Clase 7:
¿Qué significa analógico? ¿Y digital?
En general, decimos que algo es analógico si puede tomar un conjunto continuo de valores, mientras que algo es digital si sólo puede tomar unos valores concretos. Por ejemplo, la escala de grises es analógica, ya que existen una infinidad de tonalidades intermedias entre el negro y el blanco. Por el contrario, el código de colores de un semáforo es digital: puede estar en rojo, en ámbar o en verde, pero nunca el colores intermedios.
Analógico
Digital
Ahora vamos a ver dos ejemplos relacionados con los circuitos eléctricos:
a) En el siguiente circuito, que ya hemos estudiado anteriormente, se puede regular la cantidad de corriente que pasa por la bombilla variando el valor de la resistencia del potenciómetro. Cuanto mayor sea la resistencia menos brillará la bombilla y viceversa. Por tanto, la bombilla puede pasar por un gran número de intensidades desde estar completamente apagada hasta el máximo de luz:
Este circuito es un circuito analógico. El motivo es simple, la corriente, y por tanto el brillo de la bombilla, puede tomar un número indefinido de valores continuos.
b) Por el contrario, en el siguiente circuito, la bombilla sólo puede tener un cierto número de estados. En este caso en concreto sólo puede tomar dos valores: encendida (si se cierra el interruptor y circula corriente) o apagada (si el interruptor está abierto y por tanto no circula corriente).
Por ese motivo, decimos que este circuito es digital. Es más, como el número de estados que puede tomar es dos (o hay corriente o no la hay) decimos que es un circuito digital binario.
Electrónica analógica vs electrónica digital.
Como ya explicábamos al principio del tema, los circuitos electrónicos (los que utilizan dispositivos semiconductores) se usan fundamentalmente en aparatos donde hay que transmitir información (móviles, ordenadores, radios…). Sin embargo, en esta página vamos a ver que existen dos tipos de circuitos electrónicos:
- Circuitos electrónicos analógicos.
- Circuitos electrónicos digitales.
Serán circuitos electrónicos analógicos aquellos cuya corriente pueda tomar un conjunto continuo de valores. Por el contrario serán circuitos digitales aquellos que funcionen con corrientes que sólo pueden tomar unos valores en concreto. Es más, los circuitos eléctrónicos digitales sólo funcionan con dos valores de corriente: o hay corriente o no la hay, así de simple.
Más adelante vas a entender por qué, de los dos tipos de electrónica existentes, la electrónica digital es la que se suele utilizar a la hora de transmitir mensajes de una manera fiable. Ya te anticipo que sin la electrónica digital enviar un whatsapp, ver una foto en Facebook, mandar un correo electrónico o ver un vídeo en YouTube no sería posible.
¿Cómo nos podemos comunicar?
Imagina que quieres transmitir un mensaje a un amigo. Existen múltiples posibilidades:
- Si tu amigo está cerca de tí, en la misma habitación por ejemplo, lo más sencillo probablemente sea que le hables directamente. ¡Asunto resuelto!
- Sin embargo imagina que está cerca de ti, pero hay otra persona próxima y no quieres que se entere de lo que vas a decirle. Entonces una solución sería crear un código secreto entre ambos. Por ejemplo, podéis utilizar un código de sonidos. Si asignáis a cada letra un número podéis, con mucha paciencia, comunicaros dando, por ejemplo, golpecitos en una mesa. Un golpe puede representar la letra «a», dos golpes la «b», y así sucesivamente. Lo sé, no es práctico y se tardaría mucho tiempo en enviar un mensaje, pero funcionar funcionaría, y algunos mensajes sencillos podrían ser fácilmente transmitidos.
