NANOTECNOLOGIA

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales). Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos -depende de qué esté hecho el nanobot-.

Nano es un prefijo griego que indica una medida (10^-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas

Aplicaciones Futuras

• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Producción agrícola.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Procesamiento de alimentos.
• Remediación de la contaminación atmosférica.
• Construcción.
• Monitorización de la salud.
• Detección y control de plagas.
• Control de desnutrición en lugares pobres.
• Informática.
• Alimentos transgénicos.
• Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).

MICROELECTRONICA

Una tecnología en microelectrónica se entiende como el conjunto de reglas, normas, requisitos, materiales y procesos que aplicados en una secuencia determinada, permite obtener como producto final un circuito integrado, que son dispositivos electrónicos miniaturizados. Los más importantes son circuitos integrados de Silicio corriente.La microelectrónica es la tecnología mediante la cual se diseñan dispositivos electrónicos empacados en grandes densidades en una pastilla única de semiconductor.

Circuitos Integrados

Circuitos Integrados

La fabricación de circuitos integrados es el proceso mediante el cual se crean los circuitos integrados presentes hoy día en todos los dispositivos electrónicos. Es un proceso complejo y en el que intervienen numerosas etapas de fotolitografía y procesado químico, durante las cuales los circuitos se generan sobre una oblea hecha de materiales puramente semiconductores. Para ello se emplea mayoritariamente el silicio, aunque también se usan semiconductores compuestos para aplicaciones específicas, como el arseniuro de galio.

INSTRUMENTACIÓN ELECTRONICA

Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos, sobre todo para su uso en mediciones.

La instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas.

Un elemento imprescindible para la toma de medidas es el sensor que se encarga de transformar la variación de la magnitud a medir en una señal eléctrica. Los sensores se pueden dividir en:

• Pasivos: los que necesitan un aporte de energía externa.
• Resistivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de su resistencia eléctrica. Un ejemplo puede ser un termistor, que sirve para medir temperaturas.
• Capacitivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de la capacidad de un condensador. Un ejemplo es un condensador con un material en el dieléctrico que cambie su conductividad ante la presencia de ciertas sustancias.
• Inductivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de la inductancia de una bobina. Un ejemplo puede ser una bobina con el núcleo móvil, que puede servir para medir desplazamientos.
• Activos: los que son capaces de generar su propia energía. A veces también se les llama sensores generadores. Un ejemplo puede ser un transistor en el que la puerta se sustituye por una membrana permeable sólo a algunas sustancias, que puede servir para medir concentraciones.

Equipos Electrónicos

Equipo Electrónico

Otra parte de la instrumentación es, como su nombre indica, el estudio de los instrumentos electrónicos. Éstos pueden ser parte del sistema que realizará la medida o ser el propio sistema.

Algunos instrumentos son el multímetro, el osciloscopio, sondas, etc. Otros equipos no están directamente diseñados para las medidas, como las fuentes de alimentación.

Instrumentación Virtual

Por último, una de las nuevas tendencias en la instrumentación es la instrumentación virtual. La idea es sustituir y ampliar elementos "hardware" por otros "software", para ello se emplea un procesador (normalmente un PC) que ejecute un programa específico, este programa se comunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas.

Instrumentación Virtual

Las ventajas de la instrumentación virtual son que es capaz de automatizar las medidas, procesado de la información, visualización y actuación remotamente, etc.

Algunos programas especializados en este campo son LabVIEW y Agilent-VEE (antes HP-VEE). Y algunos buses de comunicación populares son GPIB, RS-232, USB, etc.

ELECTRÓNICA MODERNA

La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagenen una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora.

Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio ( modulación), y operaciones lógicas, como los procesoselectrónicos que tienen lugar en las computadoras.

Electrónica Digital

Controlador digital industrial

La electrónica digital es la rama de la electrónica más moderna y que evoluciona más rápidamente la cual se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión. En ella se basan, por ejemplo, los ordenadores, calculadoras, automatismo de control industrial.

Electrónica se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en todaseñal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden varia entre 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que en los discos duros IDE de computadora.

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana (lógica binaria) y el sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas (cálculos) sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos.

La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de lossistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.

