Fundamentos físicos de la informática

En este libro se abordan los fundamentos que permiten comprender la física subyacente a la operación de los circuitos digitales que constituyen la base de los aparatos electrónicos que utilizamos a diario. Ordenadores personales, teléfonos inteligentes, cámaras digitales, videoconsolas… La nuestra es una sociedad de la información, en la que cada día empleamos multitud de dispositivos. Todo ello ha sido posible gracias a la increíble evolución de la electrónica, y en particular, a los circuitos electrónicos de estado sólido. La informática tal y como la conocemos hoy en día es posible gracias a la física de semiconductores, a los transistores de silicio y a los microchips, temas que aquí se tratan, junto con un repaso a los fundamentos de la teoría de circuitos y las bases del electromagnetismo. Aunque el libro está orientado a estudiantes de primer curso de grados universitarios en informática, se ha intentado que los conceptos explicados puedan ser comprendidos, sin excesiva dificultad, por cualquier persona interesada con formación a nivel de secundaria en física y matemáticas.

ÍNDICE

I. FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

• 1 Carga eléctrica [16]
• 2 Campo eléctrico [19]
• 3 Potencial [22]
• 4 Corriente [24]
• 5 Ley de Ohm [27]
• 6 Potencia disipada [29]
• 7 Almacenamiento de energía eléctrica: condensadores [30]
• 8 Campo magnético [34]
• 9 Inducción electromagnética [36]
• 10 Bobinas [40]
• 11 Campo electromagnético [41]

II. FUNDAMENTOS DE TEORÍA DE CIRCUITOS

• 1 Resistencias [47]
• 2 Conexión en serie y paralelo [48]
• 3 Definiciones útiles [53]
• 4 Fuentes de alimentación [54]
• 5 Leyes de Kirchhoff [55]
• 6 Análisis de mallas [57]
• 7 Teoremas de Thévenin y Norton [59]
• 8 Circuitos de corriente alterna [64]

III. SEMICONDUCTORES

• 1 El átomo [73]
• 2 El sólido cristalino [76]
• 3 Bandas de energía [79]
• 4 Conductores, aislantes y semiconductores [80]
• 5 Semiconductores intrínsecos [86]
• 6 Semiconductores extrínsecos [90]
• 7 Ley de neutralidad de carga [92]
• 8 Ley de acción de masas [93]
• 9 Arrastre [94]
• 10 Difusión [98]
• 11 Generación y recombinación de portadores [100]
• 12 Semiconductores más relevantes [103]

IV. EL DIODO

• 1 Principio físico [108]
• 2 Polarización del diodo y curva característica [111]
• 3 Aproximaciones [113]
• 4 Rectificación [115]
• 5 Diodos Zener [119]
• 6 Otros tipos de diodos [121]

V. EL TRANSISTOR BIPOLAR

• 1 Principio físico [127]
• 2 Curvas características [131]
• 3 Polarización del BJT [135]
• 4 Circuito equivalente de pequeña señal [138]

VI. EL TRANSISTOR MOSFET

• 1 Principio físico [144]
• 2 Curvas características [152]
• 3 Polarización del MOSFET [155]
• 4 Circuito equivalente de pequeña señal [157]

VII. DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS

• 1 Diodos LED [163]
• 2 Láseres de semiconductor [169]
• 3 Fotodetectores [172]
• 4 Células solares [175]
• 5 Optoacopladores [177]

VIII. AMPLIFICACIÓN

• 1 Concepto de amplificación [181]
• 2 Un ejemplo: el amplificador de voltaje en fuente común [182]
• 3 El amplificador operacional [187]

IX. BASES DE ELECTRÓNICA DIGITAL

• 1 Álgebra de Boole [195]
• 2 Representación física de señales digitales [199]
• 3 Conversión de señales analógicas y digitales [201]

X. CONMUTACIÓN

• 1 Conmutación de diodos [213]
• 2 Conmutación de transistores [214]
• 3 Un ejemplo: circuito inversor en fuente común [220]
• 4 El inversor CMOS [227]
• 5 Aplicaciones del MOSFET en conmutación [232]

XI. FAMILIAS LÓGICAS Y DISEÑO CMOS

• 1 Principales familias lógicas [239]
• 2 Funcionamiento de puertas lógicas CMOS básicas [244]
• 3 Niveles lógicos y márgenes de ruido [251]
• 4 Características generales y consumo de potencia [254]
• 5 Diseño lógico CMOS [258]

XII. TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS

• 1 Obleas de semiconductor [270]
• 2 El entorno: la sala blanca [273]
• 3 Litografía [275]
• 4 Procesos tecnológicos [278]
• 5 El escalado del transistor [281]

BIBLIOGRAFÍA [287]

ÍNDICE ALFABÉTICO [289]