Fonaments de l'Electrònica: Components, Senyals i Automatismes

Aplicacions i Fonaments de l'Electrònica

L'electrònica és la branca de la tecnologia que estudia i aplica el comportament dels electrons en diferents materials i dispositius per generar, transmetre i processar senyals elèctrics. Aquesta disciplina és fonamental en la nostra vida quotidiana, ja que la trobem present en dispositius com els telèfons mòbils, els ordinadors, els electrodomèstics i molts altres sistemes electrònics.

Conceptes Clau

• Electricitat: És la base de l'electrònica i es defineix com el moviment dels electrons a través d'un material conductor. Aquest moviment genera un corrent elèctric utilitzat per fer funcionar dispositius electrònics.
• Electrònica: És la ciència i tecnologia que s'ocupa de l'adquisició, l'emmagatzematge, el processament i la transmissió d'informació.

Aquesta informació pot consistir en veu o música en un aparell d'àudio, en una imatge en un televisor o aparell de vídeo, o en dades en un ordinador o tauleta tàctil.

Electrònica Analògica vs. Digital

L'electrònica es classifica en dos tipus, en funció del tipus de variables o senyals que utilitza:

• Electrònica Analògica: Estudia els sistemes en els quals les variables o senyals (tensió, corrent, etc.) varien d'una manera contínua en el temps i poden prendre, teòricament, infinits valors.
• Electrònica Digital: Treballa amb variables o senyals que tenen dos únics valors o estats: «1» (nivell de tensió alt 'H') i «0» (nivell de tensió baix 'L').

El Senyal Elèctric

Parlem de senyal elèctric quan una magnitud elèctrica (tensió, corrent, etc.) canvia en el temps de tal manera que la variació pot representar algun tipus d'informació.

Un equip electrònic pot tractar la informació de forma analògica o de forma digital.

En l'electrònica analògica, la variació de la magnitud elèctrica (el senyal) és contínua i, per passar d'un valor a un altre, pot adoptar tots els valors intermedis. En contraposició, en un equip electrònic digital, el senyal digital va «a salts», passa d'un valor al següent sense poder prendre valors intermedis.

• Un senyal analògic és continu i pot prendre infinits valors.
• Un senyal digital és discontinu i només pot prendre dos valors o estats: «0» i «1».

Conversió i Avantatges del Digital

Les magnituds físiques (temperatura, velocitat, distància, etc.) són inherentment analògiques, ja que els seus valors varien de forma contínua.

Podem convertir aquests valors en digitals, expressats amb zeros i uns. Hi ha circuits específics destinats a realitzar aquesta funció (convertidors analògic-digital) que poden ser més o menys precisos en funció de la quantitat de zeros i uns que utilitzin per representar el valor de la magnitud.

Els sistemes digitals presenten clars avantatges respecte dels analògics:

• Més facilitat per tractar, comparar, calcular, emmagatzemar i recuperar informació.
• Són més ràpids, més fiables i més precisos.
• Són més econòmics, menys voluminosos i programables.

Actualment, és més fàcil tractar un senyal digital que un d'analògic.

Components Electrònics Bàsics

Un circuit electrònic està format per un conjunt d'elements, anomenats components electrònics, els quals estan interconnectats entre ells, normalment mitjançant soldadura, a una placa de circuit imprès.

1. Resistors: Components que s'oposen al pas del corrent elèctric (resistència elèctrica). S'utilitzen per controlar la intensitat del corrent o dividir tensions. Tenen un codi de colors.
2. Condensadors: Elements que emmagatzemen càrrega elèctrica i alliberen energia de forma controlada. Funcionen com a petits "dipòsits" de càrrega en un circuit.
3. Relés: Dispositius electromecànics que actuen com a interruptors controlats elèctricament. Un corrent petit activa un electroimant que obre o tanca un circuit més potent.
4. Díodes: Components que permeten el pas del corrent en una sola direcció (de l'ànode al càtode). S'usen per rectificar corrent altern a continu.
5. Transistors: Dispositius semiconductors que amplifiquen senyals o actuen com a interruptors electrònics. Són fonamentals en circuits digitals i analògics.
6. Circuits Integrats (CI): Petites peces que contenen múltiples components (transistors, resistors, etc.) interconnectats en un xip de silici. Realitzen funcions complexes, com en microprocessadors.

Components dels Automatismes i Sistemes de Control

Els automatismes són sistemes que executen tasques de manera autònoma sense intervenció humana constant. Estan formats per diferents components essencials:

1. Sensors i Detectors

   Dispositius que capturen informació de l'entorn i la transformen en senyals elèctrics.

   • Sensor de Llum (Fotoresistència/LDR)

     • Mesura la intensitat lumínica.
     • La seva resistència varia amb la llum (baixa resistència amb molta llum, alta en foscor).
     • Exemple: Encès automàtic de llums al capvespre.

   • Detector de Llum Infraroja (IR)

     • Detecta radiació infraroja (invisible als humans).
     • Usat en sistemes de seguretat o comandaments a distància (telecontrols).

   • Sensor de Temperatura (Termistor)

     • Canvia la seva resistència en funció de la temperatura.
     • Tipus: NTC (resistència baixa amb temperatura alta) o PTC (resistència alta amb temperatura alta).
     • Exemple: Termòstats en calefaccions o neveres.

   • Sensor de Presència per Ultrasons

     • Emet ones d'ultrasons i mesura el rebot per detectar objectes o moviment.
     • Usat en portes automàtiques o sistemes antixocs de cotxes.

2. Actuadors

   Dispositius que transformen senyals elèctrics en accions físiques (moviment, llum, so, etc.).

   • Motor Elèctric: Converteix electricitat en moviment rotatori.
   • Electroimant: Genera un camp magnètic quan hi passa corrent.
   • Llum/LED: S'encén o s'apaga segons el senyal.
   • Altaveu: Converteix senyals elèctrics en so.

3. Elements Auxiliars

   Components que ajuden al funcionament i la protecció del sistema.

   • Font d'Alimentació: Proporciona energia elèctrica (piles, transformadors).
   • Interruptors i Polsadors: Activen/desactiven el circuit manualment.
   • Relé: Interruptor electromagnètic per controlar circuits de major potència.
   • Fusible: Protegeix el circuit de sobrecàrregues (es fon si hi ha excés de corrent).

4. Controlador

   És el "cervell" de l'automatisme. Processa les dades dels sensors i envia ordres als actuadors.

   Exemples de Controladors i Automatismes

   • Un microcontrolador (com l'Arduino o la Micro:Bit) programat per encendre un ventilador quan el sensor de temperatura detecta calor.
   • Un temporitzador que activa un reg automàtic a una hora concreta.