miniatura|250px|Compoñentes electrónicos nunha tarxeta con tecnoloxía de montaxe superficial. A electrónica é a rama da física e especialización da enxeñaría, que estuda e emprega os dispositivos electrónicos que funcionan controlando o fluxo de electróns e outras partículas cargadas electricamente en dispositivos, como por exemplo nos semicondutores e outros. O estudo puro destes dispositivos considérase unha rama da física, mentres que o deseño e a posta en funcionamento de circuítos electrónicos para solucionar problemas prácticos denomínase enxeñaría electrónica. Segundo os compoñentes electrónicos empregados, fálase de electrónica analóxica ou dixital. A diferenza entre ambos está no modo de tratar os sinais, se de forma continua (analóxica) ou discreta (dixital).
As principais utilizacións dos circuítos electrónicos son, por unha banda, o control, proceso e distribución da información e, doutra banda, a distribución e conversión dunha forza electromagnética. Estes dous usos implican a creación ou detección de campos electromagnéticos e correntes eléctricas.
Historia miniatura|esquerda|Unha válvula dobre-tríodo de fabricación rusa. miniatura|Algúns transistores bipolares. miniatura|esquerda|Un transistor SMD. miniatura|esquerda|Un circuíto integrado oscilador de 1978. miniatura|Amplificadores operacionais. miniatura|esquerda|Un exemplo de montaxe superficial (SMD) dun circuíto electrónico. As primeiras realizacións da electrónica foron os circuítos receptores e emisores de radio, Guglielmo Marconi foi sen dúbida un pioneiro, pero as súas primeiras radios non se poden considerar máis que unha aplicación da electrotecnia a un problema novo. O verdadeiro salto cualitativo chegou da man do enxeñeiro británico John Ambrose Fleming do University College de Londres que en 1904 inventou o primeiro dispositivo electrónico, o díodo sen carga, a válvula de baleiro ou válvula termoiónica. Pouco despois, en 1906, apareceu o primeiro compoñente electrónico de tres eléctrodos, o tríodo sen carga inventado por Lee De Forest, que permitía amplificar un sinal. A súa aparición fixo posible un gran número de aplicacións, entre outros a telefonía ou os aparellos de control e medida, máis tarde, na década de 1920, posibilitou a emisión da voz por radio e os inicios da televisión na do 1930.
Durante os anos 1930 varios investigadores fixáronse na conmutación rápida como método para facer cálculos complexos utilizando un sistema de numeración binario. As dúas posible posicións dos conmutadores expresarían as dúas únicas cifras posibles: o cero e o un (0 e 1). Os tubos sen carga eran máis rápidos que calquera interruptor mecánico e pronto foron utilizados para as novas máquinas de calcular. A primeira computadora electrónica, coñecida co nome de ENIAC, foi construída pola Universidade de Pensilvania para o Exército dos Estados Unidos de América e presentada o 14 de febreiro de 1946, constaba de 17.468 válvulas sen carga, ocupaba 167m², pesaba 27 toneladas e consumía a mesma electricidade que 10 fogares.
Despois da primeira guerra mundial a electrónica desenvolveuse con rapidez, especialmente no campo da radio, que aquel período chegou ó seu punto culminante da súa aplicación; na teoría de circuítos logrouse un fito fundamental coa invención do primeiro circuíto de reacción o 1927, que se utilizou para conseguir resultados significativamente superiores con poucos compoñentes, mentres que os aparellos de radio facíanse cada vez máis sofisticados pasando dos sinxelo circuítos homodinos do principio, a patróns máis complexos heterodinos e superheterodinos, que garantían unha maior separación entre as estacións de radio e menos ruído.
