Introducción a la Electrónica y Electricidad

Electricidad

La electricidad es una forma de energía que aparece cuando partículas con carga (principalmente electrones) se mueven a través de materiales conductores. Esa energía se usa para encender luces, mover motores, alimentar dispositivos electrónicos y realizar trabajo.

La electricidad puede presentarse como corriente continua (DC), que fluye en un solo sentido (por ejemplo una batería), o como corriente alterna (AC), cuyo sentido y magnitud cambian periódicamente (por ejemplo la red doméstica).

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que puede circular la corriente. Para que funcione normalmente necesita:

• Una fuente de energía que genere la diferencia de potencial (voltaje).
• Conductores (cables) por donde fluye la corriente.
• Una carga que transforme la energía eléctrica en luz, calor o movimiento.
• Un elemento que permita abrir o cerrar el camino (interruptor).

Si en algún punto el camino se interrumpe (interruptor abierto, cable desconectado), la corriente deja de circular y el circuito no funciona.

Circuito simple

Un circuito simple contiene los elementos básicos: fuente, cables, carga y a menudo un interruptor. Es la forma más directa de ver cómo fluye la electricidad.

Ejemplo conceptual: pila → cable → resistencia o LED → cable → pila. Cuando todos los elementos están conectados formando un bucle cerrado, la carga recibe energía y funciona.

Para experimentar de forma segura, usa siempre bajo voltajes bajos (pilas) y con las protecciones adecuadas.

Fuente de energía

La fuente es el componente que proporciona el voltaje (la «presión» que empuja a los electrones). Tipos comunes:

• Baterías y pilas: suministran DC; son portátiles (AA, AAA, 9 V, etc.).
• Fuentes de alimentación: convierten la red (AC) a voltajes DC estables para equipos.
• Red eléctrica: suministro de AC en hogares e industrias (110 V, 220 V según el país).
• Generadores y paneles solares: opciones para generar energía en distintos contextos.

Al seleccionar una fuente, comprueba que el voltaje y la capacidad de corriente se ajusten a la carga y que exista protección (fusibles, protecciones térmicas) cuando sea necesario.

Cables

Los cables son los conductores que permiten el flujo de corriente entre componentes. Sus características importantes incluyen:

• Material: habitualmente cobre (buen conductor); a veces aluminio.
• Aislamiento: recubrimiento que evita contacto accidental y cortocircuitos.
• Sección (calibre): determina la capacidad de corriente. Cables más gruesos soportan más corriente con menor caída de tensión.
• Colores: sirven para identificar fases, neutro y tierra según normas locales.

Use siempre la sección adecuada para la corriente prevista y siga las normas de instalación para evitar sobrecalentamientos y riesgos.

Interruptor

El interruptor es el dispositivo que permite abrir o cerrar el circuito. Cuando está cerrado, permite el paso de corriente; cuando está abierto, lo interrumpe.

Tipos habituales: interruptores simples (SPST), conmutadores (SPDT), pulsadores, relés y disyuntores. En instalaciones de potencia se usan interruptores automáticos que protegen contra sobrecarga y cortocircuito.

Carga

La carga es cualquier elemento que consume energía eléctrica y la transforma en otra forma: luz (bombillas, LEDs), calor (resistencias), movimiento (motores), sonido (altavoces), etc.

Según su comportamiento frente a la corriente alterna, las cargas pueden ser principalmente resistivas, inductivas o capacitivas. Esto afecta su respuesta y la necesidad de correcciones o protecciones.

Resistencias

Una resistencia es un componente que opone resistencia al flujo de corriente. Su función es limitar corriente y dividir voltajes. La unidad de medida es el ohmio (Ω).

Relación básica (derivada de la Ley de Ohm): R = V / I, donde R es la resistencia, V el voltaje y I la corriente.

Usos comunes: proteger LEDs, formar divisores de tensión, ajustar niveles de señal. Las resistencias vienen en valores y en potencias (p. ej. 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W) según la disipación esperada.

