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Electrónica

La electrónica es una rama de la física aplicada que comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que tratan con la emisión, el flujo y el control de los electrones —u otras partículas cargadas eléctricamente— en el vacío y la materia.[1]​ La identificación del electrón en 1897, junto con la invención del tubo de vacío, que podía amplificar y rectificar pequeñas señales eléctricas, inauguraron el campo de la electrónica y la edad del electrón.[2]

Circuito electrónico sobre una placa para prototipos o protoboard.
Detalle de un circuito integrado SMD.
La placa Arduino ha permitido que el aprendizaje de la electrónica esté al alcance de muchas personas, gracias a su código libre y su enorme cantidad de dispositivos instalables y removibles en esta placa, a través de sus puertos analógicos y digitales

La electrónica trata con circuitos eléctricos que involucran componentes eléctricos activos como tubos de vacío, transistores, diodos, circuitos integrados, optoelectrónica y sensores, asociados con componentes eléctricos pasivos y tecnologías de interconexión. Generalmente los dispositivos electrónicos contienen circuitos que consisten principalmente, o exclusivamente, en semiconductores activos complementados con elementos pasivos; tal circuito se describe como un circuito electrónico.

El comportamiento no lineal de los componentes activos y su capacidad para controlar los flujos de electrones hace posible la amplificación de señales débiles. La electrónica es ampliamente utilizada en el procesamiento de datos, en las telecomunicaciones y en el procesamiento de señales. La capacidad de los dispositivos electrónicos para actuar como interruptores hace posible el procesamiento digital de la información. Las tecnologías de interconexión, como los circuitos impresos, la tecnología de empaquetado electrónico y otras formas variadas de infraestructuras de comunicación, completan la funcionalidad del circuito y transforman los componentes electrónicos mixtos en un sistema de trabajo regular, llamado sistema electrónico; son ejemplos las computadoras o los sistemas de control. Un sistema electrónico puede ser un dispositivo independiente o un componente de otro sistema diseñado.

La ciencia y tecnología eléctricas y electromecánicas se ocupan de la generación, distribución, conmutación, almacenamiento y conversión de la energía eléctrica hacia y desde otras formas de energía (usando cables, motores, generadores, baterías, interruptores, relés, transformadores, resistencias y otros componentes pasivos). Esta distinción comenzó alrededor de 1906 con la invención de Lee De Forest del triodo, que hizo posible la amplificación eléctrica de señales de radio y señales de audio débiles con un dispositivo no mecánico. Hasta 1950, este campo se denominaba «tecnología de radio» porque su aplicación principal era el diseño y la teoría de transmisores de radio, receptores y tubos de vacío.

Actualmente, la mayoría de los dispositivos electrónicos[3]​ usan componentes semiconductores para realizar el control de los electrones. El estudio de los dispositivos semiconductores y la tecnología relacionada se considera una rama de la física del estado sólido, mientras que el diseño y la construcción de los circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos concierne a la ingeniería electrónica. Este artículo se centra en los aspectos de la ingeniería de la electrónica.

Las ramas de la electrónica

La electrónica tiene las siguientes ramas:

Historia

 
Tarjeta de circuito impreso

Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica o efecto Edison,[4]​ al colocar una lámina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de carbón. Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al filamento, se producía una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho se producía porque los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energía en forma de calor, escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y, atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la lámina.

El ingeniero británico sir John Ambrose Fleming (1849-1945) aplicó el efecto Edison a un tubo para detectar las ondas hertzianas e inventó así el diodo,[4]​ primer tubo electrónico en el que se había hecho el vacío y en cuyo interior existía un ánodo (electrodo positivo) y un cátodo (electrodo negativo). Al alcanzar el estado de incandescencia, el cátodo emitía electrones con carga negativa que eran atraídos por el ánodo; es decir, el diodo actuaba como una válvula que solo dejaba pasar la corriente en un sentido.

El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906.[4]​ Este dispositivo es básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre el cátodo y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la corriente de placa. Este fue un paso muy importante para la fabricación de los primeros amplificadores de sonido, receptores de radio, televisores, etc.

Lee De Forest es considerado el "padre de la electrónica", ya que antes del triodo, solo se podía convertir la corriente alterna en corriente directa o continua, o sea, solo se construían las fuentes de alimentación, pero con la creación del triodo de vacío, vino la amplificación de todo tipo de señales, sobre todo la de audio, la radio, la TV y todo lo demás, esto hizo que la industria de estos equipos tuvieran un repunte tan grande que ya para las décadas superiores a 1930 se acuñara la palabra por primera vez de "electrónica" para referirse a la tecnología de estos equipos emergentes.

Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etc. Dentro de los perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su miniaturización.

Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain, de la Bell Telephone Company, en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las radios. El transistor de unión apareció algo más tarde, en 1949. Este es el dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica. Sus ventajas respecto a las válvulas son entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético, menores voltajes de alimentación, etc. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios para funcionar. A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando las válvulas en pequeños círculos audiófilos, porque constituyen uno de sus mitos[5]​ más extendidos.

El transistor tiene tres terminales (el emisor, la base y el colector) y se asemeja a un triodo: la base sería la rejilla de control, el emisor el cátodo, y el colector la placa. Polarizando adecuadamente estos tres terminales se consigue controlar una gran corriente de colector a partir de una pequeña corriente de base.

En 1958 se desarrolló el primer circuito integrado, que alojaba seis transistores en un único chip. En 1970 se desarrolló el primer microprocesador, Intel 4004. En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son tan vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas. La mayor división es la que distingue la electrónica analógica de la electrónica digital.

La electrónica es, por tanto, una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección en el futuro, junto con la informática.