Los sistemas digitales pueden clasificarse del siguiente modo:

• Sistemas cableados

• Combinacionales
• Secuenciales
• Memorias
• Convertidores

• Sistemas programados

• Microprocesadores
• Microcontroladores

Electrónica analógica

La electrónica analógica (a veces también electrónica análoga, por influencia del inglés) es una rama de la electrónica que estudia los sistemas cuyas variables (tensión, corriente, etcétera) varían de una forma continua en el tiempo y pueden tomar (al menos teóricamente)valores infinitos. En contraposición, en la electrónica digital las variables solo pueden tomar valores discretos y tienen siempre un estado perfectamente definido.

Por ejemplo: considerando una medida real concreta, como la longitud total de un coche:

• En un sistema digital esta medida podría ser de 4 metros o de 4 metros y 23 centímetros.

Es posible darle la precisión deseada, pero siempre serán cantidades enteras.

• En un sistema analógico, la medida seria la real, es decir, 4,233648596... En teoría hasta que llegásemos a la mínima cantidad de materia existente (siempre que el sistema de medida sea lo suficientemente exacto).

Transistor bipolar, componente muy usado en los sistemas analógicos.

EQUIPO DE MEDICIÓN ELECTRONICA

Los equipos de medición de electrónica se utilizan para crear estímulos y medir el comportamiento de los Dispositivos Bajo Prueba (DUT por sus siglas en inglés).La medición de magnitudes mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados sensores y transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a medir, como una temperatura, una posición o una concentración química. El transductor convierte estas mediciones en señales eléctricas, que pueden alimentar a instrumentos de lectura, registro o control de las magnitudes medidas. Los sensores y transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados o impracticables para los seres humanos.

Algunos dispositivos actúan de forma simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta de dos uniones de diferentes metales que generan una pequeña tensión que depende del diferencial término entre las uniones. El termistor es una resistencia especial, cuyo valor de resistencia varía según la temperatura. Un reóstato variable puede convertir el movimiento mecánico en señal eléctrica. Para medir distancias se emplean condensadores de diseño especial, y para detectar la luz se utilizan foto células. Para medir velocidades, aceleración o flujos de líquidos se recurre a otro tipo de dispositivos. En la mayoría de los casos, la señal eléctrica es débil y debe ser amplificada por un circuito electrónico. A continuación presentamos una lista de los más equipos de medición más importantes:

• Galvanómetro: mide el cambio de una determinada magnitud, como la intensidad de corriente o tensión (o voltaje). Se utiliza en la construcción de Amperímetros y Voltímetros analógicos.
• Amperímetro y pinza amperimétrica: miden la intensidad de corriente eléctrica.
• Óhmetro o puente de Wheatstone: miden la resistencia eléctrica. Cuando la resistencia eléctrica es muy alta (sobre los 1 M-ohm) se utiliza un megóhmetro o medidor de aislamiento.
• Voltímetro: mide la tensión.
• Multímetro o polímetro: mide las tres magnitudes citadas arriba, además de continuidad eléctrica y el valor B de los transistores (tanto PNP como NPN).
• Vatímetro: mide la potencia eléctrica. Está compuesto de un amperímetro y un voltímetro. Dependiendo de la configuración de conexión puede entregar distintas mediciones de potencia eléctrica, como la potencia activa o la potencia reactiva.
• Osciloscopio: miden el cambio de la corriente y el voltaje respecto al tiempo.
• Analizador lógico: prueba circuitos digitales.
• Analizador de espectro: mide la energía espectral de las señales.
• Analizador vectorial de señales: como el analizador espectral pero con más funciones de demodulación digital.
• Electrómetro: mide la carga eléctrica.
• Frecuencímetro o contador de frecuencia: mide la frecuencia.
• Reflectómetro de dominio de tiempo (TDR): prueba la integridad de cables largos.
• Capacímetro: mide la capacidad eléctrica o capacitancia.
• Contador eléctrico: mide la energía eléctrica. Al igual que el vatímetro, puede configurarse para medir energía activa (consumida) o energía reactiva.

AMPERIMETRO

ANALIZADOR LÓGICO

CONECTIVIDAD

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

Mientras que el primer dispositivo de cómputo electrónico era muy probablemente un motor de diferencia con motor eléctrico, el potencial de la computación electrónica no tuvo plena ventaja hasta 1950, cuando IBM desarrolló una línea de máquinas de tabulación controladas por tarjetas perforadas . Estas máquinas se usaban principalmente por el gobierno, tanto para la clasificación como para el almacenamiento de datos.