Circuito serie

En un circuito en serie, los elementos se conectan uno tras otro sobre la misma rama. Sus características principales son:

• La corriente es la misma en todos los elementos de la serie.
• El voltaje de la fuente se reparte entre los elementos según sus resistencias.
• La resistencia total es la suma de las resistencias: R_total = R1 + R2 + ... + Rn.

Ejemplo práctico:

Supongamos R1 = 2 Ω y R2 = 3 Ω. Entonces R_total = 2 + 3 = 5 Ω.
Si la fuente es V = 10 V, la corriente será I = V / R_total = 10 / 5 = 2 A.
La caída de voltaje en R1 es V1 = I · R1 = 2 · 2 = 4 V y en R2 es V2 = I · R2 = 2 · 3 = 6 V (4 + 6 = 10 V).

Circuito paralelo

En un circuito en paralelo, los elementos se conectan en ramas separadas que comparten los mismos puntos de conexión en los extremos. Sus características principales son:

• El voltaje es el mismo en cada rama.
• La corriente total es la suma de las corrientes de cada rama.
• La resistencia total se obtiene con la suma de las inversas: 1 / R_total = 1 / R1 + 1 / R2 + ....

Ejemplo práctico:

Supongamos R1 = 6 Ω y R2 = 3 Ω.
Calculemos: 1 / R_total = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6 = 1/2 → R_total = 1 / (1/2) = 2 Ω.
Si la fuente es V = 12 V, la corriente total es I_total = V / R_total = 12 / 2 = 6 A.
Corrientes por rama: I1 = V / R1 = 12 / 6 = 2 A; I2 = V / R2 = 12 / 3 = 4 A (I1 + I2 = 6 A).

Ley de Ohm (explicada fácil)

La Ley de Ohm relaciona las tres magnitudes eléctricas fundamentales:

V = I · R

• V = voltaje (voltios, V)
• I = corriente (amperios, A)
• R = resistencia (ohmios, Ω)

Interpretación práctica y formas usadas en cálculos:

• Si conoces V y R, I = V / R.
• Si conoces I y R, V = I · R.
• Si conoces V y I, R = V / I.

Ejemplo: Fuente V = 12 V y R = 4 Ω. Entonces I = V / R = 12 / 4 = 3 A.

También es útil la relación con potencia: P = V · I. Así, si una carga tiene V = 12 V e I = 3 A, la potencia es P = 12 · 3 = 36 W.

Recomendaciones y seguridad

• Para prácticas use voltajes bajos (pilas) y equipo de protección cuando sea necesario.
• Con un multímetro: mida voltaje en paralelo con el componente; mida corriente en serie con la carga.
• Evite trabajar con la red doméstica sin la formación y protección adecuada; la red puede ser peligrosa y causar lesiones graves.
• Proteja circuitos con fusibles o disyuntores y verifique la sección de los cables para la corriente prevista.

Instrumentos para medir la electricidad

Los instrumentos permiten conocer valores y diagnosticar circuitos. Los más habituales:

• Multímetro digital (DMM): mide V (voltaje), A (corriente) y Ω (resistencia). Consejos de uso: medir voltaje en paralelo con el componente; medir corriente en serie con la carga; para resistencia, asegurarse de que el circuito esté sin alimentación. Seleccionar el rango correcto y conectar las puntas a los puertos adecuados.
• Osciloscopio: muestra la forma de la señal en el tiempo (tensión vs. tiempo). Útil para ver ondas, ruido, desfases y transitorios. Consejos: conectar masa del osciloscopio a tierra común del circuito y ajustar escala vertical y horizontal para ver la señal claramente.
• Pinza amperimétrica: mide corriente sin abrir el circuito, pasando la pinza alrededor de un solo conductor. Modelos para AC y para DC.
• Fuente de alimentación de laboratorio: entrega voltaje y corriente regulables y a menudo límite de corriente para proteger prototipos.
• Generador de funciones: genera señales (seno, cuadrada, pulso) para probar entradas y respuestas de circuitos.
• Analizador LCR: mide inductancia (L), capacitancia (C) y resistencia (R) de componentes pasivos con precisión.
• Analizador lógico / Logic analyzer: captura múltiples señales digitales a la vez; útil para buses y protocolos (SPI, I²C, UART).
• Medidor ESR y probadores de componentes: detectan condensadores defectuosos y problemas no visibles con un DMM simple.
• Cámara térmica o termómetro IR: identifica puntos calientes en un circuito que indican sobrecarga o mal contacto.

