Electronic circuit

An electronic circuit is composed of individual electronic components, such as resistors, transistors, capacitors, inductors and diodes, connected by conductive wires or traces through which electric current can flow. It is a type of electrical circuit. For a circuit to be referred to as electronic, rather than electrical, generally at least one active component must be present. The combination of components and wires allows various simple and complex operations to be performed: signals can be amplified, computations can be performed, and data can be moved from one place to another.^[1]

Circuits can be constructed of discrete components connected by individual pieces of wire, but today it is much more common to create interconnections by photolithographic techniques on a laminated substrate (a printed circuit board or PCB) and solder the components to these interconnections to create a finished circuit. In an integrated circuit or IC, the components and interconnections are formed on the same substrate, typically a semiconductor such as doped silicon or (less commonly) gallium arsenide.^[2]

An electronic circuit can usually be categorized as an analog circuit, a digital circuit, or a mixed-signal circuit (a combination of analog circuits and digital circuits). The most widely used semiconductor device in electronic circuits is the MOSFET (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor).^[3]

Analog electronic circuits are those in which current or voltage may vary continuously with time to correspond to the information being represented.

Los componentes básicos de los circuitos analógicos son cables, resistencias, condensadores, inductores, diodos y transistores . Los circuitos analógicos se representan comúnmente en diagramas esquemáticos , donde los cables se muestran como líneas y cada componente tiene un símbolo único. El análisis de circuitos analógicos emplea las leyes de Kirchhoff : todas las corrientes en un nodo (un punto donde se unen los cables) y la tensión en un circuito cerrado de cables son cero. Los cables se suelen tratar como interconexiones ideales de tensión cero; cualquier resistencia o reactancia se captura añadiendo explícitamente un elemento parásito, como una resistencia o un inductor discreto. Los componentes activos, como los transistores, se suelen tratar como fuentes de corriente o tensión controladas: por ejemplo, un transistor de efecto de campo se puede modelar como una fuente de corriente desde la fuente hasta el drenador, con la corriente controlada por la tensión puerta-fuente.

Cuando el tamaño del circuito es comparable a la longitud de onda de la frecuencia de la señal relevante, se debe utilizar un enfoque más sofisticado: el modelo de elementos distribuidos . Los cables se tratan como líneas de transmisión con una impedancia característica nominalmente constante , y las impedancias al inicio y al final determinan las ondas transmitidas y reflejadas en la línea. Los circuitos diseñados según este enfoque son circuitos de elementos distribuidos . Estas consideraciones suelen ser importantes para placas de circuito impreso a frecuencias superiores a 1 GHz; los circuitos integrados son más pequeños y pueden tratarse como elementos concentrados para frecuencias inferiores a 10 GHz aproximadamente.

En los circuitos electrónicos digitales , las señales eléctricas adoptan valores discretos para representar valores lógicos y numéricos. ^{[ 4 ]} Estos valores representan la información que se está procesando. En la gran mayoría de los casos, se utiliza la codificación binaria: un voltaje (normalmente el valor más positivo) representa un '1' binario y otro voltaje (generalmente un valor cercano al potencial de tierra, 0 V) ​​representa un '0' binario. Los circuitos digitales hacen un uso extensivo de transistores , interconectados para crear puertas lógicas que proporcionan las funciones de la lógica booleana : AND, NAND, OR, NOR, XOR y combinaciones de las mismas. Los transistores interconectados para proporcionar retroalimentación positiva se utilizan como biestables y flip-flops, circuitos que tienen dos o más estados metaestables y permanecen en uno de estos estados hasta que una entrada externa los modifica. Por lo tanto, los circuitos digitales pueden proporcionar lógica y memoria, lo que les permite realizar funciones computacionales arbitrarias. (La memoria basada en biestables se conoce como memoria de acceso aleatorio estática (SRAM). La memoria basada en el almacenamiento de carga en un condensador, la memoria de acceso aleatorio dinámica (DRAM), también es muy utilizada).

El proceso de diseño de circuitos digitales es fundamentalmente diferente al de los circuitos analógicos. Cada puerta lógica regenera la señal binaria, por lo que el diseñador no necesita considerar la distorsión, el control de ganancia, las tensiones de compensación ni otros problemas propios del diseño analógico. En consecuencia, se pueden fabricar circuitos digitales extremadamente complejos, con miles de millones de elementos lógicos integrados en un único chip de silicio, a bajo coste. Estos circuitos integrados digitales son omnipresentes en los dispositivos electrónicos modernos, como calculadoras, teléfonos móviles y ordenadores. A medida que los circuitos digitales se vuelven más complejos, problemas como el retardo, las condiciones de carrera , la disipación de potencia, la conmutación no ideal, la carga dentro y entre chips y las corrientes de fuga limitan la densidad, la velocidad y el rendimiento de los circuitos.

Los circuitos digitales se utilizan para crear chips informáticos de propósito general, como microprocesadores , y circuitos lógicos diseñados a medida, conocidos como circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Las matrices de puertas programables en campo (FPGA), chips con circuitos lógicos cuya configuración se puede modificar después de su fabricación, también se utilizan ampliamente en la creación de prototipos y el desarrollo.

Los circuitos de señal mixta o híbridos contienen elementos tanto de circuitos analógicos como digitales. Algunos ejemplos son los comparadores , los temporizadores , los bucles de enganche de fase , los convertidores analógico-digitales y los convertidores digital-analógicos . La mayoría de los circuitos modernos de radio y comunicaciones utilizan circuitos de señal mixta. Por ejemplo, en un receptor, se utilizan circuitos analógicos para amplificar y convertir la frecuencia de las señales, de modo que alcancen un estado adecuado para su conversión a valores digitales, tras lo cual se puede realizar un procesamiento adicional de la señal en el dominio digital.

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