Aplicaciones de la electrónica

La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesamiento, 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:

Sistemas electrónicos

Un sistema electrónico es un conjunto de circuitos que interactúan entre sí para obtener un resultado. Una forma de entender los sistemas electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes partes:

  1. Entradas o InputsSensores (o transductores) electrónicos o mecánicos que toman las señales (en forma de temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales de corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la fotoresistencia para medir la intensidad de la luz, etc.
  2. Circuitos de procesamiento de señales – Consisten en artefactos electrónicos conectados juntos para manipular, interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente provenientes de los transductores.
  3. Salidas u OutputsActuadores u otros dispositivos (también transductores) que convierten las señales de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda automáticamente cuando esté oscureciendo.

Básicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda (circuito procesador) y la tercera (circuito actuador).

 

Como ejemplo supongamos un televisor. Su entrada es una señal de difusión recibida por una antena o por un cable. Los circuitos de procesado de señales del interior del televisor extraen la información sobre el brillo, el color y el sonido de esta señal. Los dispositivos de salida son un tubo de rayos catódicos o monitor LCD que convierte las señales electrónicas en imágenes visibles en una pantalla y unos altavoces.

Otro ejemplo puede ser el de un circuito que ponga de manifiesto la temperatura de un proceso, el transductor puede ser un termopar, el circuito de procesamiento se encarga de convertir la señal de entrada en un nivel de voltaje (comparador de voltaje o de ventana) en un nivel apropiado y mandar la información decodificándola a un display donde nos dé la temperatura real y si esta excede un límite preprogramado activar un sistema de alarma (circuito actuador) para tomar las medida pertinentes.

Señales eléctricas

Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables entre sí.

En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de tensión o corriente estas se pueden denominar señales. Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:

  • Variable analógica–Son aquellas que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites. La mayoría de los fenómenos de la vida real dan señales de este tipo (presión, temperatura, etc.).
  • Variable digital– También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un número finito de valores. Por ser de fácil realización los componentes físicos con dos estados diferenciados, es este el número de valores utilizado para dichas variables, que por lo tanto son binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en lógica serían los valores V y F) son los que generalmente se utilizan para relacionar varias variables entre sí y con sus estados anteriores.

Voltaje

Es la diferencia de potencial generada entre los extremos de un componente o dispositivo eléctrico. También podemos decir que es la energía capaz de poner en movimiento los electrones libres de un conductor o semiconductor. La unidad de este parámetro es el voltio (V). Existen dos tipos de tensión: la continua y la alterna.

  • Voltaje continuo (VDC)–Es aquel que tiene una polaridad definida, como la que proporcionan las pilas, baterías y fuentes de alimentación.
  • Voltaje alterno (VAC)–Es aquel cuya polaridad va cambiando o alternando con el transcurso del tiempo. Las fuentes de voltaje alterno más comunes son los generadores y las redes de energía doméstica.

Corriente eléctrica

Es el flujo de electrones libres a través de un conductor o semiconductor en un sentido. La unidad de medida de este parámetro es el amperio (A). Al igual que existen voltajes continuas o alternas, las corrientes también pueden ser continuas o alternas, dependiendo del tipo de voltaje que se utiliza para generar estos flujos de corriente.

Resistencia

Es la propiedad física mediante la cual los materiales tienden a oponerse al flujo de la corriente. La unidad de este parámetro es el ohmio (Ω). La propiedad inversa es la conductancia eléctrica.

Circuitos electrónicos

Se denomina circuito electrónico a una serie de elementos o componentes eléctricos (tales como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes) o electrónicos, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas. Los circuitos electrónicos o eléctricos se pueden clasificar de varias maneras:

Por el tipo de información Por el tipo de régimen Por el tipo de señal Por su configuración
Analógicos
Digitales
Mixtos
Periódico
Transitorio
Permanente
De corriente continua
De corriente alterna
Mixtos
Serie
Paralelo
Mixtos

Circuitos analógicos

 
Hitachi J100 adjustable frequency drive chassis

La mayoría de los aparatos electrónicos de analógica, como los receptores de radio, se construyen a partir de combinaciones de unos pocos tipos de circuitos básicos. Los circuitos analógicos utilizan un rango continuo de voltaje o corriente en lugar de niveles discretos como en los circuitos digitales.

El número de circuitos analógicos diferentes que se han ideado hasta ahora es enorme, sobre todo porque un "circuito" puede definirse como cualquier cosa, desde un solo componente hasta sistemas que contienen miles de componentes.

Los circuitos analógicos se denominan a veces circuitos lineales aunque se utilizan muchos efectos no lineales en los circuitos analógicos, como mezcladores, moduladores, etc. Algunos buenos ejemplos de circuitos analógicos son los amplificadores de tubos de vacío y transistores, los amplificadores operacionales y los osciladores.

Rara vez se encuentran circuitos modernos que sean totalmente analógicos. Hoy en día, los circuitos analógicos pueden utilizar técnicas digitales o incluso de microprocesador para mejorar su rendimiento. Este tipo de circuito suele denominarse "de señal mixta" en lugar de analógico o digital.

A veces puede resultar difícil diferenciar los circuitos analógicos de los digitales, ya que tienen elementos de funcionamiento tanto lineal como no lineal. Un ejemplo es el comparador, que recibe un rango continuo de tensión pero sólo emite uno de los dos niveles de un circuito digital. Del mismo modo, un amplificador de transistor sobrecargado puede adoptar las características de un interruptor controlado que tiene esencialmente dos niveles de salida. De hecho, muchos circuitos digitales se implementan como variaciones de circuitos analógicos similares a este ejemplo... después de todo, todos los aspectos del mundo físico real son esencialmente analógicos, por lo que los efectos digitales sólo se realizan restringiendo el comportamiento analógico.