Seguridad al manipular la electricidad

La electricidad puede ser peligrosa. Respete siempre medidas de seguridad para evitar lesiones y daños al equipo.

• Desconectar la fuente antes de manipular circuitos cuando sea posible. Verificar con un multímetro que no hay tensión residual.
• Usar herramientas aisladas (destornilladores, pinzas) y protección personal cuando corresponda: gafas, guantes aislantes según el riesgo.
• Mantener el área seca y ordenada. Evitar líquidos cerca de equipos energizados.
• Descargar condensadores grandes usando una resistencia de valor adecuado antes de tocarlos; algunos condensadores mantienen carga aun con el circuito apagado.
• Medidas al medir: seleccione la función y rango correctos del instrumento; no intente medir corriente en el puerto de voltaje del multímetro.
• Trabajar con una sola mano (cuando sea necesario con tensiones peligrosas) puede reducir la probabilidad de que la corriente pase a través del pecho; aun así, evite trabajar con la red doméstica sin formación y equipo adecuados.
• Proteger circuitos con fusibles o disyuntores y usar protección contra sobretensiones cuando se conecta a la red.
• En caso de incidente: si hay chispas, humo u olor a quemado, desconectar la alimentación, alejar personas y, si hay heridos, solicitar atención médica inmediata.

Electrónica

La electrónica es la disciplina que diseña y usa circuitos con componentes como semiconductores y circuitos integrados para procesar, controlar o generar señales eléctricas. Se enfoca en el manejo de señales (baja potencia) y lógica, a diferencia de la ingeniería eléctrica, que se centra en la generación y distribución de energía.

Áreas comunes: electrónica analógica (amplificadores, filtros), electrónica digital (lógica, microcontroladores), electrónica de potencia (convertidores, fuentes conmutadas) y sistemas embebidos (microcontroladores + sensores + actuadores).

Partes de la electrónica

Un sistema electrónico se organiza en funciones clave. Estas partes ayudan a entender y diseñar dispositivos:

• Fuente de alimentación: convierte y regula energía (p. ej. AC→DC, reguladores lineales o switching).
• Etapa de entrada/sensado: sensores y condicionamiento (amplificación, filtrado) para convertir señales del entorno en señales eléctricas útiles.
• Procesamiento/Control: amplificadores, filtros, microcontroladores o ASICs que toman decisiones o procesan señales.
• Etapa de salida/actuación: drivers, relés o etapas de potencia que activan motores, iluminación o dispositivos externos.
• Interconexión y montaje: placas de circuito impreso (PCB), conectores, cables y carcasa.
• Protecciones: fusibles, varistores, diodos de protección y circuitos de supervisión.

Componentes electrónicos

Resistencia

Componente pasivo que limita el paso de corriente. Se usa para dosificar corriente (por ejemplo a un LED), dividir voltajes y polarizar componentes. Unidad: ohmio (Ω). Prueba: medir con multímetro en modo Ω (fuera de circuito o con alimentación desconectada).

Condensador (capacitor)

Almacena energía en forma de campo eléctrico. Se usa para filtrar señales, desacoplar alimentación, y en temporización (RC). Valores comunes en electrónica: pF, nF, μF. Precaución: algunos condensadores electrolíticos tienen polaridad; nunca invertirla. Antes de manipular, descargar condensadores grandes. Prueba: medidor LCR o función de capacitancia del multímetro; medidor ESR para detectar deterioro.

Bobina (inductancia)

Almacena energía en forma de campo magnético. Se utiliza en filtros, transformadores y fuentes conmutadas. Unidad: henrio (H). Prueba: medidor LCR o comprobación de continuidad y resistencia.

