Electrónica Analógica · Tema 02

Analógica vs. digital

Continua contra niveles: qué pierde y qué gana cada mundo, y los puentes ADC y DAC que los unen.

01 · Punto de partida

El volumen y el control remoto

La perilla de volumen gira continua (infinitas posiciones); el control remoto manda pasos discretos (subir/bajar de a uno). Misma intención, dos representaciones: el mundo físico es analógico, tu programa vive en digital. Toda la electrónica moderna es el diálogo entre ambos.

Este tema define cada mundo, los compara sin fanatismo y presenta los puentes: ADC (mundo → bits) y DAC/PWM (bits → mundo).

  • ¿Qué hace analógica a una señal?
  • ¿Qué significa 0/1 en voltios reales?
  • ¿Qué se pierde al digitalizar?
  • ¿Cómo vuelven los bits al mundo físico?

02 · Analógica

Continua en todo

Entre 2,0 y 2,1 V hay infinitos valores posibles (2,05; 2,053; ...): la señal recorre un continuo sin escalones, y lo hace en todo instante (sin reloj que la congele). Ejemplos: voz en micrófono, temperatura en NTC, rizado de fuente, luz en LDR.

∞

Resolución infinita

En teoría, detalle ilimitado: 2,0531 V es distinto de 2,0532 V. En la práctica, el ruido pone el piso (Tema 27).

⏱

Tiempo continuo

Siempre viva, sin muestreo: lo que pasa entre dos instantes también existe y también importa.

⚠

Frágil al ruido

Cualquier interferencia se suma al valor: no hay forma de distinguir señal de ruido después (Tema 27).

03 · Digital

Niveles con margen

Digital no es “0 y 5 exactos”: son bandas con margen (ej. TTL: 0–0,8 V es 0; 2–5 V es 1; el medio es prohibido). El margen absorbe ruido: por eso lo digital viaja lejos sin degradarse.

Niveles lógicos típicos (simplificados).
FamiliaBanda 0Zona prohibidaBanda 1
TTL 5 V0 – 0,8 V0,8 – 2,0 V2,0 – 5 V
CMOS 5 V0 – 1,5 V1,5 – 3,5 V3,5 – 5 V
CMOS 3,3 V0 – 0,8 V0,8 – 2,0 V2,0 – 3,3 V

Detalle para programadores: 3,3 V y 5 V conviven con cuidado (Tema 9, curso 5): un 1 de 3,3 V (≥ 2,0) lo lee bien una entrada TTL de 5 V, pero al revés hay que verificar.

Analógica gana en

Fidelidad y simpleza

Representa el mundo tal cual, sin convertir: un transistor amplifica sin programa ni reloj.

Digital gana en

Robustez y proceso

Ruido que no cruza el margen no existe; copiar, guardar y computar son exactos y baratos.

04 · Puentes

ADC y DAC: las aduanas

Mundo analógico→ ADC →bits→ DAC →mundo analógico
ADC (curso 7)
Convierte tensión en número con N bits: 10 bits en 5 V = pasos de 4,9 mV. Lo que cae entre pasos se redondea (error de cuantización).
DAC / PWM (curso 7)
Número a tensión (DAC dedicado) o a promedio conmutado (PWM + filtro, curso 5). Así el micro “genera” analógica.
Comparador (este curso)
El puente más simple: 1 bit directo del mundo (Tema 20). Sin ADC ni programa.
Cadena del curso
Sensor → acondicionar → amplificar → [comparador o ADC] → bits → actuar. Este curso cubre hasta el corchete.

05 · Cuantizar en código

Qué pierde cada bit

Simular la digitalización: redondear una senoide a N bits y medir el error. Es lo que hará tu ADC del curso 7:

Python en tu navegador. Cambiá los bits y ejecutá: mirá cómo cae el error.

def cuantizar(v, vmin=0.0, vmax=5.0, bits=8):
    pasos = 2 ** bits - 1
    codigo = round((v - vmin) / (vmax - vmin) * pasos)
    v_q = vmin + codigo / pasos * (vmax - vmin)
    return codigo, v_q


for bits in [4, 8, 10, 12]:
    paso_mv = 5000 / (2 ** bits - 1)
    print(f"{bits} bits: paso {paso_mv:.1f} mV, error max +-{paso_mv/2:.1f} mV")

print("Muestra 2,53V a 8 bits:", cuantizar(2.53, bits=8))
print("Muestra 2,53V a 10 bits:", cuantizar(2.53, bits=10))

¿Qué error máximo tiene tu NTC (0–5 V) con el ADC de 10 bits de un micro típico?