Circuitos digitales

Los circuitos digitales son circuitos eléctricos basados en un número de niveles de tensión discretos. Los circuitos digitales son la representación física más común del álgebra booleana, y son la base de todos los ordenadores digitales. Para la mayoría de los ingenieros, los términos "circuito digital", "sistema digital" y "lógica" son intercambiables en el contexto de los circuitos digitales. La mayoría de los circuitos digitales utilizan un sistema binario con dos niveles de tensión denominados "0" y "1". A menudo, el "0" lógico es un voltaje más bajo y se denomina "Bajo", mientras que el "1" lógico se denomina "Alto". Sin embargo, algunos sistemas utilizan la definición inversa ("0" es "Alto") o se basan en la corriente. A menudo, el diseñador de la lógica puede invertir estas definiciones de un circuito a otro, según le convenga para facilitar su diseño. La definición de los niveles como "0" o "1" es arbitraria.

La lógica ternaria (con tres estados) (con tres estados) se ha estudiado la lógica, y se han hecho algunos prototipos de ordenadores.

Los ordenadores, los relojes electrónicos y los controladores lógicos programables, utilizados para controlar los procesos industriales, están construidos con circuitos digitales. Los Procesadores de señales digitales son otro ejemplo.

Disipación de calor y gestión térmica

El calor generado por los circuitos electrónicos debe disiparse para evitar fallos inmediatos y mejorar la fiabilidad a largo plazo. La disipación del calor se consigue principalmente por conducción/convección pasiva. Los medios para lograr una mayor disipación incluyen disipador de calor y ventiladores para la refrigeración por aire, y otras formas de refrigeración de ordenadores como la refrigeración líquida. Estas técnicas utilizan la convección, la conducción y la radiación de la energía térmica.

Ruido

El ruido electrónico se define[6]​ como «las perturbaciones no deseadas superpuestas a una señal útil que tienden a oscurecer su contenido informativo». El ruido no es lo mismo que la distorsión de la señal causada por un circuito. El ruido está asociado a todos los circuitos electrónicos. El ruido puede ser generado electromagnéticamente o térmicamente, lo que puede disminuirse bajando la temperatura de funcionamiento del circuito. Otros tipos de ruido, como el ruido de disparo no pueden eliminarse, ya que se deben a limitaciones en las propiedades físicas.

Teoría de la electrónica

Los métodos matemáticos son parte integral del estudio de la electrónica. Para llegar a dominar la electrónica es necesario también dominar las matemáticas del análisis de circuitos.

El análisis de circuitos es el estudio de los métodos de resolución de sistemas generalmente lineales para variables desconocidas, como el voltaje en un determinado nodo o la corriente a través de un determinado camino de un red. Una herramienta analítica habitual para ello es el simulador de circuitos SPICE.

También es importante para la electrónica el estudio y la comprensión de la teoría del campo electromagnético.

Laboratorio de electrónica

Debido a la compleja naturaleza de la teoría de la electrónica, la experimentación en el laboratorio es una parte importante del desarrollo de dispositivos electrónicos. Estos experimentos se utilizan para probar o verificar el diseño del ingeniero y detectar errores. Históricamente, los laboratorios de electrónica han consistido en dispositivos y equipos electrónicos ubicados en un espacio físico, aunque en años más recientes la tendencia ha sido hacia el software de simulación de laboratorios de electrónica, como CircuitLogix, Multisim y PSpice.

Diseño asistido por ordenador (CAD)

Los ingenieros electrónicos actuales tienen la capacidad de diseñar circuitos utilizando bloques de construcción prefabricados como fuentes de alimentación, semiconductores (es decir, dispositivos semiconductores, como transistores) y circuitos integrados. Los programas de software de automatización del diseño electrónico incluyen programas de captura de esquemas y programas de diseño de circuitos impresos. Los nombres más populares en el mundo del software EDA son NI Multisim, Cadence (ORCAD), EAGLE PCB y Schematic, Mentor (PADS PCB y LOGIC Schematic), Altium (Protel), LabCentre Electronics (Proteus), gEDA, KiCad y muchos otros.

Métodos de embalaje

A lo largo de los años se han utilizado muchos métodos diferentes para conectar los componentes. Por ejemplo, la electrónica primitiva utilizaba a menudo cableado punto a punto con componentes fijados a tableros de madera para construir circuitos. Otros métodos utilizados eran el Cordwood construction y el wire wrap. En la actualidad, la mayoría de los aparatos electrónicos utilizan placas de circuito impreso fabricadas con materiales como FR4, o el más barato (y menos resistente) papel aglomerado con resina sintética (SRBP, también conocido como Paxoline/Paxolin (marcas comerciales) y FR2), caracterizado por su color marrón. La preocupación por la salud y el medio ambiente en relación con el ensamblaje de productos electrónicos ha aumentado en los últimos años, especialmente en el caso de los productos destinados a la Unión Europea.

Diseño de sistemas electrónicos

El diseño de sistemas electrónicos se ocupa de las cuestiones de diseño multidisciplinar de dispositivos y sistemas electrónicos complejos, como los teléfonos móviles y los ordenadores. El tema abarca un amplio espectro, desde el diseño y el desarrollo de un sistema electrónico hasta el aseguramiento de su correcto funcionamiento, vida útil y reciclaje.[7]​ El diseño de sistemas electrónicos es, por tanto, el proceso de definición y desarrollo de dispositivos electrónicos complejos para satisfacer los requisitos especificados del usuario.

Componentes

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 o batería: acumulador de energía eléctrica.
  • Transductor: transformación de una magnitud física en una eléctrica.
  • Visualizador: muestra de datos o imágenes.