- Ahora imagina que el problema es que deseas comunicarte con un amigo que se encuentra a mucha distancia, a 500 metros por ejemplo, y por tanto ni la comunicación oral ni los golpecitos son una opción válida. En ese caso una solución puede ser utilizar el mismo código que en el ejercicio anterior, pero cambiando los golpecitos en la mesa por una señal luminosa. Si dispones de una linterna con cierta potencia sería sencillo: un pulso de luz es la letra «a», dos pulsos la letra «b»…
- Por último, imagina que la distancia es mucho mayor, unos cuantos kilómetros por ejemplo, y por tanto ya resulta imposible ver los pulsos de luz de una linterna. En ese caso tal vez debieras plantearte otras soluciones como recurrir a las señales de humo, por ejemplo.
Algunos de estos métodos de comunicación nos pueden parecer absurdos, hoy en día es muy fácil comunicarse gracias a la electrónica, sin embargo, esto no siempre ha sido así. Es más, si entiendes el fundamento de las anteriores técnicas de comunicación tienes mucho ganado, ya que la comunicación mediante un teléfono móvil o un ordenador no difiere tanto de los ejemplos anteriores.
Todos los aparatos que utilizamos hoy en día para enviar mensajes se basan en el envío de impulsos eléctricos (similares a los golpecitos en la mesa o a los pulsos de luz de la linterna) que viajan, o bien por un cable (comunicación alámbrica) o bien por el aire mediante ondas electromagnéticas (comunicación inalámbrica). Pero la idea, como vamos a ver, es muy similar, simplemente hay que encontrar un código que nos permita convertir el mensaje que queremos enviar en una señal eléctrica.
Comunicación alábrica (por cable)
Comunicación inalámbrica (por ondas electromagnéticas)
Señales analógicas y digitales.
Vamos a ver un ejemplo. Supón que quieres transmitir un mensaje, por ejemplo el número «3674». Una posibilidad sería utilizar una señal analógica para hacerlo. Es decir, podrías enviar una corriente eléctrica en la que el número de voltios se correspondiera con cada una de las cifras del número. Si al otro extremo del conductor conectas un multímetro y vas leyendo los diferentes valores de voltaje que van llegando podrás descifrar el mensaje sin problemas ¿no?:
En la imagen de arriba puedes ver cómo cada uno de los picos de la onda llegan hasta un cierto nivel de voltaje, de tal manera que leyendo los valores de voltaje de la señal es posible deducir qué mensaje está transportando. Es más, si el mensaje que deseamos transmitir contuviera letras además de números, la solución sería sencilla, asignar a cada letra un número, por ejemplo, si a la letra «a» le asignamos el número 15 simplemente tendríamos que enviar un pulso de 15 voltios para representar dicha letra.
Este sistema de transmisión de información sería perfecto si no fuera por un pequeño detalle. Existen múltiples factores que provocan interferencias en las señales eléctricas que se transportan a través de conductores y también en las que viajan por el aire en forma de ondas electromagnéticas. A esas interferencias se les conoce con el nombre de ruido. La mera presencia de un electrodoméstico o un aparato electrónico puede hacer que una señal eléctrica se vea ligeramente alterada.
Por ese motivo, es muy probable que la señal original (la de arriba) llegue al receptor algo desfigurada. En las imágenes de abajo se ha representado la misma señal de arriba pero con un ruido de +/- medio voltio (imagen izquierda) y con un ruido de +/- un voltio (imagen derecha). Es decir, en la señal de la izquierda si la señal original era de 7V debido al ruido la señal recibida puede ser desde 6,5 a 7,5 voltios. Y en la imagen de la derecha debido al ruido la distorsión podría ir desde los 6 hasta los 8 voltios. Como puedes ver, el ruido provoca que pueda llegar a ser imposible averiguar qué mensaje está siendo transmitido:
Al transmitir un mensaje con una señal analógica es muy probable que se pierda cierta información.