Rampa completa cuantizada

Ver los escalones formarse al bajar los bits:

def rampa(bits=3, puntos=9):
    print(f"Rampa 0-5V a {bits} bits:")
    for k in range(puntos):
        v = 5.0 * k / (puntos - 1)
        cod, vq = cuantizar(v, bits=bits)
        print(f"  {v:.2f}V -> código {cod} -> {vq:.2f}V  {'#' * (cod + 1)}")


rampa(3)
rampa(2)

06 · Analogía programador

Float vs. int con ruido

  1. 1
    Analógica = float.

    Continuo y expresivo, pero cada operación arrastra error (ruido): sin redondeo no hay igualdad exacta.

  2. 2
    Digital = int con margen.

    Discreto y robusto: 0/1 con bandas que absorben perturbaciones, como tipos que validan rango.

  3. 3
    ADC = parsear.

    Convertir texto (mundo) a número (bits) con pérdida medida: cuantización documentada, no sorpresa.

07 · Exploración

Laboratorio: ¿analógica, digital o mixta?

Clasificá cada señal real: el laboratorio dice su mundo, por qué y dónde se estudia en la ruta.

CLASIFICADOR 02

Señal → mundo

señal → mundo

MundoAnalógica pura
Por quéContinua en t y V
Se estudia enEste curso (T3–T8)
CuidadoRuido se suma

Voz: analógica pura, continua en tiempo y valor.

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué el PWM es digital que finge analógica?
  2. ¿Qué dos señales son mixtas y dónde está la frontera?
  3. ¿Qué mundo domina tu semáforo del curso 1?
Ver respuestas sugeridas
  1. Porque es 0/1 temporizado cuyo promedio se comporta como nivel: digital en el cable, analógica en el efecto (con filtro).
  2. Pulsador (analógico con rebotes → digital con debounce) y rizado (analógico que un comparador vuelve bit).
  3. Digital puro (on/off por software... aún sin micro: estados discretos). Sus LED, sin embargo, son analógicos al atenuar.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Digital es 0 y 5 exactos»

Son bandas con margen y transiciones con tiempo de subida: el “escalón perfecto” no existe en el cable (se ve en osciloscopio, Tema 8).

«Analógica es imprecisa por naturaleza»

Es exacta hasta que el ruido manda: con buen diseño (este curso) mide mejor que muchos ADC baratos.

«PWM es una señal analógica»

Es digital con valor promedio analógico tras filtrar. Sin filtro es 0/1 puro: la “analogicidad” la pone el filtro + la inercia.

«Digitalizar no pierde nada»

Pierde resolución (pasos) y tiempo (muestreo): error de cuantización + aliasing si se muestrea mal (cursos 5 y 7).

09 · Práctica guiada

Ejercicios de dos mundos

Ejercicio 1: pasos del ADC

Con el bloque: paso y error máximo a 8, 10 y 12 bits en 0–5 V. ¿Cuál necesita tu NTC (0,5 °C ≈ 10 mV)?

Ver solución razonada

Pasos: 19,5 / 4,9 / 1,2 mV; errores ±9,8 / ±2,4 / ±0,6 mV. Para 10 mV alcanzan 10 bits (8 bits no resuelve).

Ejercicio 2: rampa de 2 bits

Ejecutá rampa(2): ¿cuántos niveles? ¿Qué tensión representa el código 3 en 0–5 V?

Ver solución

4 niveles (0–3); código 3 = 5,0 V (fondo de escala). Con 2 bits todo se ve grueso: didáctico a propósito.

Ejercicio 3: cadena completa

Dibujá la cadena NTC → divisor → seguidor → comparador → LED con los bloques del curso. ¿Qué tema cubre cada flecha?

Ver solución

Sensor T9/curso 3, divisor curso 2, seguidor T16, comparador T20, LED curso 1. El curso entero en un dibujo: guardalo para el Tema 31.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Analógica continua, digital con bandas y margen; cada una gana en lo suyo.
  • ADC digitaliza con error medible (paso/2); DAC/PWM devuelven al mundo.
  • Comparador = 1 bit sin programa (este curso).
  • PWM es digital con promedio analógico (tras filtro).
  • Cuantizar en código anticipa medir con ADC real.

Dos mundos claros y sus puentes. Ahora, a medir el continuo: en el próximo tema, amplitud en todas sus formas.