Para la síntesis de circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos electrónicos. A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:

• Altavoz: reproducción de sonido.
• Cable: conducción de la electricidad.
• Conmutador: reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o más.
• Interruptor: apertura o cierre de circuitos, manualmente.
• Pila: generador de energía eléctrica.
• Transductor: transformación de una magnitud física en una eléctrica 
• Visualizador: muestra de datos o imágenes.

Dispositivos analógicos

• Amplificador operacional: amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.
• condensador: almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancias.
• Diodo: rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.
• Diodo Zener: regulación de tensiones.
• Inductor: adaptación de impedancias.
• Potenciómetro: variación de la corriente eléctrica o la tensión.
• Relé: apertura o cierre de circuitos mediante señales de control.
• Resistor o Resistencia: división de intensidad o tensión, limitación de intensidad.
• Transistor: amplificación, conmutación.

Dispositivos digitales

• Biestable: control de sistemas secuenciales.
• Memoria: almacenamiento digital de datos.
• Microcontrolador: control de sistemas digitales.
• Puerta lógica: control de sistemas combinacionales.

Dispositivos de potencia

• DIAC: control de potencia.
• Fusible: protección contra sobre-intensidades.
• Tiristor: control de potencia.
• Transformador: elevar o disminuir tensiones, intensidades, e impedancia aparente.
• Triac: control de potencia.
• Varistor: protección contra sobre-tensiones.

APLICACIONES DE LA ELECTRONICA

La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación:

• Electrónica de control

Son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.

• Telecomunicaciones

A telecomunicación, o telecomunicaciones indistintamente, es el estudio y aplicación de la técnica que diseña sistemas que permitan la comunicación a larga distancia a través de la transmisión y recepción de señales. Típica mente estas señales se propagan a través de ondas electromagnéticas, pero es extensible a cualquier medio que permita la comunicación entre un origen y un destino como medios escritos, sonidos, imágenes o incluso personas.

Las telecomunicaciones son una infraestructura básica del contexto actual. La capacidad de poder comunicar cualquier orden militar o política de forma casi instantánea ha sido radical en muchos acontecimientos históricos de la Edad Contemporánea el primer sistema de telecomunicaciones moderno aparece durante la Revolución Francesa

• Electrónica de potencia

La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos. Se diferencia así este tipo de aplicación de otras de la electrónica denominadas de baja potencia o también de corrientes débiles.

En este tipo de aplicación se reencuentran la electricidad y la electrónica, pues se utiliza el control que permiten los circuitos electrónicos para controlar la conducción (encendido y apagado) de semiconductores de potencia para el manejo de corrientes y voltajes en aplicaciones de potencia. Esto al conformar equipos denominados convertidores estáticos de potencia.

De esta manera, la electrónica de potencia permite adaptar y transformar la energía eléctrica para distintos fines tales como alimentar controladamente otros equipos, transformar la energía eléctrica de continua a alterna o viceversa, y controlar la velocidad y el funcionamiento de máquinas eléctricas, etc. mediante el empleo de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores. 

HISTORIA

La historia de los dispositivos computacionales

Mientras que las computadoras como las conocemos hoy en día son invenciones muy modernas, eran apenas las primeras herramientas diseñadas para ayudar a los seres humanos con problemas y procedimientos complejos. La historia de los dispositivos de cómputo hechos por el hombre comienza mucho antes de la historia, y continúa en la actualidad. Mientras que la historia completa de los dispositivos computacionales es muy amplia, hay varios puntos importantes de inflexión históricos que le dan un bosquejo de su desarrollo.

Origenes

Los primeros dispositivos de cómputo, entre los que el ábaco es de los más conocidos, eran completamente dependientes de la manipulación humana, y eran, en cierto modo, poco más que ayudas mentales para los que realizaban cálculos reales. Estos equipos antiguos, manuales, aunque burdos para los estándares modernos de computación, jugaron un papel importante en el desarrollo humano de las herramientas matemáticas. No sólo el ábaco, invención que se remonta al 2.700 a.c. en el imperio sumerio, juega un papel importante en la evolución de los dispositivos de cómputo, todavía están en uso generalizado hoy en día, especialmente en Asia.