Concepto de electrónica análoga y digital

Señal analógica

Ejemplo de señal analógica.

Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.

Señal Digital

La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación). Esto no significa que la señal físicamente sea discreta ya que los campos electromagnéticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unívocamente.

Compuerta digital

Todos los sistemas digitales funcionan de manera binaria, los voltajes de entrada y salida son (dependiendo de su valor), separados en tres bloques:

1. Estado ALTO (1) Entre 2 y 5V, Suponiendo que la alimentación de de 5V.
2. Estado BAJO (0) Entre 0 y 0.8V, Suponiendo que la alimentación de de 5V.
3. Estado Indefinido (Cualquier voltaje entre 0.9 y 1.99V).

(Estos valores pueden variar dependiendo la tecnología utilizada en las compuertas)

Para el manejo de sistemas digitales, Solamente los primeros dos bloques son útiles, ya que el tercer bloque nunca podría utilizarse, ya que produciría salidas inestables o aleatorias.

Debido a que sólo existen dos posibles estados de voltaje, el álgebra Booleana es la herramienta ideal para el desarrollo, análisis y reparación de sistemas digitales.

Álgebra Booleana

Sólo como aclaración. El álgebra Booleana es muy diferente al álgebra normal, ya que mientras que en la normal podemos utilizar cualquier símbolo para representar los más diversos valores, en el álgebra Booleana sólo es posible utilizar los símbolos para representar dos valores o variables, el 1 y el 0.
Por lo tanto, cualquier variable Booleana puede tener (en determinado caso) un valor de 1 o 0.

De esta manera podemos utilizar el álgebra Booleana para conocer el comportamiento de las distintas entradas y salidas de un circuito digital cualquiera, así como para encontrar el mejor uso de una función en algún circuito.

Para facilitar el uso del álgebra Booleana, normalmente se utilizan las primeras letras del alfabeto para ser asignadas a las entradas, y las últimas para las salidas.

Por ejemplo: Para saber cuál es el comportamiento de un circuito lógico con 3 entradas y 2 salidas, podríamos usar la siguiente notación:

• Entrada 1 = A
• Entrada 2 = B
• Entrada 3 = C
• Salida 1 = Z
• Salida 2 = Y

Debido a que sólo podemos utilizar dos valores el álgebra Booleana es más fácil de operar en relación al algebra normal. Además de que no existen las Fracciones, Decimales, Raíz cuadrada, Números negativos, etc. El álgebra Booleana sólo cuenta con tres operaciones básicas: OR, AND y NOT.

Compuertas Lógicas

La construcción de las compuertas lógicas, está basada en componentes discretos (Transistores, Diodos, y Resistencias), pero con la enorme ventaja de que en un solo circuito integrado podemos encontrar 1, 2, 3 o 4 compuertas (dependiendo de su número de entradas y propiedades).

Todos los circuitos internos de las compuertas están conectados de manera que las entradas y salidas puedan manejar estados lógicos (1 o 0).

Mapa de Karnaugh

Ejemplo de mapa de Karnaugh.

Un mapa de Karnaugh (también conocido como tabla de Karnaugh o diagrama de Veitch, abreviado como Mapa-Ko Mapa-KV) es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas Booleanas. El mapa de Karnaugh fue inventado en 1950 por Maurice Karnaugh, un físico y matemático de los laboratorios Bell.

Los mapas de Karnaugh reducen la necesidad de hacer cálculos extensos para la simplificación de expresiones booleanas, aprovechando la capacidad del cerebro humano para el reconocimiento de patrones y otras formas de expresión analítica, permitiendo así identificar y eliminar condiciones muy inmensas

Sistema secuencial

A diferencia de los sistemas combinacionales, en los sistemas secuenciales, los valores de las salidas, en un momento dado, no dependen exclusivamente de los valores de las entradas en dicho momento, sino también dependen del estado anterior o estado interno. El sistema secuencial más simple es el biestable, de los cuales, el de tipo D (o cerrojo) es el más utilizado actualmente.
La mayoría de los sistemas secuenciales están gobernados por señales de reloj. A éstos se los denomina "síncronos" o "sincrónicos", a diferencia de los "asíncronos" o "asincrónicos" que son aquellos que no son controlados por señales de reloj.
A continuación se indican los principales sistemas secuenciales que pueden encontrarse en forma de circuito integrado o como estructuras en sistemas programados:

• Contador

• Registros

En todo sistema secuencial nos encontraremos con:
a) Un conjunto finito, n, de variables de entrada (X1, X2,..., Xn).
b) Un conjunto finito, m, de estados internos, de aquí que los estados secuenciales también sean denominados autómatas finitos. Estos estados proporcionarán m variables internas (Y1,Y2,..., Ym).
c) Un conjunto finito, p, de funciones de salida (Z1, Z2,..., Zp).
Dependiendo de como se obtengan las funciones de salida, Z, los sistemas secuenciales pueden tener 

dos estructuras como las que se observan el la siguiente figura, denominadas: a) Máquina de Moore y b) Máquina de Mealy.

Sistema combinacional

Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a todo sistema digital en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas. Las funciones (OR, AND, NAND, XOR) son booleanas (de Boole) donde cada función se puede representar en una tabla de la verdad. Por tanto, carecen de memoria y de retroalimentación.
En electrónica digital la lógica combinacional está formada por ecuaciones simples a partir de las operaciones básicas del álgebra de Boole. Entre los circuitos combinacionales clásicos tenemos:

• Lógicos

• Generador/Detector de paridad

• Multiplexor y Demultiplexor

• Codificador y Decodificador

• Conversor de código

• Comparador

• Aritméticos

• Sumador

• Aritméticos y lógicos

• Unidad aritmético lógica

Éstos circuitos están compuestos únicamente por puertas lógicas interconectadas entre sí.

Biestable

R1, R2 = 1 kΩ
R3, R4 = 10 kΩ

Un biestable (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones.¹ Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:

• Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.

• Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Los biestables síncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las deficiencias de los latches (biestables asíncronos o sincronizados por nivel).