Diodo

Conduce en un sentido (directo) y bloquea en el inverso. Se usa para rectificar AC a DC, y como protección contra inversión. La caída directa típica de un diodo de silicio es ~0,6–0,7 V. Prueba: función «diodo» del multímetro.

Diodo Zener

Tipo de diodo diseñado para operar en polarización inversa a una tensión específica (tensión Zener) y mantener esa tensión estable, útil en reguladores simples.

LED (Light Emitting Diode)

Diodo que emite luz cuando circula corriente en directo. Requiere una resistencia limitadora para evitar exceso de corriente. Colores y eficiencia dependen del material semiconductor.

Transistor BJT (NPN / PNP)

Componente activo que controla corriente entre colector y emisor con una corriente de base. Se usa en amplificación y conmutación. Prueba: comprobar uniones base-emisor y base-colector con el multímetro en modo diodo.

MOSFET (N-channel / P-channel)

Transistor controlado por tensión en la puerta (gate). Muy usado en conmutación de potencia por su baja resistencia cuando está activado (R_DS(on)). Precaución: sensible a descargas electrostáticas (ESD).

Circuito integrado (IC)

Chip que integra múltiples componentes (transistores, resistencias, etc.) para realizar funciones específicas: lógica, temporización, amplificación, regulación o procesamiento (microcontroladores). Nota: seguir hoja de datos (datasheet) para pines, alimentación y límites.

Amplificador operacional (Op-Amp)

IC diseñado para amplificar la diferencia entre dos entradas. Base de muchos bloques analógicos: amplificadores, filtros, comparadores. Atención a la alimentación y rango de entrada.

Microcontrolador (MCU)

Pequeño ordenador en un chip con CPU, memoria y periféricos. Se programa para leer sensores, controlar salidas y ejecutar lógica. Ejemplos: AVR, PIC, ARM Cortex-M.

Transformador

Convierte tensiones AC entre dos bobinados por inducción mutua. Aísla y ajusta niveles de tensión. Fundamental en fuentes y distribución.

Relé

Interruptor accionado por una bobina: al energizarla, cambia el estado de contactos mecánicos. Permite controlar cargas de mayor potencia con señales de baja potencia.

Fusible

Elemento de protección que se funde si la corriente supera su valor nominal, abriendo el circuito para prevenir daños mayores.

Potenciómetro

Resistencia variable con un cursor; funciona como divisor de tensión ajustable (control de volumen, ajuste de brillo).

Conectores y terminales

Permiten conexiones físicas seguras entre placas, cables y módulos. Seleccione el tipo según corriente, vibración y facilidad de mantenimiento.

Cristal (oscillator)

Elemento piezoeléctrico que ofrece una frecuencia de referencia muy estable para relojes de microcontroladores y sistemas digitales.

Optoacoplador (optoisolador)

Aísla eléctricamente dos secciones mediante luz interna (LED + fototransistor). Útil para separar circuitos de control de señales de potencia o de la red.

Varistor (MOV) / Supresor de transitorios

Protege contra sobretensiones transitorias absorbiendo picos de tensión. Se colocan en entradas de red o líneas sensibles.

Sensores

Convierten magnitudes físicas a señales eléctricas: temperatura (termistor, termopar), luz (fotodiodos), movimiento (acelerómetro) y muchos más.

Altavoz / Buzzer

Transductores que convierten señales eléctricas en sonido; usados en alarmas y audio básico.

Placa de circuito impreso (PCB)

Soporte físico y conductor donde se montan los componentes. El diseño de PCB define rutas, planos de masa, estratificación y disipación térmica.

Circuitos electrónicos

Un circuito electrónico combina componentes para realizar funciones concretas: amplificar, filtrar, generar oscilaciones, convertir señales analógicas a digitales, regular tensión, etc. Pueden ser:

• Analógicos: trabajan con señales continuas o variables (amplificadores, filtros, osciladores).
• Digitales: trabajan con niveles discretos (puertas lógicas, contadores, microcontroladores).
• Mixtos (mixture): combinan bloques analógicos y digitales (ej. ADC, DAC, sistemas embebidos).

