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3º ESO / Tema 3 -> Punto 1 - Introducción conceptos básicos - Contenido educativo
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Bueno, pues empezamos con la explicación del tema 3, el tema de la electrónica, es el tema más largo del curso y sobre el cual luego vamos a realizar el proyecto.
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Bien, si os fijáis, el tema tiene 6 puntos. Un primer punto donde vamos a ver una introducción, conceptos básicos, repasaremos cosas que ya hemos visto en segundo, vamos a ver que la electrónica y sobre todo lo nuevo de este año es la diferencia entre electrónica analógica y electrónica digital.
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A continuación, los puntos 2, 3 y 4, vamos a ir viendo poco a poco todos los componentes electrónicos que se utilizan en los circuitos reales. Está dividido en tres puntos porque son muchos y si no sería demasiado largo, algunos ya los hemos visto en electricidad, otros son nuevos.
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En el punto 5, una vez que ya conocemos los componentes, vamos a ver cómo se pueden conectar,
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cuáles son las tres modalidades, las tres formas de conectarlos para formar circuitos de verdad.
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Y por último, veremos las puertas lógicas, que son unos circuitos especiales de electrónica digital
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que vamos a tener que utilizar en el proyecto.
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Bueno, pues empezamos con el punto número 1 y vamos a ver cuáles son los conceptos básicos de la electrónica.
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Bien, hoy en día prácticamente no podemos vivir sin electricidad ni electrónica.
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Fijaros, cualquier electrodoméstico de las viviendas, el control de los semáforos, la iluminación de las calles, las máquinas de las fábricas y de los talleres, los aviones, los PCs, los móviles...
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Existe una gran cantidad de máquinas y sistemas, por no decir prácticamente todo lo que funciona con electricidad, que utiliza electrónica.
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Tanto electricidad como electrónica se basan en el mismo principio físico, que es el movimiento de electrones por los componentes del circuito, como ya hemos visto en primero y en segundo de la ESO para la electricidad.
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Pues la electrónica es igual por los componentes, lo que hay por su interior es movimiento de electrones. Por tanto, ¿en qué se diferencian los circuitos eléctricos de los circuitos electrónicos?
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Si os fijáis, el ejemplo que está puesto en la transparencia es un circuito eléctrico. Esto no es un circuito electrónico, es un circuito eléctrico porque tiene los componentes que hemos visto en el tema de electricidad.
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Si os fijáis, tenemos un generador, que sería la pila, que es el que produce la tensión para mover los electrones, tenemos tres lámparas, tres bombillas, que son los tres receptores que reciben esos electrones para convertir la electricidad en algo útil, que en este caso es luz, tenemos un interruptor como elemento de maniobra para encender y apagar el circuito, y luego tenemos uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis y siete cables para que los electrones tengan un camino por el que moverse.
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Bien, entonces, ¿en qué se diferencia este circuito, que es un circuito eléctrico, de los circuitos electrónicos que vamos a ver durante el tema?
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Pues hay varias diferencias.
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La primera diferencia es que en electricidad, para que haya movimiento de electrones, para que estos electrones se muevan,
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todos los componentes están hechos de materiales conductores, que normalmente van a ser metales o aleaciones
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y que casi siempre va a ser hecho de cobre, porque el cobre es un material conductor muy bueno y que además es relativamente barato.
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Sin embargo, en electrónica, aunque también vamos a ver que utilizamos materiales conductores, sin embargo existen componentes puros de electrónica porque utilizan un componente que se llama semiconductor.
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Existen dos, el silicio y el germanio, hoy en día por razones económicas, al igual que pasa con el cobre, prácticamente todo se hace de silicio.
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Luego esa es la primera diferencia, en que en electrónica solo utilizamos metales como materia prima para hacer los componentes eléctricos
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y en cambio en electrónica utilizamos un material nuevo que es el silencio.
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La segunda gran diferencia es lo que veis en la imagen.