Dispositivos analógicos (algunos ejemplos)

  • Amplificador operacional: amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.
  • Capacitor: 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: división de intensidad o tensión, limitación de intensidad.
  • Transistor: amplificación, conmutación.

Dispositivos digitales

Dispositivos de potencia

Equipos de medición

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 fotocélulas. 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 se presenta una lista de los equipos de medición más importantes:

Teoría de la electrónica

Véase también

Referencias

  1. «electronics | Devices, Facts, & History». Encyclopedia Britannica (en inglés). Consultado el 19 de septiembre de 2018. 
  2. «October 1897: The Discovery of the Electron» (en inglés). Consultado el 19 de septiembre de 2018. 
  3. author., Floyd, Thomas L.,. Electronics fundamentals : circuits, devices, and applications. ISBN 978-1-292-23880-7. OCLC 1016966297. 
  4. Floriani, Juan Carlos A. (Junio de 2006). «Sobre la Historia de la Electrónica en el Primer Centenario de su Nacimiento: La Era Termoiónica». IEEE Latin American Transactions 4 (4). Consultado el 15 de mayo de 2020. 
  5. Kite, Thomas (2001). «Signal Processing Seminar: Debunking Audio Myths». The Embedded Signal Processing Laboratory – University of Texas at Austin. 
  6. Diccionario de Términos Eléctricos y Electrónicos del IEEE ISBN 978-0-471-42806-0
  7. J. Lienig; H. Bruemmer (2017). Fundamentos del diseño de sistemas electrónicos. Springer International Publishing. p. 1. ISBN 978-3-319-55839-4. doi:10.1007/978-3-319-55840-0. 

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Electrónica.
  •   Wikilibros alberga un libro o manual sobre Electrónica.
  • Asociación de Robótica y Domótica de España A.R.D.E.
  • IEEE. Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos.
  • Foro de Robótica y Electrónica en Español.
  •   Datos: Q11650
  •   Multimedia: Electronics