Un novo punto de inflexión produciuse despois da segunda guerra mundial coa invención do transistor, descuberto o 23 de decembro de 1947 polos estadounidenses John Bardeen, William Shockley e Walter Houser Brattain, investigadores da compañía telefónica American Telephone & Telegraph (ATT), que observaron que cando os contactos eléctricos aplícanse a un cristal de xermanio, a potencia de saída é máis grande que a de entrada. O transistor era un compoñente activo que podía ter as mesmas funcións das válvulas termoiónicas a unha fracción do seu custo, do espazo ocupado e do consumo de enerxía: ademais, os transistores podían ser integrados en dispositivos complexos, os circuítos integrados, que hoxe en día poden conter moitos millóns de transistores (e outros compoñentes como resistencias, condensadores, díodos etc.) e, polo tanto, poden exercer funcións moi complexas cun custo e nun espazo reducidos. O transistor vai achandando o camiño para a aparición da microelectrónica e os compoñentes electrónicos miniaturizados.
En 1955, J. H. Felker creou o primeiro computador totalmente transistorizado nos Laboratorios Bell para a Forza Aérea dos Estados Unidos de América, o TRADIC (TRAnsistor DIgital Computer o TRansistorized Airborne DIgital Computer), cuns 800 transistores de material semicondutor.
A integración a grande escala iniciouse entre 1958 e 1959 coa invención dos primeiros circuítos integrados, creados de maneira independente por Jack Kilby de Texas InstrumentsThe Chip that Jack Built, (c. 2008), (HTML), Texas Instruments. utilizando silicio e por Robert Noyce en Fairchild SemiconductorRobert Noyce, (n.d.), (en liña), IEEE Global History Network . utilizando xermanio. No ano 2000 Kilby recibiría o Premio Nobel de Física pola súa contribución á invención do circuíto integrado.
O 1971 foi outro ano chave na historia da electrónica porque se definiu e realizou o primeiro microprocesador, o Intel 4004, a primeira CPU completa nun único chip. Creado en Intel por un equipo liderado por Federico Faggin a partir dunha arquitectura deseñada por Marcian Hoff. O 4004 contiña 2.300 transistores e podía procesar unhas 92.000 instrucións por segundo. A partir daquela data a evolución dos microprocesadores foi extremadamente rápida seguindo a Lei de Moore, que indicaba que a capacidade de integración dos microprocesadores, o número equivalente de transistores, duplicaríase cada 18 meses. A finais da década de 1990 empezaron a aparecer factores limitadores como a capacidade de disipación da calor producida ou a rotura do paralelismo entre a capacidade de integración e a capacidade de proceso. Algúns dos deseños máis notables foron: o 8008 de Intel, o Z80 de Zilog, o 68000 de Motorola, ou o 8086 de Intel que deu orixe á arquitectura x86.
Ramas da electrónica A electrónica pódese subdividir nun conxunto de ramas en función do tipo de sinal que estuda, o tipo de aplicación ou mesmo en función da posición xerárquica do obxecto de estudo dentro do sistema global.
Segundo o tipo de sinais que trata A electrónica ten por obxecto o tratamento dos sinais eléctricos a través dos compoñentes adecuados, ás veces coa participación dalgún tipo de programa informático. Un sinal é unha manifestación dunha magnitude física que trae información que pode ser tratada. Habitualmente trátase dunha voltaxe ou dunha corrente eléctrica pero tamén pode ser un campo eléctrico ou magnético.
Tradicionalmente os sinais adóitanse a clasificar en tres grupos:
sinal analóxico sinal dixital sinal de potencia
Tamén é habitual considerar que os sinais teñen dous compoñentes
sinal = sinal útil + ruído
o sinal útil é a parte do sinal que contén a información que se utiliza, o ruído é calquera perturbación que modifica a parte útil. Esta separación é arbitraria pois depende da utilización que se quere facer do sinal. Sinal analóxico. Electrónica analóxica a electrónica analóxica ocúpase do tratamento continuo dos sinais analóxicos, aqueles que presentan unha variación continua ao longo do tempo, en contraposición aos sinais dixitais que só presentan unha serie finita de estados discretos. Os sinais analóxicos poden tomar calquera valor dentro dun espazo continuo (ou continuo por intervalos). A maioría dos sistemas físicos son analóxicos, as magnitudes físicas varían de maneira continua, a temperatura sería un exemplo.
