplia gama de aplicaciones requieren mediciones precisas. Estos procesos físicos funcionan a lo largo de un espectro continuo y no tienen unidades discretas, al igual que las señales digitales. Por lo tanto, la electrónica analógica es indispensable siempre que la electrónica digital interactúe con el mundo real. Son cruciales para aplicaciones donde la alta precisión o velocidad es esencial.

Características de la Electrónica Analógica

Ruido

El efecto del ruido sobre un circuito analógico es una función del nivel de ruido. Cuanto mayor es el nivel de ruido, más se perturba la señal analógica, que poco a poco se vuelve menos utilizable. Por ello, se dice que las señales analógicas «fallan con gracia».

Las señales analógicas pueden seguir conteniendo información inteligible con niveles de ruido muy elevados. Los circuitos digitales, en cambio, no se ven afectados por la presencia de ruido hasta que se alcanza un determinado umbral, momento en el que fallan de forma catastrófica.

En el caso de las telecomunicaciones digitales, es posible aumentar el umbral de ruido con el uso de esquemas y algoritmos de codificación de detección y corrección de errores. Sin embargo, sigue habiendo un punto en el que se produce un fallo catastrófico del enlace.

En la electrónica digital, como la información está cuantificada, mientras la señal se mantenga dentro de un rango de valores, representa la misma información. En los circuitos digitales, la señal se regenera en cada compuerta lógica, disminuyendo o eliminando el ruido. En los circuitos analógicos, la pérdida de señal puede regenerarse con amplificadores.

Sin embargo, el ruido es acumulativo en todo el sistema y el propio amplificador se sumará al ruido según su factor de ruido.

Precisión

Hay una serie de factores que afectan a la precisión de una señal, principalmente el ruido presente en la señal original y el ruido añadido por el procesamiento. Los límites físicos fundamentales, como el ruido de disparo de los componentes, limitan la resolución de las señales analógicas.

En la electrónica digital, la precisión adicional se obtiene utilizando dígitos adicionales para representar la señal. El límite práctico en el número de dígitos viene determinado por el rendimiento del convertidor analógico a digital (ADC), ya que normalmente se pueden realizar operaciones digitales sin pérdida de precisión. El ADC toma una señal analógica y la transforma en una serie de números binarios.

El ADC puede utilizarse en dispositivos de visualización digital sencillos, por ejemplo, termómetros o medidores de luz, pero también puede emplearse en la grabación digital de sonido y en la adquisición de datos.

Sin embargo, un convertidor digital-analógico (DAC) se utiliza para convertir una señal digital en una señal analógica. Un DAC toma una serie de números binarios y la convierte en una señal analógica. Es habitual encontrar un DAC en el sistema de control de ganancia de un Amplificador Operacional, que a su vez puede utilizarse para controlar amplificadores y filtros digitales.

Dificultad del Diseño

Los circuitos analógicos suelen ser más difíciles de diseñar y requieren más habilidad que los sistemas digitales comparables para conceptualizarlos. Esta es una de las principales razones por las que los sistemas digitales se han vuelto más comunes que los dispositivos analógicos. Un circuito analógico suele diseñarse a mano, y el proceso está mucho menos automatizado que el de los sistemas digitales.

Desde principios de la década de 2000, se han desarrollado algunas plataformas que permiten definir el diseño analógico mediante software, lo que permite una creación de prototipos más rápida.

Sin embargo, si un dispositivo electrónico digital va a interactuar con el mundo real, siempre necesitará una interfaz analógica. Por ejemplo, todo receptor de radio digital tiene un preamplificador analógico como primera etapa de la cadena de recepción.

Diferencia entre Electrónica Analógica y Digital

La electrónica analógica y digital son dos enfoques diferentes para procesar y transmitir la información.

La electrónica analógica utiliza señales continuas para representar y procesar información. Estos sistemas se utilizan a menudo en aplicaciones en las que se requiere un rango continuo de valores, como en equipos de radio y audio, y en sistemas de control. La electrónica análoga puede utilizarse para amplificar señales, filtrar ruido y realizar una amplia variedad de funciones. Algunos componentes comunes utilizados en la electrónica analógica incluyen resistores, condensadores, inductores y transistores.

En cambio, la electrónica digital utiliza señales discretas para representar y procesar la información. A menudo se prefieren los sistemas digitales por su capacidad para almacenar y transmitir datos con un alto grado de precisión, pero no son adecuados para ciertos tipos de tareas, como el procesamiento de señales continuas. Los sistemas digitales están formados por componentes como transistores, compuertas y flip-flops, que se utilizan para manipular datos binarios.

En general, la electrónica analógica es más adecuada para tareas que implican señales continuas y requieren una gran precisión, mientras que la electrónica digital es más adecuada para tareas que implican grandes cantidades de datos y pueden tolerar cierta pérdida de precisión.