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Los circuitos eléctricos se utilizan fundamentalmente para usos energéticos, como el que veis,
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para dar luz o para dar calor o para producir movimiento o para mover máquinas.
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El movimiento de electrones simplemente lo aprovechamos para eso, para esos cuatro usos que si recordáis son los cuatro receptores que vimos en primero y en segundo era eso. Sin embargo, en la electrónica los circuitos los utilizamos para manejar y controlar todo tipo de información. Su objetivo no es encender una luz, mover un motor, provocar calor con una resistencia o que suene algo con un timbre, sino que su objetivo es manejar información.
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Bien, pues al final en el fondo, todos los máquinas, todos los sistemas,
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pensad por ejemplo en un móvil, pensad en un PC,
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electricidad y electrónica están mezclados en los sistemas reales, ¿vale?
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De manera que el circuito electrónico lo que va a hacer es captar la información,
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manejarla, dar órdenes al circuito eléctrico
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y el circuito eléctrico es el que se va a encargar de ejecutar lo que manda el circuito eléctrico.
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Luego una parte de la parte eléctrica se encarga de actuar, de hacer cosas
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y la parte electrónica se encarga de manejar la información, dar órdenes y controlar.
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Luego ahí tenéis un chip de circuito electrónico con diferentes componentes que vamos a ver a lo largo del curso.
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Entonces, el circuito electrónico capta la información, con esa información ejecuta órdenes,
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acordaros lo que vimos el año pasado en los sistemas de control, ejecuta un programa, ejecuta instrucciones y da órdenes.
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¿A quién? Pues va a dar órdenes al circuito eléctrico.
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El circuito eléctrico recibe esas órdenes y se encarga de hacer lo que quiere el circuito electrónico y actuar en consecuencia. Si os fijáis y veis ese ejemplo con el circuito eléctrico, lo que hacemos en un circuito real es quitar los componentes de control manuales que tenemos en los circuitos eléctricos, que son los elementos de maniobra, y sustituirlos por un circuito electrónico.
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De manera que en un circuito de verdad tenemos el circuito electrónico que es el que capta las señales y maneja la información y esta información se la da al circuito eléctrico para que en este caso actúe y cuando el circuito electrónico se lo diga las bombillas se enciendan o se apagan.
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Luego en los sistemas reales electricidad y electrónica están juntas. La diferencia es el objetivo y los componentes que hemos visto en el punto anterior.
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Bien, pues los circuitos electrónicos son de dos tipos claramente diferenciados
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Hay circuitos de electrónica analógica y hay circuitos de electrónica digital
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Ahí tenéis un componente de electrónica analógica y aquí tenéis un componente con electrónica digital
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Vamos a ver cuál es la diferencia entre ambos tipos y luego vamos a ver cómo se puede convertir de analógica a digital y viceversa
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¿Qué es la electrónica analógica?
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La electrónica analógica es aquella que trabaja o funciona con señales analógicas, es decir, aquellas señales que pueden tener cualquier valor o cualquier estado posible.
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A continuación vais a ver un ejemplo y un componente que maneja.
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Aquí tenéis la señal analógica, si os fijáis, esto sería cualquier cosa, tensión, intensidad, resistencia, me da igual.
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Y si hacemos una gráfica de la amplitud, el valor de esa variable y el tiempo, veis que la señal puede valer cualquier valor.
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Aquí por ejemplo vale 1, aquí vale 2, aquí vale 3, aquí vale 5, aquí vale 0, aquí vale menos 3, aquí vuelve a valer 2, aquí vuelve a valer 1, es decir, es una señal que tiene muchísimos valores.
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Eso es una señal analógica y además, como veis, es continua en el tiempo.
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Un ejemplo de un componente analógico, pues ahí tenéis un sensor de ultrasonidos, de hecho es uno de los sensores que vamos a utilizar este año en el tema de programación para hacer ejercicios con BigBlock.
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Bien, la electrónica analógica es lo que se utilizaba hace años. Prácticamente la electrónica digital no existía.