O campo da electrónica analóxica divídese tradicionalmente en varias sub-ramas, entre outras, as que se ocupan de:
A instrumentación As frecuencias de son (ligado coa electroacústica) As frecuencias de radio As hiperfrecuencias (tamén chamadas frecuencias de radar ou altas frecuencias ) A produción e a propagación de ondas electromagnéticas Os sinais de vídeo O tratamento dos sinais analóxicos A codificación dos sinais
Sinal dixital. Electrónica dixital miniatura|Imaxe dunha versión moderna do microprocesador Intel 4004. miniatura|Un microcontrolador Por oposición á electrónica analóxica, a electrónica dixital ocúpase dos sinais que presentan un espazo de valores discretos e en número finito. No caso máis simple un sinal dixital só pode tomar dous valores posibles, 1 e 0.
A electrónica dixital utilízase especialmente en sistemas que conteñen microprocesadores ou microcontroladores. Un exemplo sería un ordenador, un aparello composto en gran parte por circuítos de electrónica dixital.
Hoxe en día hai unha tendencia a que o tratamento dos sinais dixitais substitúa o tratamento analóxico. No campo das aplicacións domésticas hai exemplos notables, é o caso do son e o vídeo (reprodutor MP3, videocámara, televisión dixital terrestre) onde a electrónica analóxica foi substituída (o caso da fotografía dixital é diferente porque substituíu un procedemento químico de adquisición da imaxe). Con todo non hai que esquecer que os valores discretos non existen no mundo físico real, os fenómenos analóxicos pódense presentar nos circuítos analóxicos, especialmente no caso das altas frecuencias. Ademais algunhas funcións como a medida ou a amplificación son intrinsecamente analóxicas e nunca poderán converterse en discretas. Os sensores son maioritariamente analóxicos.
Dado que os sinais dixitais son tamén discretos no tempo pódese utilizar un oscilador de cuarzo (un reloxo) para sincronizar as diferentes partes dun circuíto. A frecuencia de reloxo, expresada en hertz (Hz), dun circuíto é unha expresión do número de cambios de estado que son posibles en cada segundo. Falaríase de electrónica síncrona. Pero tamén é posible traballar de maneira asíncrona (de maneira independente a un reloxo) se se organiza o funcionamento das diferentes partes do circuíto de forma que se sincronicen mediante o intercambio de sinais de control. Neste caso falaríase de electrónica asíncrona.
Electrónica mixta Tamén se pode falar de electrónica mixta cando se trata de sistemas nos que coexisten sinais analóxicos e dixitais. Os módulos específicos desta rama da electrónica son os conversores: o conversor analóxico-dixital (CAD) e o conversor dixital-analóxico (CDA). Estes dous circuítos permiten a transformación dun sinal analóxico nun sinal dixital e á inversa, isto permite, por exemplo, que se poidan utilizar módulos totalmente analóxicos como os sensores con circuítos dixitais.
Por exemplo, un termómetro cun indicador dixital toma a temperatura (que é unha magnitude analóxica), mide o seu valor, codifícaa nunha secuencia dixital e despois móstraa en pantalla. As dúas primeiras operacións (captura e medida) son realizadas polos módulos de electrónica analóxica, a terceira (codificación dixital) require unha conversión analóxico-dixital e a última (presentación en pantalla) é un proceso totalmente dixital.
Sinais de potencia. Electrónica de potencia A electrónica de potencia é o conxunto de técnicas que se interesannan enerxía contida nos sinais eléctricos, a diferenza outras disciplinas da electrónica que se interesan sobre todo na información contida nos sinais. O obxectivo é o control ou a transformación da enerxía eléctrica. A gama de potencia alcanzada varía desde algúns microwatts ata moitos megawatts.