La importancia de la ingeniería analógica en el sector de la electrónica
Expresiones como «economía digital» o «transformación digital» se han vuelto tan comunes que se han convertido en tópicos. Debido a que la industria se centra tanto en la tecnología digital, se suele olvidar que el mundo real no es digital, sino analógico.
Imagen 1: termómetros analógicos y digitales.
La percepción errónea de que la tecnología analógica está anticuada y ha perdido importancia está teniendo graves repercusiones en la industria electrónica: muchos ingenieros centran su investigación únicamente en la electrónica digital, y muchos futuros ingenieros hacen lo mismo al escoger su especialización en la universidad.
Como consecuencia, cada vez hay menos ingenieros electrónicos con comprensión y experiencia práctica en el campo del diseño y las aplicaciones analógicas. Por si esto fuera poco, no son pocos los jóvenes ingenieros que tienen el concepto de que el diseño de circuitos analógicos está mal definido, precisa regularmente de cálculos matemáticos complejos y carece de las sofisticadas herramientas de software que son comunes en el campo digital. A menos que cambiemos esta tendencia, llegará un momento en el que no habrá suficientes ingenieros con la experiencia necesaria en el mundo analógico como para ofrecer la innovación que esperan los consumidores.
El objetivo de esta serie de cuatro blogs es restablecer el equilibrio entre conocimientos y comprensión en el diseño analógico. Durante las próximas semanas, repasaremos los conceptos básicos del diseño de circuitos analógicos y hablaremos de las herramientas que están a disposición de los ingenieros, lo que les permitirá abordar el diseño con confianza. Demostraremos que el diseño de circuitos analógicos ha evolucionado y que ahora cuenta con una metodología muy estructurada. Analizaremos algunas de las herramientas avanzadas de hardware y software disponibles; como veremos, estos recursos nos evita un gran número de cálculos manuales complejos. Esperamos que todo esto contribuya a lograr nuestro objetivo: conseguir que más ingenieros jóvenes vean el diseño de circuitos analógicos como una habilidad muy valorada y gratificante; algo que mejorará sus opciones de formación profesional.
¿Qué quiere decir analógico y digital?
El término «analógico» se refiere a las señales o la información representada por una magnitud física continuamente variable. Algunos ejemplos de cantidades analógicas son la tensión, la luz, el calor, la presión y el sonido. Por el contrario, cuando representamos digitalmente una cantidad, esta solo puede tener valores predefinidos o preestablecidos (discretos). Los siguientes ejemplos sencillos pueden ser de ayuda a la hora de entender la diferencia entre un valor analógico y uno digital:
- Una habitación en la que solo podemos apagar o encender la luz (digital); una habitación con un regulador para ajustar la iluminación al nivel que queramos (analógico).
- Un termostato que se limita a apagar o encender la calefacción cuando la temperatura de una sala supera un determinado valor o está por debajo de este (digital); un termostato que regula continuamente el funcionamiento de la calefacción de modo que la temperatura de la sala siempre esté a un nivel predeterminado (analógico).
- Un reproductor de audio con un control de volumen con valores predefinidos (digital); un reproductor con un ajuste giratorio con el que podemos poner el volumen al nivel que queramos (analógico).
Convertimos las magnitudes analógicas a un formato digital para poder procesarlas rápidamente con circuitos digitales. Sin embargo, esto no significa que las señales digitales sean siempre las más precisas. Pongamos el ejemplo de un termómetro: el termómetro digital, a diferencia del analógico, solo mide la temperatura a intervalos periódicos (algo conocido como muestreo); además, solo puede mostrar esa medición mediante uno de sus valores preestablecidos (algo conocido como cuantificación).
Por lo tanto, cuando hay un cambio de temperatura y la pantalla de un termómetro digital (imagen 1) debe reflejarlo, hay dos problemas: en primer lugar, tiene que hacer la medición, lo que puede ocurrir cuando el cambio de temperatura ya se ha producido; en segundo lugar, el cambio medido debe ser mayor que el valor más pequeño preestablecido que pueda reconocer. La realidad es que los instrumentos digitales más modernos están diseñados para hacer muchas mediciones a alta velocidad y para detectar cambios muy pequeños (es decir, muchos valores discretos). Aunque la medición en sí misma nunca podrá ser tan precisa como la de sus homólogos analógicos, el rendimiento suele ser suficiente para la aplicación en la que se utilizan.
Sensores
Un sensor (o transductor) se utiliza para detectar y convertir una forma de energía en otra. Por ejemplo, detectan la temperatura, la luz o el sonido y convierten esta magnitud en energía eléctrica, normalmente en forma de señal de tensión analógica. Los sensores más utilizados para detectar la temperatura son los termopares y los detectores de temperatura resistiva (RTD), mientras que los fotodiodos se utilizan para detectar la luz y los micrófonos para el sonido.
Conclusión
En el fondo, la mayoría de sensores funciona con principios analógicos, y las señales eléctricas de salida que producen suelen ser muy pequeñas (de milivoltios o menos). Esto significa que, antes de poder convertir la señal al formato digital requerido en la etapa de control subsiguiente, esta debe prepararse o acondicionarse para eliminar el ruido y aumentar su amplitud o nivel. El sensor y los circuitos utilizados para llevar a cabo este acondicionamiento forman lo que se denomina la cadena de señal analógica (amplificadores, filtros y convertidores de datos); en el próximo artículo, estudiaremos esto con más profundidad.
No se pierda el próximo blog: Fundamentos básicos de la cadena de señal.
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