El Universo De Maxwell

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Analógico versus digital

Rodolfo A. Echavarría Solís

‘Hay 10 tipos de personas, las que conocen el sistema binario y las que no’.

Anónimo

 

Hace unos meses, después de décadas de uso, se dio fin en México a las transmisiones de televisión analógica, para dar paso a la televisión digital. En esta ocasión comentaremos sobre el significado, origen y aplicaciones de los dos tipos principales de electrónica.

 

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

La Real Academia Española define a la electrónica como “Estudio y aplicación del comportamiento de los electrones en diversos medios, como el vacío, los gases y los semiconductores, sometidos a la acción de campos eléctricos y magnéticos”. Esta rama de la ciencia permite el funcionamiento de prácticamente todos los equipos que utilizamos actualmente.

John Ambrose Fleming nació el 29 de noviembre de 1849, en Lancaster, Inglaterra. Desde niño sabía que quería ser ingeniero. En 1866 ingresa al University College de Londres (UCL), donde se gradúa en Ciencias en 1870. En 1877 es aceptado en la Universidad de Cambridge, donde obtiene su doctorado en 1879. En esta universidad tiene la oportunidad de asistir a los últimos cursos que impartió James C. Maxwell.

A fines del siglo XIX analiza la aplicación de un efecto en las lámparas incandescentes descubierto por Thomas A. Edison. Dicho fenómeno consiste en lo siguiente: al calentar un filamento al rojo vivo dentro de una válvula de vacío, existe un desprendimiento del material en el mismo (lo que sucede es que emite electrones).

La gran aportación de Fleming, con la cual se considera que inició la electrónica, en 1904, consistió en conectar una terminal positiva (ánodo) para que atrajera los electrones que se desprendían de la terminal negativa (cátodo). El detalle consiste en que si se invierte la polaridad de las terminales, ya no hay flujo de electrones; por lo tanto, es posible controlar la corriente para que fluya en un solo sentido.

Fleming llamó a su dispositivo de varias formas, pero el nombre que perdura hasta nuestros días es “diodo”. Trabajó con los grandes científicos e ingenieros de la época, como Edison, Marconi y Lord Kelvin. En 1885 fue invitado a ocupar la nueva cátedra de ingeniería eléctrica en el UCL, la cual ejerció durante los siguientes 41 años.

En 1929 fue nombrado caballero por la Reina de Inglaterra. Se casó dos veces. La segunda ocasión, en 1933, a la edad de 84 años, con la cantante Olive May Franks (quien era 50 años más joven), con quien vivió feliz el resto de sus días –aunque no tuvo hijos–. Sir John A. Fleming falleció el 18 de abril de 1945, en Sidmouth, Inglaterra, a los 95 años (ya que no tuvo descendencia, legó la mayor parte de su fortuna a obras de caridad).

Este tipo de electrónica se conoce como “analógica”, ya que las señales eléctricas, como el voltaje o corriente, que manejan los circuitos son “análogas” –esto es, similares–, a las señales que están representando. Por ejemplo, en un amplificador de audio, la corriente en el circuito variará de forma proporcional a las ondas sonoras que está reproduciendo. La electrónica analógica fue la base de todos los equipos electrónicos, como radios, televisiones y reproductores de música, durante décadas.

 

SISTEMA DECIMAL

El sistema numérico que utilizamos desde hace miles de años y en prácticamente todas las culturas, es el decimal. Se basa en diez números, llamados dígitos, comprendidos del 0 al 9, con los que podemos representar cualquier cantidad, y en el que cada dígito adquiere un valor dependiendo de la posición que ocupa. La primera columna de la derecha vale 1, las siguientes a la izquierda valen 10, 100, 1000 y así sucesivamente.

Por ejemplo, en el número “345”, el 5 adquiere el valor de 5 por 1, el 4 toma el valor de 4 por 10, y el 3 representa 3 por 100. Las tres cantidades sumadas nos dan el valor igual a 345, tal como se muestra a continuación:

345=300+40+5

El sistema decimal ha sido la base de todas las operaciones matemáticas que se realizan en nuestra civilización. Sin, embargo, no es el único sistema y tampoco es el más adecuado para las operaciones por computadora.

 

SISTEMA BINARIO

El primer sistema binario de la época moderna fue propuesto por Francis Bacon (1561-1626), un filósofo y oficial de alto rango del Gobierno inglés, contemporáneo de Galileo y Kepler. Durante sus años como estudiante en París desarrolló un método para enviar mensajes encriptados, el cual consistía en utilizar únicamente dos letras, y mediante quintetos de ellas representar todo el alfabeto.

Por otro lado, el matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) presentó, el tres de mayo de 1703, ante la Real Academia de Ciencias en París, la conferencia “Explication de I’aritmetique binaire” (Explicación de la aritmética binaria) en la que mostró su sistema binario. Cabe recordar que Leibniz desarrolló, de forma paralela e independiente a Isaac Newton, una de las más importantes ramas de las matemáticas: el cálculo diferencial e integral.

Su trabajo estuvo centrado en las propiedades de este sistema y no en sus aplicaciones. El sistema binario de comunicación se utilizó por primera vez en los telégrafos ópticos en Francia e Inglaterra, que consistían en la transmisión de señales de forma visual.

En el sistema binario moderno sólo se utilizan dos dígitos, el “0” y el “1”, con los que es posible representar todos los números. Al igual que en el sistema decimal, su valor depende de la posición que ocupe, pero en este caso, son potencias de 2 las que afectarán su valor: la primera columna de la derecha vale 1, la siguiente a la izquierda 2, después 4, 8, 16, y así sucesivamente.

Por ejemplo, el número “1101” representa el “13” en binario, ya que es igual al 1 por 1, más el 0 por 2, más el 1 por 4, más el 1 por 8, como se muestra a continuación:

1101=8+4+0+1=13

Por esta razón, es posible decir que hay 10 (dos) tipos de personas, las que conocen el sistema binario y las que no. Obviamente, también es posible realizar todas las operaciones matemáticas, como suma, resta, multiplicación, división y otras más complejas con este sistema.

 

ELECTRÓNICA DIGITAL

La gran ventaja del sistema binario es que se adapta perfectamente para implementarlo en circuitos electrónicos, ya que un interruptor cerrado puede ser el “1” y un interruptor abierto puede representar el “0”. Con la aparición del transistor, en 1947, inició la miniaturización de la electrónica y la aparición de las primeras computadoras modernas, las cuales pueden realizar operaciones en binario. El transistor encendido o apagado representa un “1” o un “0”. En un microprocesador actual se tienen millones de transistores prendiendo y apagando para procesar toda la información.

En la electrónica digital las señales son convertidas a códigos de “unos” y “ceros”. Por ejemplo, para la transmisión de televisión digital, las cámaras y micrófonos registran imágenes y sonidos, pero los circuitos los convierten a números binarios para su transmisión. Al llegar al televisor, estos números son convertidos nuevamente a las imágenes y sonidos que disfrutamos.

 

CONCLUSIÓN

Actualmente, la gran mayoría de los circuitos electrónicos realizan el procesamiento de las señales de forma digital, aunque la electrónica analógica sigue siendo muy importante, en particular en la adquisición de las variables, antes de ser procesadas.

Además de las computadoras, los sistemas digitales se utilizan en la música (discos compactos y archivos MP3), las memorias, los teléfonos celulares, las tabletas, los videojuegos, las cámaras fotográficas, entre otras aplicaciones. Con la aparición de la televisión digital ha sido posible alcanzar niveles muy altos de definición de la imagen, e incluso, mejores que las imágenes reales.

 

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