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Hoy en día solamente ha quedado reducida aquellos circuitos de captación de señales en los sensores y alguna otra aplicación un poquito más compleja que como estamos en tercero de la ESO, pues nos la saltamos.
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Sin embargo, todo lo relacionado con tratamiento de información, con comunicaciones, con almacenar datos, es decir, prácticamente el 90% de las aplicaciones de la electrónica son electrónica digital.
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Entonces, ¿qué es la electrónica digital?
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Pues la electrónica digital es aquella que funciona con señales digitales,
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es decir, señales que solo pueden tener dos valores o estados, alto o bajo, verdadero o falso,
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cero o uno o como lo quieras llamar.
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En realidad es cero o uno, lenguaje binario, que ya vimos en el tema de los PCs,
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pues este tipo de señal que funciona con los PCs es la misma señal que utiliza la electrónica digital.
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De hecho, toda la información y todo lo que se maneja dentro de un PC o de un móvil es señal digital.
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Bien, vamos a ver a continuación cómo es una señal digital y un componente que la maneja.
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Bien, si os fijáis, la señal digital ahora, haciendo la misma gráfica de valor de la variable, tensión, resistencia, intensidad o lo que sea,
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y escala de tiempo, veis que la señal vale 1 o 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, es decir, la señal solamente puede valer o 1 o 0,
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no puede valer como antes 3, 4, 5, 6, 7, menos 8, menos 9, ahora es o 1 o 0, estoy o no estoy, abierto o cerrado.
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Ahí tenéis un componente que utiliza la electrónica digital, el componente más complejo que existe en la electrónica
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que es un microprocesador. Bien, la electrónica digital es la más utilizada hoy en día. ¿Por qué?
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Porque para el tratamiento de información, para comunicaciones, para almacenar datos, ofrece
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muchísimas más ventajas que la electrónica analógica. Vamos a verlos. En primer lugar, es mucho más
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sencillo de manejar e implementar físicamente. Es mucho más sencillo de manejar a nivel físico una
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señal que sólo puede valer 1 o 0, que en el fondo va a ser 5 voltios, 0 voltios o 0 voltios y 10
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voltios, pero no van a ser 10, 8, 7,
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4, 8. Y además
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es muy fácil de implementar físicamente.
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¿Por qué? Porque para que nosotros tengamos
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tensión o no tengamos tensión, tengamos
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intensidad o no tengamos intensidad,
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lo único que tenemos que hacer es un interruptor que
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se abre o cierra, como ya hemos visto en el tema de
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eficidad. Luego, físicamente,
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a nivel de componentes hardware, es
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mucho más fácil de implementar y
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de manejar la señal digital que
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la señal analógica.
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En segundo lugar, se transporta mucho más fácilmente.
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La señal analógica
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siempre hay que transportarla, como ya sabemos, a través de cables de metal.
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Sin embargo, la señal digital se puede transportar por cables de metal
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pero también se puede transportar utilizando cables de fibra
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en el cual ni siquiera tenemos electricidad, sino que la señal la transportamos con luz
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de manera que un cero es no hay luz y un uno es hay luz o viceversa
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y no nos hace falta ni siquiera movimiento de electrones
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ni siquiera nos hace falta electricidad para transportar la información.
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Y por último, se puede almacenar de una manera mucho más sencilla. En el fondo toda la información son ceros y unos y almacenar ceros y unos es facilísimo en la electrónica digital porque como hemos dicho solamente tenemos que almacenar dos estados, o cero o cinco voltios, o cero o diez voltios y que tengamos cero o diez voltios, cero o cinco voltios es simplemente un interruptor que ya veremos cómo lo hacemos que se abre o se cierra.
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Luego, por todas estas ventajas, hoy en día prácticamente la electrónica digital ha desplazado a la electrónica analógica y la electrónica analógica se utiliza para aquellas aplicaciones o para aquellos componentes en los que no hay más remedio que manejar señales analógicas, que en el fondo son pocas, porque dentro de todos los sistemas todo el tratamiento de la información y todo el manejo se hace de forma digital.