La solución para evitar esto consiste en utilizar una señal digital, es decir, una señal que sólo toma unos valores en concreto (normalmente sólo dos). En la imagen de abajo puedes ver cómo se ha podido representar el mismo número de arriba pero utilizando sólo dos valores de voltaje (0 y 5 voltios). Para ello simplemente se han enviado tantos pulsos como el número que se quería representar (3 para el 3, 4 para el 4…) dejando un espacio más largo de separación entre un número y otro:
Por supuesto, en este caso, la señal también puede verse modificada por las interferencias del ambiente. En las imágenes de abajo se ha representado la misma señal de arriba pero con un cierto ruido. +/- medio voltio en la imagen de arriba y +/- un voltio en la de abajo. Puedes comprobar cómo, en este caso, los pulsos se siguen distinguiendo sin ningún problema, y por este motivo la información no llega a perderse a pesar del ruido:
Al transmitir un mensaje con una señal digital es mucho más difícil que se pierda información.
Este es el motivo por el que los aparatos que necesitan trasmitir información lo suelan hacer mediante señales digitales. Un buen ejemplo de ello es el cambio de la televisión analógica a la televisión digital terrestre (TDT) que se produjo en España en el año 2010. Dicho cambio permitió que la calidad de las imágenes que se transmitían a los televisores de todo el país mejoraran mucho, ya que al tratarse de un sistema digital es muy raro que se pierda información.
Antes de pasar al siguiente punto hay que señalar una desventaja de la comunicación con señales digitales frente a las señales analógicas. Seguro que te has fijado en que, para transmitir un mismo mensaje, la señal digital era mucho más larga que la analógica. Es decir, para transmitir un mismo mensaje, una señal digital necesita más tiempo que una analógica. Sin embargo, hoy en día los apratos electrónicos trabajan a una velocidad altísima y gracias a esto el tiempo que tardan en recibir las señales no es un factor determinante.
La tabla ASCII.
En este punto vamos a aprender el código que se utiliza para transmitir información con señales eléctricas digitales. Como hemos anticipado antes, lo que se hace es asignar a cada caracter (letras, números y otros símbolos como «+», «?», «;»…) un determinado número que lo identifica. Esos números que se asignan a cada caracter se recogen en la llamada tabla ASCII que puedes ver abajo. Por ejemplo, el símbolo «%» se corresponde con el número 37, la letra «S» mayúscula se corresponde el 83 y el número «1» con el número 49. Los primeros 31 números de la tabla están reservados para otras funciones, no se corresponden con ningún caracter.
Esta tabla es utilizada por todos los países del mundo, de lo contrario sería completamente imposible establecer una comunicación entre dos dispositivos de paises distintos.
Vamos a er un ejemplo concreto. Imagina que quieres enviar el mensaje «Hola!» a un amigo por WhatsApp. Cada vez que pulsas un caracter (número, letra o símbolo) en el teclado de tu móvil u ordenador lo que en realidad estás marcando es el código de la tabla ASCII correspondiente a ese caracter. En el caso de nuestro mensaje esos códigos son:
72 111 108 97 33
¡CURIOSIDAD! Si no te terminas de creer que lo que realmente estás haciendo cuando pulsas una tecla del móvil o del ordenador es introducir el código correspondiente te la tabla ASCII te invito a que hagas la siguiente prueba.
Coge tu ordenador y abre un navegador de internet o un programa en el que puedas escribir como el word o el bloc de notas. A continuación presiona la tecla Alt y sin soltar escribe el código ASCII de la letra que quieras escribir (Alt + 109, por ejemplo para la letra «m»). Verás como aparece esa letra. El motivo es que tu ordenador sabe conoce la correspondencia entre los códigos de la tabla ASCII y todos los caracteres.
Sin embargo, hemos quedado en que la mejor manera de transmitir información es con una señal digital (no analógica), por tanto no podemos enviar los números 72, 111, 108… directamente. Antes los tendremos que convertir a un nuevo sistema de numeración que sólo emplea dos cifras (ceros y unos): el sistema de numeración binario.
Una vez hecho esto será muy sencillo crear una señal eléctrica digital que represente a los diferentes números ya que podremos:
- Representar los ceros con una ausencia de corriente eléctrica.
- Y los unos una corriente eléctrica de un determinado voltaje, que dependiendo del aparato podrá ser de 3 voltios, de 5 o incluso de más.