electrónica, este, artículo, sección, necesita, referencias, aparezcan, publicación, acreditada, este, aviso, puesto, junio, 2015, este, artículo, trata, sobre, campo, técnico, electrónica, para, dispositivos, electrónicos, personal, doméstico, véase, consumo,. Este articulo o seccion necesita referencias que aparezcan en una publicacion acreditada Este aviso fue puesto el 2 de junio de 2015 Este articulo trata sobre el campo tecnico de la electronica Para dispositivos electronicos de uso personal domestico vease Electronica de consumo Para otros usos de este termino vease Electronica desambiguacion La electronica es una rama de la fisica aplicada que comprende la fisica la ingenieria la tecnologia y las aplicaciones que tratan con la emision el flujo y el control de los electrones u otras particulas cargadas electricamente en el vacio y la materia 1 La identificacion del electron en 1897 junto con la invencion del tubo de vacio que podia amplificar y rectificar pequenas senales electricas inauguraron el campo de la electronica y la edad del electron 2 Circuito electronico sobre una placa para prototipos o protoboard Detalle de un circuito integrado SMD Reproducir contenido multimedia La placa Arduino ha permitido que el aprendizaje de la electronica este al alcance de muchas personas gracias a su codigo libre y su enorme cantidad de dispositivos instalables y removibles en esta placa a traves de sus puertos analogicos y digitales La electronica trata con circuitos electricos que involucran componentes electricos activos como tubos de vacio transistores diodos circuitos integrados optoelectronica y sensores asociados con componentes electricos pasivos y tecnologias de interconexion Generalmente los dispositivos electronicos contienen circuitos que consisten principalmente o exclusivamente en semiconductores activos complementados con elementos pasivos tal circuito se describe como un circuito electronico El comportamiento no lineal de los componentes activos y su capacidad para controlar los flujos de electrones hace posible la amplificacion de senales debiles La electronica es ampliamente utilizada en el procesamiento de datos en las telecomunicaciones y en el procesamiento de senales La capacidad de los dispositivos electronicos para actuar como interruptores hace posible el procesamiento digital de la informacion Las tecnologias de interconexion como los circuitos impresos la tecnologia de empaquetado electronico y otras formas variadas de infraestructuras de comunicacion completan la funcionalidad del circuito y transforman los componentes electronicos mixtos en un sistema de trabajo regular llamado sistema electronico son ejemplos las computadoras o los sistemas de control Un sistema electronico puede ser un dispositivo independiente o un componente de otro sistema disenado La ciencia y tecnologia electricas y electromecanicas se ocupan de la generacion distribucion conmutacion almacenamiento y conversion de la energia electrica hacia y desde otras formas de energia usando cables motores generadores baterias interruptores reles transformadores resistencias y otros componentes pasivos Esta distincion comenzo alrededor de 1906 con la invencion de Lee De Forest del triodo que hizo posible la amplificacion electrica de senales de radio y senales de audio debiles con un dispositivo no mecanico Hasta 1950 este campo se denominaba tecnologia de radio porque su aplicacion principal era el diseno y la teoria de transmisores de radio receptores y tubos de vacio Actualmente la mayoria de los dispositivos electronicos 3 usan componentes semiconductores para realizar el control de los electrones El estudio de los dispositivos semiconductores y la tecnologia relacionada se considera una rama de la fisica del estado solido mientras que el diseno y la construccion de los circuitos electronicos para resolver problemas practicos concierne a la ingenieria electronica Este articulo se centra en los aspectos de la ingenieria de la electronica Indice 1 Las ramas de la electronica 2 Historia 3 Aplicaciones de la electronica 4 Sistemas electronicos 5 Senales electricas 6 Voltaje 7 Corriente electrica 8 Resistencia 9 Circuitos electronicos 9 1 Circuitos analogicos 9 2 Circuitos digitales 10 Disipacion de calor y gestion termica 11 Ruido 12 Teoria de la electronica 13 Laboratorio de electronica 14 Diseno asistido por ordenador CAD 15 Metodos de embalaje 16 Diseno de sistemas electronicos 17 Componentes 17 1 Dispositivos analogicos algunos ejemplos 17 2 Dispositivos digitales 17 3 Dispositivos de potencia 18 Equipos de medicion 19 Teoria de la electronica 20 Vease tambien 21 Referencias 22 Enlaces externosLas ramas de la electronica EditarLa electronica tiene las siguientes ramas Electronica digital Electronica analogica Microelectronica Diseno de circuitos Circuitos integrados Electronica de potencia Optoelectronica Dispositivos semiconductores Sistemas embebidos Electronica de audio Telecomunicaciones Nanoelectronica BioelectronicaHistoria Editar Tarjeta de circuito impreso Edison fue el primero que observo en 1883 la emision termoionica o efecto Edison 4 al colocar una lamina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producia en la ampolla de vidrio el filamento de carbon Cuando se polarizaba positivamente la lamina metalica respecto al filamento se producia una pequena corriente entre el filamento y la lamina Este hecho se producia porque los electrones de los atomos del filamento al recibir una gran cantidad de energia en forma de calor escapaban de la atraccion del nucleo emision termoionica y atravesando el espacio vacio dentro de la bombilla eran atraidos por la polaridad positiva de la lamina El ingeniero britanico sir John Ambrose Fleming 1849 1945 aplico el efecto Edison a un tubo para detectar las ondas hertzianas e invento asi el diodo 4 primer tubo electronico en el que se habia hecho el vacio y en cuyo interior existia un anodo electrodo positivo y un catodo electrodo negativo Al alcanzar el estado de incandescencia el catodo emitia electrones con carga negativa que eran atraidos por el anodo es decir el diodo actuaba como una valvula que solo dejaba pasar la corriente en un sentido El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando invento el triodo en 1906 4 Este dispositivo es basicamente como el diodo de vacio pero se le anadio una rejilla de control situada entre el catodo y la placa con el objeto de modificar la nube electronica del catodo variando asi la corriente de placa Este fue un paso muy importante para la fabricacion de los primeros amplificadores de sonido receptores de radio televisores etc Lee De Forest es considerado el padre de la electronica ya que antes del triodo solo se podia convertir la corriente alterna en corriente directa o continua o sea solo se construian las fuentes de alimentacion pero con la creacion del triodo de vacio vino la amplificacion de todo tipo de senales sobre todo la de audio la radio la TV y todo lo demas esto hizo que la industria de estos equipos tuvieran un repunte tan grande que ya para las decadas superiores a 1930 se acunara la palabra por primera vez de electronica para referirse a la tecnologia de estos equipos emergentes Conforme pasaba el tiempo las valvulas de vacio se fueron perfeccionando y