En un circuito electrónico, los componentes se clasifican, de forma general, como pasivos o activos según cómo interactúan con la energía y las señales. Las resistencias, los condensadores y los inductores son pasivos: no amplifican una señal ni generan energía. En cambio, limitan corriente, almacenan energía temporalmente o modifican la respuesta del circuito. Una resistencia produce una caída de tensión; un condensador almacena carga en un campo eléctrico y puede filtrar cambios rápidos; un inductor almacena energía en un campo magnético y se opone a variaciones de corriente.
Los componentes activos, como los diodos, los transistores y los amplificadores operacionales, permiten controlar el flujo eléctrico o procesar señales. Un diodo conduce principalmente en una dirección y puede rectificar corriente alterna. Un transistor funciona como interruptor o amplificador, mientras que un amplificador operacional puede comparar o amplificar tensiones, según el circuito que lo rodea. En la práctica, ambos grupos se combinan: resistencias establecen corrientes de polarización, condensadores filtran señales y transistores las conmutan o amplifican. Así, una fuente, un sensor o una señal de entrada puede transformarse en una salida útil.
Para analizar estas interacciones se emplean tres magnitudes básicas. La tensión, medida en voltios (V), representa la diferencia de potencial entre dos puntos; la corriente, en amperios (A), describe el flujo de carga; y la resistencia, en ohmios (Ω), expresa la oposición al paso de corriente. La ley de Ohm relaciona las tres: V = I·R. Si una resistencia de 1.000 Ω conduce 0,02 A, la tensión es V = 0,02 × 1.000 = 20 V. Si se conocen 12 V y 4.000 Ω, la corriente es I = V/R = 0,003 A, o 3 mA. Para hallar resistencia, se usa R = V/I; por ejemplo, 9 V divididos por 0,003 A dan 3.000 Ω. Antes de aceptar el resultado, conviene comprobar las unidades, convertir prefijos como miliamperios a amperios y verificar que el valor sea coherente con la fuente y los componentes. También debe respetarse la polaridad de referencia elegida al medir tensión y el sentido asignado a la corriente.
Un diodo es un componente semiconductor formado, en su versión básica, por una unión entre regiones de tipo P y tipo N. Esta estructura permite que la corriente circule con facilidad en un sentido y la limita en el contrario. Cuando el ánodo se conecta a un potencial mayor que el cátodo, el diodo queda polarizado directamente: superada su caída de tensión directa, conduce corriente. En un diodo de silicio común, esa caída suele rondar 0,7 V, aunque varía con la corriente, la temperatura y el modelo. Con polarización inversa, el componente bloquea casi toda la corriente; persiste una pequeña fuga y, si se excede la tensión inversa máxima, puede producirse una ruptura. Por ello, el bloqueo idealizado no debe confundirse con el comportamiento real ni con sus límites eléctricos.
La rectificación aprovecha esta conducción unidireccional para convertir una señal alterna en una tensión pulsante de una sola polaridad. En un rectificador de media onda, un diodo conduce durante el semiciclo que lo polariza directamente y bloquea el semiciclo opuesto. La salida conserva solo la mitad de los pulsos de entrada, por lo que su frecuencia de rizado coincide con la frecuencia de la red o de la señal aplicada.
El rectificador de onda completa utiliza ambos semiciclos. En una configuración con derivación central, dos diodos conducen alternativamente, mientras que en un puente cuatro diodos se disponen para que dos conduzcan en cada semiciclo y la corriente atraviese la carga siempre en el mismo sentido. La forma de onda de salida presenta pulsos en ambos semiciclos y su frecuencia de rizado es el doble de la entrada. Un condensador de filtrado se carga cerca de los máximos y entrega energía entre ellos, reduciendo las variaciones; cuanto mayor sea su capacidad y la frecuencia de rizado, menor suele ser el rizado para una carga dada.
Para escoger un diodo se comprueban la tensión inversa máxima, la corriente directa admisible y la disipación de potencia, considerando también temperatura, margen de seguridad y caída directa. En puentes, deben contemplarse las pérdidas de los dos diodos que conducen simultáneamente. La elección adecuada evita sobrecalentamiento y ruptura y permite que la fuente rectificada funcione de forma fiable.