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Bien, pues tenemos un problema a resolver, porque como hemos dicho, hoy en día todos los circuitos electrónicos son digitales, pero sin embargo el mundo exterior es analógico, los colores, sonidos, letras, señales físicas, etc. Por ejemplo, los colores no son blanco o negro, hay muchos, no solamente tenemos dos, o no existen solamente dos letras o símbolos, tenemos la A, la B, la C, la D, 1, 2, 3, 4, símbolo de interrogación, igual, comillas, paréntesis, etc.
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O no existe solamente el número 0 o el 1, está el 0, el 1, el 2, el 3, el 40 millones, el 50 millones, etc.
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Y por último, los sonidos no son o agudos o graves, o hay sonido o no hay sonido, sino que tenemos muchísimos tonos internos.
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Luego, por tanto, para que las máquinas que funcionan con electrónica digital puedan trabajar,
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necesitamos convertir la información analógica del exterior a información digital en el interior de las máquinas.
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Por ejemplo, piensa en un PC o en un móvil, utilizando unos dispositivos que se llaman conversores de señal y que son básicamente dos tipos. Los ADCs, que son Analog Digital Converter, o sea, conversor de analógica digital, y los DAC, que son Digital Analog Converter, o sea, conversor de digital analógica.
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Para que lo veáis gráficamente, un ADC lo que hace es convertir señal analógica, que puede tener muchos valores, a señal digital, que solamente pueden ser ceros y unos. Y el DAC, el Digital Analog Converter, convierte la señal digital de nuevo a señal analógica.
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Bien, ¿cómo se hace esto? Pues ahí tenéis un ejemplo, que por ejemplo es un sistema real, un PC, en el cual veis que tenemos la magnitud física que entra, el color, el sonido, el carácter, la letra, el número, que es una señal analógica.
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esa señal la capta mi sensor
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el sensor que sea, que ya conocemos
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de cuando vimos sistemas robotizados
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y la transforma en
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ceros y unos, el ADC
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y una vez que está
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en ceros y unos, el microcontrolador
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el PC la ejecuta
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y cuando la ejecute que se acaba
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al exterior, pero antes de sacar al exterior
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la meto dentro de un
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DAC, de un conversor digital
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analógico, que de nuevo
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la pasa a analógico
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y ya de aquí directamente vamos a mi actuador que va a ser analógico.
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Luego entonces, si os fijáis, el exterior es analógico,
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el interior es digital, luego me hacen falta estos dos compresores.
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Bien, repito para que quede más claro.
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En el exterior la información es analógica, luz, sonido, imagen, texto, número.
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A continuación el ADC la convierte en señal digital.
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Dentro de la máquina se procesa en digital, el PC, el móvil o el sistema que sea.
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El DAC la convierte de nuevo a señal analógica
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y por último se entrega de nuevo al mundo exterior en forma de luz, sonido, imagen, texto, etc.
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Bien, pues con esto terminamos el punto 1 en el cual hemos visto cuál es la diferencia entre la electrónica y la electricidad
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y dentro de la electrónica hemos visto que hay dos tipos claramente diferenciados, la electrónica analógica y la electrónica digital.
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Finalmente hemos explicado un poquito cómo se produce la conversión de una a otra utilizando el ADC y el DACA.
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- Idioma/s:
- Materias:
- Tecnología
- Niveles educativos:
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- Educación Secundaria Obligatoria
- Ordinaria
- Segundo Ciclo
- Tercer Curso
- Ordinaria
- Autor/es:
- José Enrique Suárez Pascual
- Subido por:
- Jose Enrique S.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial
- Visualizaciones:
- 266
- Fecha:
- 27 de abril de 2020 - 9:22
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES ISABEL LA CATOLICA
- Duración:
- 14′ 16″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
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- Tamaño:
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