Conceptos importantes al diseñar: polaridad, referencia de tierra, desacoplos en la alimentación (condensadores), planificación del ruteo en la PCB, gestión térmica y protección contra ruido y transitorios.

Diferencia entre circuitos electrónicos y circuitos eléctricos

Aunque ambos usan corriente eléctrica, su propósito, escala y componentes suelen ser distintos:

• Circuitos eléctricos (o de potencia): se ocupan de generación, transporte y distribución de energía. Manejan altas corrientes y tensiones (motores, líneas, transformers). Su diseño prioriza seguridad, protecciones y eficiencia en la transmisión de potencia.
• Circuitos electrónicos: trabajan con señales y control a baja potencia (miliamperios, voltajes bajos). Usan semiconductores y circuitos integrados para procesar información, con foco en precisión, ruido, velocidad y funcionalidad (audio, comunicación, control).

Resumen práctico: si el objetivo es mover energía para hacer funcionar una carga grande (motor, calefactor), hablamos de circuitos eléctricos; si el objetivo es procesar señales, controlar o medir con precisión, hablamos de circuitos electrónicos. En muchos sistemas ambos se combinan: la electrónica controla, y la parte eléctrica entrega la potencia.

Relación entre la electrónica y la tecnología

La electrónica es la base de gran parte de la tecnología moderna, ya que permite controlar y procesar señales eléctricas para realizar tareas complejas. Algunos ejemplos prácticos incluyen:

• Teléfonos inteligentes: utilizan microcontroladores, sensores, pantallas táctiles y circuitos integrados para procesar información y permitir comunicación, multimedia y aplicaciones.
• Televisión y pantallas LED/LCD: dependen de circuitos electrónicos para generar imágenes, procesar señales de audio y video y ajustar brillo y color.
• Electrodomésticos inteligentes: lavadoras, microondas o refrigeradores modernos cuentan con sensores y controladores electrónicos que optimizan el consumo de energía y mejoran la funcionalidad.
• Automóviles modernos: sistemas de inyección electrónica, sensores de velocidad, control de frenos ABS y sistemas de entretenimiento dependen de la electrónica para funcionar de forma segura y eficiente.
• Robótica: robots y drones usan microcontroladores, motores controlados electrónicamente y sensores para moverse y reaccionar al entorno.

Relación entre electricidad, electrónica e informática

Estos tres campos están íntimamente conectados y a menudo trabajan juntos en sistemas modernos. Algunos ejemplos prácticos:

• Computadoras: dependen de la electricidad para alimentar los componentes, de la electrónica para procesar señales en el CPU y la memoria, y de la informática para ejecutar programas y aplicaciones.
• Redes domésticas e industriales: utilizan electricidad para transmitir energía, electrónica para modular señales y la informática para gestionar datos y controlar dispositivos.
• Dispositivos inteligentes del hogar (IoT): sensores electrónicos detectan condiciones, la electricidad los alimenta y la informática procesa los datos para automatizar acciones, como encender luces o ajustar la temperatura.
• Automóviles inteligentes: los sistemas eléctricos alimentan los sensores y actuadores, la electrónica procesa las señales y la informática toma decisiones, como activar frenos automáticos o navegación GPS.
• Impresoras 3D: usan electricidad para alimentar motores y calentadores, electrónica para controlar movimientos precisos y la informática para procesar el diseño digital.

Retroalimentación general

La relación entre electricidad, electrónica, tecnología e informática es fundamental para la sociedad moderna. La electricidad proporciona la energía necesaria, la electrónica permite controlar y procesar esa energía en señales útiles, y la informática interpreta y automatiza estas señales para generar resultados prácticos. Comprender estas conexiones permite a los estudiantes y profesionales diseñar, mantener y mejorar sistemas tecnológicos de manera eficiente y segura.

Conclusión práctica: Todo dispositivo tecnológico moderno, desde un teléfono hasta un automóvil inteligente, es posible gracias a la combinación de estos tres campos. La comprensión de su relación es clave para desarrollar soluciones innovadoras y eficientes en la vida diaria y en la industria.