Los circuitos electrónicos son partes integrales de casi todos los avances tecnológicos que se están haciendo en nuestras vidas hoy. La televisión, la radio, los teléfonos y las computadoras me vienen a la mente de inmediato, pero la electrónica también se usa en automóviles, electrodomésticos de cocina, equipos médicos y controles industriales. En el corazón de estos dispositivos hay componentes activos, o componentes del circuito que controlan electrónicamente el flujo de electrones, como los semiconductores. Sin embargo, estos dispositivos no podrían funcionar sin componentes pasivos mucho más simples que son anteriores a los semiconductores por muchas décadas. A diferencia de los componentes activos, los componentes pasivos, como resistencias, condensadores e inductores, no pueden controlar el flujo de electrones con señales electrónicas.
Resistencia
Como su nombre lo indica, una resistencia es un componente electrónico que resiste el flujo de corriente eléctrica en un circuito.
En metales como la plata o el cobre, que tienen una alta conductividad eléctrica y, por lo tanto, una baja resistividad, los electrones pueden saltar libremente de un átomo al siguiente, con poca resistencia.
La resistencia eléctrica de un componente del circuito se define como la relación del voltaje aplicado a la corriente eléctrica que fluye a través de él, de acuerdo con HyperPhysics, un sitio web de recursos de física alojado por el departamento de física y astronomía de la Universidad Estatal de Georgia. La unidad estándar de resistencia es el ohm, que lleva el nombre del físico alemán Georg Simon Ohm. Se define como la resistencia en un circuito con una corriente de 1 amperio a 1 voltio. La resistencia se puede calcular usando la ley de Ohm, que establece que la resistencia es igual al voltaje dividido por la corriente, o R = V / I (más comúnmente escrito como V = IR), donde R es resistencia, V es voltaje e I es corriente.
Las resistencias generalmente se clasifican como fijas o variables. Las resistencias de valor fijo son componentes pasivos simples que siempre tienen la misma resistencia dentro de los límites de corriente y voltaje prescritos. Están disponibles en una amplia gama de valores de resistencia, desde menos de 1 ohm hasta varios millones de ohmios.
Las resistencias variables son dispositivos electromecánicos simples, como controles de volumen e interruptores de atenuación, que cambian la longitud efectiva o la temperatura efectiva de una resistencia cuando gira una perilla o mueve un control deslizante.
Inductancia
Un inductor es un componente electrónico que consiste en una bobina de alambre con una corriente eléctrica que lo atraviesa, creando un campo magnético. La unidad de inductancia es Henry (H), que lleva el nombre de Joseph Henry, un físico estadounidense que descubrió la inductancia de forma independiente casi al mismo tiempo que el físico inglés Michael Faraday. Una henry es la cantidad de inductancia que se requiere para inducir 1 voltio de fuerza electromotriz (la presión eléctrica de una fuente de energía) cuando la corriente cambia a 1 amperio por segundo.
Una aplicación importante de los inductores en los circuitos activos es que tienden a bloquear las señales de alta frecuencia mientras dejan pasar las oscilaciones de baja frecuencia. Tenga en cuenta que esta es la función opuesta de los condensadores. La combinación de los dos componentes en un circuito puede filtrar selectivamente o generar oscilaciones de casi cualquier frecuencia deseada.
Con la llegada de los circuitos integrados, como los microchips, los inductores se están volviendo menos comunes, porque las bobinas 3D son extremadamente difíciles de fabricar en circuitos impresos 2D. Por esta razón, los microcircuitos están diseñados sin inductores y utilizan condensadores en su lugar para lograr esencialmente los mismos resultados, según Michael Dubson, profesor de física en la Universidad de Colorado Boulder.
Capacidad
La capacitancia es la capacidad de un dispositivo para almacenar carga eléctrica, y como tal, el componente electrónico que almacena la carga eléctrica se llama capacitor. El primer ejemplo de un condensador es el frasco de Leyden. Este dispositivo fue inventado para almacenar una carga eléctrica estática en una lámina conductora que cubría el interior y el exterior de un frasco de vidrio.
El condensador más simple consiste en dos placas conductoras planas separadas por un pequeño espacio. La diferencia de potencial, o voltaje, entre las placas es proporcional a la diferencia en la cantidad de carga en las placas. Esto se expresa como Q = CV, donde Q es carga, V es voltaje y C es capacitancia.
La capacitancia de un capacitor es la cantidad de carga que puede almacenar por unidad de voltaje. La unidad para medir la capacitancia es el faradio (F), llamado así por Faraday, y se define como la capacidad de almacenar 1 coulomb de carga con un potencial aplicado de 1 voltio. Un coulomb (C) es la cantidad de carga transferida por una corriente de 1 amperio en 1 segundo.
Para maximizar la eficiencia, las placas de condensadores se apilan en capas o se enrollan en bobinas con un espacio de aire muy pequeño entre ellas. Los materiales dieléctricos, materiales aislantes que bloquean parcialmente el campo eléctrico entre las placas, a menudo se usan dentro del espacio de aire. Esto permite que las placas almacenen más carga sin arquearse ni acortarse.
Los condensadores a menudo se encuentran en circuitos electrónicos activos que usan señales eléctricas oscilantes como las de las radios y los equipos de audio. Pueden cargarse y descargarse casi instantáneamente, lo que les permite ser utilizados para producir o filtrar ciertas frecuencias en los circuitos. Una señal oscilante puede cargar una placa del condensador mientras la otra placa se descarga, y luego, cuando se invierte la corriente, cargará la otra placa mientras se descarga la primera placa.
En general, las frecuencias más altas pueden pasar a través del condensador, mientras que las frecuencias más bajas están bloqueadas. El tamaño del condensador determina la frecuencia de corte por la cual las señales se bloquean o dejan pasar. Los condensadores en combinación se pueden usar para filtrar las frecuencias seleccionadas dentro de un rango específico.
Los supercondensadores se fabrican utilizando nanotecnología para crear capas de materiales de supertina, como el grafeno, para lograr capacidades que son de 10 a 100 veces mayores que las de los condensadores convencionales del mismo tamaño; pero tienen tiempos de respuesta mucho más lentos que los condensadores dieléctricos convencionales, por lo que no pueden usarse en circuitos activos. Por otro lado, a veces se pueden usar como fuente de alimentación en ciertas aplicaciones, como en los chips de memoria de la computadora, para evitar la pérdida de datos cuando se corta la alimentación principal.
Los condensadores también son componentes críticos de los dispositivos de temporización, como los desarrollados por SiTime, una empresa con sede en California. Estos dispositivos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde teléfonos móviles hasta trenes de alta velocidad y comercio en el mercado de valores. Conocido como MEMS (sistemas microelectromecánicos), el pequeño dispositivo de temporización se basa en condensadores para funcionar correctamente. "Si el resonador no tiene el condensador y la capacidad de carga correctos, el circuito de temporización no se iniciará de manera confiable y, en algunos casos, dejará de oscilar por completo", dijo Piyush Sevalia, vicepresidente ejecutivo de marketing de SiTime.
Este artículo fue actualizado el 16 de enero de 2019 por la colaboradora de Live Science Rachel Ross.