mejorando apareciendo otros tipos como los tetrodos valvulas de cuatro electrodos los pentodos cinco electrodos otras valvulas para aplicaciones de alta potencia etc Dentro de los perfeccionamientos de las valvulas se encontraba su miniaturizacion Pero fue definitivamente con el transistor aparecido de la mano de Bardeen y Brattain de la Bell Telephone Company en 1948 cuando se permitio aun una mayor miniaturizacion de aparatos tales como las radios El transistor de union aparecio algo mas tarde en 1949 Este es el dispositivo utilizado actualmente para la mayoria de las aplicaciones de la electronica Sus ventajas respecto a las valvulas son entre otras menor tamano y fragilidad mayor rendimiento energetico menores voltajes de alimentacion etc El transistor no funciona en vacio como las valvulas sino en un estado solido semiconductor silicio razon por la que no necesita centenares de voltios para funcionar A pesar de la expansion de los semiconductores todavia se siguen utilizando las valvulas en pequenos circulos audiofilos porque constituyen uno de sus mitos 5 mas extendidos El transistor tiene tres terminales el emisor la base y el colector y se asemeja a un triodo la base seria la rejilla de control el emisor el catodo y el colector la placa Polarizando adecuadamente estos tres terminales se consigue controlar una gran corriente de colector a partir de una pequena corriente de base En 1958 se desarrollo el primer circuito integrado que alojaba seis transistores en un unico chip En 1970 se desarrollo el primer microprocesador Intel 4004 En la actualidad los campos de desarrollo de la electronica son tan vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas La mayor division es la que distingue la electronica analogica de la electronica digital La electronica es por tanto una de las ramas de la ingenieria con mayor proyeccion en el futuro junto con la informatica Aplicaciones de la electronica EditarLa electronica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas Los principales usos de los circuitos electronicos son el control el procesamiento la distribucion de informacion la conversion y la distribucion de la energia electrica Estos usos implican la creacion o la deteccion de campos electromagneticos y corrientes electricas Entonces se puede decir que la electronica abarca en general las siguientes areas de aplicacion Electronica de control Telecomunicaciones Electronica de potenciaSistemas electronicos EditarUn sistema electronico es un conjunto de circuitos que interactuan entre si para obtener un resultado Una forma de entender los sistemas electronicos consiste en dividirlos en las siguientes partes Entradas o Inputs Sensores o transductores electronicos o mecanicos que toman las senales en forma de temperatura presion etc del mundo fisico y las convierten en senales de corriente o voltaje Ejemplo El termopar la fotoresistencia para medir la intensidad de la luz etc Circuitos de procesamiento de senales Consisten en artefactos electronicos conectados juntos para manipular interpretar y transformar las senales de voltaje y corriente provenientes de los transductores Salidas u Outputs Actuadores u otros dispositivos tambien transductores que convierten las senales de corriente o voltaje en senales fisicamente utiles Por ejemplo un display que nos registre la temperatura un foco o sistema de luces que se encienda automaticamente cuando este oscureciendo Basicamente son tres etapas La primera transductor la segunda circuito procesador y la tercera circuito actuador Como ejemplo supongamos un televisor Su entrada es una senal de difusion recibida por una antena o por un cable Los circuitos de procesado de senales del interior del televisor extraen la informacion sobre el brillo el color y el sonido de esta senal Los dispositivos de salida son un tubo de rayos catodicos o monitor LCD que convierte las senales electronicas en imagenes visibles en una pantalla y unos altavoces Otro ejemplo puede ser el de un circuito que ponga de manifiesto la temperatura de un proceso el transductor puede ser un termopar el circuito de procesamiento se encarga de convertir la senal de entrada en un nivel de voltaje comparador de voltaje o de ventana en un nivel apropiado y mandar la informacion decodificandola a un display donde nos de la temperatura real y si esta excede un limite preprogramado activar un sistema de alarma circuito actuador para tomar las medida pertinentes Senales electricas EditarEs la representacion de un fenomeno fisico o estado material a traves de una relacion establecida las entradas y salidas de un sistema electronico seran senales variables entre si En electronica se trabaja con variables que toman la forma de tension o corriente estas se pueden denominar senales Las senales primordialmente pueden ser de dos tipos Variable analogica Son aquellas que pueden tomar un numero infinito de valores comprendidos entre dos limites La mayoria de los fenomenos de la vida real dan senales de este tipo presion temperatura etc Variable digital Tambien llamadas variables discretas entendiendose por estas las variables que pueden tomar un numero finito de valores Por ser de facil realizacion los componentes fisicos con dos estados diferenciados es este el numero de valores utilizado para dichas variables que por lo tanto son binarias Siendo estas variables mas faciles de tratar en logica serian los valores V y F son los que generalmente se utilizan para relacionar varias variables entre si y con sus estados anteriores Voltaje EditarEs la diferencia de potencial generada entre los extremos de un componente o dispositivo electrico Tambien podemos decir que es la energia capaz de poner en movimiento los electrones libres de un conductor o semiconductor La unidad de este parametro es el voltio V Existen dos tipos de tension la continua y la alterna Voltaje continuo VDC Es aquel que tiene una polaridad definida como la que proporcionan las pilas baterias y fuentes de alimentacion Voltaje alterno VAC Es aquel cuya polaridad va cambiando o alternando con el transcurso del tiempo Las fuentes de voltaje alterno mas comunes son los generadores y las redes de energia domestica Corriente electrica EditarEs el flujo de electrones libres a traves de un conductor o semiconductor en un sentido La unidad de medida de este parametro es el amperio A Al igual que existen voltajes continuas o alternas las corrientes tambien pueden ser continuas o alternas dependiendo del tipo de voltaje que se utiliza para generar estos flujos de corriente Resistencia EditarArticulo principal Resistencia electrica Es la propiedad fisica mediante la cual los materiales tienden a oponerse al flujo de la corriente La unidad de este parametro es el ohmio W La propiedad inversa es la conductancia electrica Circuitos electronicos EditarSe denomina circuito electronico a una serie de elementos o componentes electricos tales como resistencias inductancias condensadores y fuentes o electronicos conectados electricamente entre si con el proposito de generar transportar o modificar senales electronicas Los circuitos electronicos o electricos se pueden clasificar de varias maneras Por el tipo de informacion Por el tipo de regimen Por el tipo de senal Por su configuracionAnalogicosDigitalesMixtos