Un transistor es un dispositivo semiconductor que permite controlar una corriente o una tensión mediante una señal aplicada a uno de sus terminales. En el transistor bipolar de unión (BJT), los terminales se denominan base, colector y emisor; en un MOSFET son puerta, drenador y fuente. El BJT es controlado principalmente por la corriente de base, mientras que el MOSFET se controla mediante la tensión entre puerta y fuente y, en condiciones estáticas, consume muy poca corriente de puerta. Ambos pueden utilizarse para amplificar señales o para actuar como interruptores electrónicos.
La polarización consiste en fijar las tensiones y corrientes de continua del transistor para establecer su punto de operación. En un amplificador, ese punto debe situarse en una región adecuada para que la señal pueda variar sin recorte: en un BJT suele ser la región activa, y en un MOSFET, la región de saturación. Las resistencias de base o de puerta limitan la corriente o fijan las condiciones de control; las resistencias de emisor o de fuente ayudan a estabilizar el funcionamiento frente a cambios de temperatura y variaciones entre componentes. Una polarización incorrecta puede causar distorsión, funcionamiento inestable o exceso de disipación.
Como interruptor, un BJT funciona en corte cuando la corriente de base es insuficiente y prácticamente no circula corriente entre colector y emisor. En saturación, conduce con una caída de tensión relativamente baja. Un MOSFET está apagado cuando la tensión de puerta no alcanza el umbral requerido y conduce cuando se aplica una tensión apropiada, siempre dentro de sus especificaciones. Así se puede controlar, por ejemplo, una lámpara, un motor o un relé desde una señal de baja potencia. El diseño debe respetar los límites de corriente, tensión, potencia disipada y temperatura de unión. Además, una carga inductiva, como un relé o un motor, puede generar picos de tensión al desconectarse; un diodo de rueda libre u otra protección adecuada reduce el riesgo de dañar el transistor.
El amplificador operacional es un circuito integrado diseñado para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada. Sus terminales principales son la entrada inversora, marcada con el signo menos, la no inversora, marcada con el signo más, y la salida. También requiere conexiones de alimentación, que pueden ser simétricas o de una sola polaridad. En el modelo ideal, la impedancia de entrada es infinita, la impedancia de salida es nula y la ganancia en lazo abierto es infinita. Cuando existe realimentación negativa, estas propiedades permiten aproximar las tensiones de ambas entradas como iguales, sin que circule corriente significativa hacia ellas.
Las configuraciones básicas cumplen funciones distintas. El seguidor conecta la salida a la entrada inversora y aplica la señal a la no inversora; su ganancia de tensión es aproximadamente uno, por lo que sirve para adaptar impedancias sin modificar apreciablemente la señal. En la configuración inversora, la señal entra mediante una resistencia a la entrada inversora, mientras la no inversora se referencia normalmente a tierra. La ganancia depende de la razón entre las resistencias de realimentación y de entrada, y la salida invierte la polaridad. En la configuración no inversora, la señal se aplica a la entrada positiva y una red resistiva determina una ganancia superior o igual a uno, conservando la fase. Los dispositivos reales no son ideales: su salida no puede superar los rieles de alimentación, y el ancho de banda y la excursión de salida son limitados. Por ello, conviene comprobar las especificaciones antes de elegirlos.
Para analizar un circuito, primero identifique los nodos, los componentes y sus conexiones; después dibuje las polaridades de tensión y los sentidos supuestos de corriente. Aplique la ley de Ohm y, cuando haga falta, las leyes de Kirchhoff para establecer ecuaciones y calcular tensiones, corrientes o resistencias desconocidas. Al verificar el montaje con un multímetro, seleccione el modo y la escala adecuados: mida tensión en paralelo y corriente en serie, respetando la polaridad y las entradas correctas del instrumento. Compare las lecturas con los resultados calculados, teniendo en cuenta tolerancias de componentes, resolución y errores de medición. Una discrepancia importante puede indicar conexiones incorrectas, componentes dañados o que el amplificador opera fuera de sus límites. Desenergice el circuito antes de cambiar conexiones o medir resistencia.