PeriodicoTransitorioPermanente De corriente continuaDe corriente alternaMixtos SerieParaleloMixtosCircuitos analogicos Editar Articulo principal Electronica analogica Hitachi J100 adjustable frequency drive chassis La mayoria de los aparatos electronicos de analogica como los receptores de radio se construyen a partir de combinaciones de unos pocos tipos de circuitos basicos Los circuitos analogicos utilizan un rango continuo de voltaje o corriente en lugar de niveles discretos como en los circuitos digitales El numero de circuitos analogicos diferentes que se han ideado hasta ahora es enorme sobre todo porque un circuito puede definirse como cualquier cosa desde un solo componente hasta sistemas que contienen miles de componentes Los circuitos analogicos se denominan a veces circuitos lineales aunque se utilizan muchos efectos no lineales en los circuitos analogicos como mezcladores moduladores etc Algunos buenos ejemplos de circuitos analogicos son los amplificadores de tubos de vacio y transistores los amplificadores operacionales y los osciladores Rara vez se encuentran circuitos modernos que sean totalmente analogicos Hoy en dia los circuitos analogicos pueden utilizar tecnicas digitales o incluso de microprocesador para mejorar su rendimiento Este tipo de circuito suele denominarse de senal mixta en lugar de analogico o digital A veces puede resultar dificil diferenciar los circuitos analogicos de los digitales ya que tienen elementos de funcionamiento tanto lineal como no lineal Un ejemplo es el comparador que recibe un rango continuo de tension pero solo emite uno de los dos niveles de un circuito digital Del mismo modo un amplificador de transistor sobrecargado puede adoptar las caracteristicas de un interruptor controlado que tiene esencialmente dos niveles de salida De hecho muchos circuitos digitales se implementan como variaciones de circuitos analogicos similares a este ejemplo despues de todo todos los aspectos del mundo fisico real son esencialmente analogicos por lo que los efectos digitales solo se realizan restringiendo el comportamiento analogico Circuitos digitales Editar Articulo principal Electronica digital Los circuitos digitales son circuitos electricos basados en un numero de niveles de tension discretos Los circuitos digitales son la representacion fisica mas comun del algebra booleana y son la base de todos los ordenadores digitales Para la mayoria de los ingenieros los terminos circuito digital sistema digital y logica son intercambiables en el contexto de los circuitos digitales La mayoria de los circuitos digitales utilizan un sistema binario con dos niveles de tension denominados 0 y 1 A menudo el 0 logico es un voltaje mas bajo y se denomina Bajo mientras que el 1 logico se denomina Alto Sin embargo algunos sistemas utilizan la definicion inversa 0 es Alto o se basan en la corriente A menudo el disenador de la logica puede invertir estas definiciones de un circuito a otro segun le convenga para facilitar su diseno La definicion de los niveles como 0 o 1 es arbitraria La logica ternaria con tres estados con tres estados se ha estudiado la logica y se han hecho algunos prototipos de ordenadores Los ordenadores los relojes electronicos y los controladores logicos programables utilizados para controlar los procesos industriales estan construidos con circuitos digitales Los Procesadores de senales digitales son otro ejemplo Disipacion de calor y gestion termica EditarArticulo principal Disipador El calor generado por los circuitos electronicos debe disiparse para evitar fallos inmediatos y mejorar la fiabilidad a largo plazo La disipacion del calor se consigue principalmente por conduccion conveccion pasiva Los medios para lograr una mayor disipacion incluyen disipador de calor y ventiladores para la refrigeracion por aire y otras formas de refrigeracion de ordenadores como la refrigeracion liquida Estas tecnicas utilizan la conveccion la conduccion y la radiacion de la energia termica Ruido EditarArticulo principal Ruido fisica El ruido electronico se define 6 como las perturbaciones no deseadas superpuestas a una senal util que tienden a oscurecer su contenido informativo El ruido no es lo mismo que la distorsion de la senal causada por un circuito El ruido esta asociado a todos los circuitos electronicos El ruido puede ser generado electromagneticamente o termicamente lo que puede disminuirse bajando la temperatura de funcionamiento del circuito Otros tipos de ruido como el ruido de disparo no pueden eliminarse ya que se deben a limitaciones en las propiedades fisicas Teoria de la electronica EditarArticulo principal Metodos matematicos en electronica Los metodos matematicos son parte integral del estudio de la electronica Para llegar a dominar la electronica es necesario tambien dominar las matematicas del analisis de circuitos El analisis de circuitos es el estudio de los metodos de resolucion de sistemas generalmente lineales para variables desconocidas como el voltaje en un determinado nodo o la corriente a traves de un determinado camino de un red Una herramienta analitica habitual para ello es el simulador de circuitos SPICE Tambien es importante para la electronica el estudio y la comprension de la teoria del campo electromagnetico Laboratorio de electronica EditarArticulo principal Simulador de circuitos electronicos Debido a la compleja naturaleza de la teoria de la electronica la experimentacion en el laboratorio es una parte importante del desarrollo de dispositivos electronicos Estos experimentos se utilizan para probar o verificar el diseno del ingeniero y detectar errores Historicamente los laboratorios de electronica han consistido en dispositivos y equipos electronicos ubicados en un espacio fisico aunque en anos mas recientes la tendencia ha sido hacia el software de simulacion de laboratorios de electronica como CircuitLogix Multisim y PSpice Diseno asistido por ordenador CAD EditarArticulo principal Automatizacion del diseno electronico Los ingenieros electronicos actuales tienen la capacidad de disenar circuitos utilizando bloques de construccion prefabricados como fuentes de alimentacion semiconductores es decir dispositivos semiconductores como transistores y circuitos integrados Los programas de software de automatizacion del diseno electronico incluyen programas de captura de esquemas y programas de diseno de circuitos impresos Los nombres mas populares en el mundo del software EDA son NI Multisim Cadence ORCAD EAGLE PCB y Schematic Mentor PADS PCB y LOGIC Schematic Altium Protel LabCentre Electronics Proteus gEDA KiCad y muchos otros Metodos de embalaje EditarArticulo principal Encapsulado Electronica A lo largo de los anos se han utilizado muchos metodos diferentes para conectar los componentes Por ejemplo la electronica primitiva utilizaba a menudo cableado punto a punto con componentes fijados a tableros de madera para construir circuitos Otros metodos utilizados eran el Cordwood construction y el wire wrap En la actualidad la mayoria de los aparatos electronicos utilizan placas de circuito impreso fabricadas con materiales como FR4 o el mas barato y menos resistente papel aglomerado con resina sintetica SRBP tambien conocido como Paxoline Paxolin marcas comerciales y FR2 caracterizado por su color marron La preocupacion por la salud y el medio ambiente en relacion con el ensamblaje de productos electronicos ha aumentado en los ultimos anos especialmente en el caso de los productos destinados a la Union Europea Diseno de sistemas electronicos EditarArticulo principal Ingenieria de sistemas El diseno de sistemas electronicos se ocupa de las cuestiones de diseno multidisciplinar de dispositivos y sistemas electronicos complejos como los telefonos moviles y los ordenadores El tema abarca un amplio espectro desde el diseno y el desarrollo de un sistema electronico hasta el aseguramiento de su correcto funcionamiento vida util y reciclaje 7 El diseno de sistemas electronicos es por tanto el proceso de definicion y desarrollo de dispositivos electronicos complejos para satisfacer los requisitos especificados del usuario Componentes EditarPara la sintesis de circuitos electronicos se utilizan componentes electronicos e instrumentos electronicos A continuacion se presenta una lista de los componentes e instrumentos mas importantes en la electronica seguidos de su uso mas comun Altavoz reproduccion de sonido Cable conduccion de la electricidad Conmutador reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o mas Interruptor apertura o cierre de circuitos manualmente Pila o bateria acumulador de energia electrica Transductor transformacion de una magnitud fisica en una electrica Visualizador muestra de datos o imagenes Dispositivos analogicos algunos ejemplos Editar Amplificador operacional amplificacion regulacion conversion de senal conmutacion Capacitor almacenamiento de energia filtrado adaptacion impedancias Diodo rectificacion de senales regulacion multiplicador de tension Diodo Zener regulacion de tensiones Inductor adaptacion de impedancias Potenciometro variacion de la corriente electrica o la tension Rele apertura o cierre de circuitos mediante senales de control Resistor division de intensidad o tension limitacion de intensidad Transistor amplificacion conmutacion Dispositivos digitales Editar Biestable control de sistemas secuenciales Memoria almacenamiento digital de datos Microcontrolador control de sistemas digitales Compuerta logica control de sistemas combinacionales Dispositivos de potencia Editar DIAC control de potencia Fusible proteccion contra sobre corrientes Tiristor interruptor semiconductor para el control de potencia Transformador elevar o disminuir voltajes corrientes e impedancia aparente Rectificador controlado de silicio SCR Triac control de potencia Varistor proteccion contra sobre voltajes Equipos de medicion EditarLos equipos de medicion de electronica se utilizan para crear estimulos y medir el comportamiento de los dispositivos bajo prueba DUT por sus siglas en ingles La medicion de magnitudes mecanicas termicas electricas y quimicas se realiza empleando dispositivos denominados sensores y transductores El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a medir como una temperatura una posicion o una concentracion quimica El transductor convierte estas mediciones en senales electricas 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 asi como en entornos inadecuados o impracticables para los seres humanos Algunos dispositivos actuan de forma simultanea como sensor y transductor Un termopar consta de dos uniones de diferentes metales que generan una pequena tension que depende del diferencial termino entre las uniones El termistor es una resistencia especial cuyo valor de resistencia varia segun la temperatura Un reostato variable puede convertir el movimiento mecanico en senal electrica Para medir distancias se emplean condensadores de diseno especial y para detectar la luz se utilizan fotocelulas Para medir velocidades aceleracion o flujos de liquidos se recurre a otro tipo de dispositivos En la mayoria de los casos la senal electrica es debil y debe ser amplificada por un circuito electronico A continuacion se presenta una lista de los equipos de medicion mas importantes Galvanometro mide el cambio de una determinada magnitud como la intensidad de corriente o tension o voltaje Se utiliza en la construccion de Amperimetros y Voltimetros analogicos Amperimetro y pinza amperimetrica miden la intensidad de corriente electrica ohmetro o puente de Wheatstone miden la resistencia electrica Cuando la resistencia electrica es muy alta sobre los 1 MW se utiliza un megohmetro o medidor de aislamiento Voltimetro mide la tension Multimetro o polimetro mide las tres magnitudes citadas arriba ademas de continuidad electrica y el valor B de los transistores tanto PNP como NPN Vatimetro mide la potencia electrica Esta compuesto de un amperimetro y un voltimetro Dependiendo de la configuracion de conexion puede entregar distintas mediciones de potencia electrica como la potencia activa o la potencia reactiva Osciloscopio miden el cambio de la corriente y el voltaje respecto al tiempo Analizador logico prueba circuitos digitales Analizador de espectro mide la energia espectral de las senales Analizador vectorial de senales como el analizador espectral pero con mas funciones de demodulacion digital Electrometro mide la carga electrica Frecuencimetro o contador de frecuencia mide la frecuencia Reflectometro de dominio de tiempo TDR prueba la integridad de cables largos Capacimetro mide la capacidad electrica o capacitancia Contador electrico mide la energia electrica Al igual que el vatimetro puede configurarse para medir energia activa consumida o energia reactiva Teoria de la electronica EditarCircuitos digitales Electronica analogicaVease tambien EditarDiseno de circuitos Electricidad Electromecanica Electronica de control Electronica de potencia Electronica de senal Hoja de especificaciones Ingenieria mecatronica Instrumentacion electronica Microelectronica Optoelectronica Transistor Valvula termoionica ReacondicionamientoReferencias Editar electronics Devices Facts amp History Encyclopedia Britannica en ingles Consultado el 19 de septiembre de 2018 October 1897 The Discovery of the Electron en ingles Consultado el 19 de septiembre de 2018 author Floyd Thomas L Electronics fundamentals circuits devices and applications ISBN 978 1 292 23880 7 OCLC 1016966297 a b c Floriani Juan Carlos A Junio de 2006 Sobre la Historia de la Electronica en el Primer Centenario de su Nacimiento La Era Termoionica IEEE Latin American Transactions 4 4 Consultado el 15 de mayo de 2020 Kite Thomas 2001 Signal Processing Seminar Debunking Audio Myths The Embedded Signal Processing Laboratory University of Texas at Austin Diccionario de Terminos Electricos y Electronicos del IEEE ISBN 978 0 471 42806 0 J Lienig H Bruemmer 2017 Fundamentos del diseno de sistemas electronicos Springer International Publishing p 1 ISBN 978 3 319 55839 4 doi 10 1007 978 3 319 55840 0 Enlaces externos Editar Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Electronica Wikilibros alberga un libro o manual sobre Electronica Asociacion de Robotica y Domotica de Espana A R D E IEEE Instituto de ingenieros electricos y electronicos Foro de Robotica y Electronica en Espanol Datos Q11650 Multimedia Electronics Obtenido de https es wikipedia org w index php title Electronica amp oldid 138877067, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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