ELECTRÓNICA

ELECTRÓNICA

En el estudio de algunas materias suele ser interesante conocer la génesis de las mismas, proporcionándonos con ello un conocimiento más amplio y contextual de lo que aprendemos. E En este tema obtendremos una visión histórica de los descubrimientos que tuvieron lugar en los dos siglos precedentes, haciendo hincapié en el desarrollo de lo que hoy en día es la electrónica. Los experimentos y descubrimientos realizados por ciertas personas fructificaron, algunas veces, en dispositivos o elementos que utilizamos a diario. En los capítulos posteriores estudiaremos el funcionamiento de estos elementos para comprender su funcionamiento y así poder utilizarles adecuadamente. 

Un breve repaso 

XIX: La luz se propagaba por un medio no observable, éter, como una onda transversal (vibraciones perpendiculares a la dirección de avance). 1873: James Clerk Maxwell en su Tratado sobre electricidad y magnetismo enuncia la naturaleza electromagnética de la luz. Hacía innecesaria la suposición de la existencia del éter, concepto Newtoniano de un marco absoluto de referencia espacio-temporal. (Físico británico). 1887: Heinrich Rudolf Hertz corrobora la teoría de Maxwell y descubre las ondas electromagnéticas, estableciendo la base técnica para la telegrafía sin hilos. (Físico alemán). 1896: Guglielmo Marconi logra enviar una señal sin hilos desde Penarth a Weston-superMare (Inglaterra). Cuatro años más tarde estas señales cruzaron el Océano Atlántico. (Ingeniero italiano).

XIX -: Albert Abraham Michelson y Edward Williams Morley. El experimento de Michelson eliminaba la suposición de la existencia del éter. Velocidad de la radiación electromagnética en el vacío es una cantidad invariante, que no depende de la velocidad de la fuente de radiación o del observador. (Físico estadounidense y Químico estadounidense).

1900: Max Planck demostró que la emisión y absorción de radiación se produce en unidades finitas de energía denominadas cuantos. (Físico alemán).

1904: John Ambrose Fleming inventa el tubo de vacío de dos elementos, diodo. (Físico británico). Albert Einstein explica algunos resultados experimentales sorprendentes en relación con el efecto fotoeléctrico externo, postulando que la radiación electromagnética puede comportarse como un chorro de partículas. (Matemático estadounidense).

1906: Lee de Forest consigue el tubo de vacío de tres elementos, tríodo. (Ingeniero estadounidense). Primera emisión de radio en USA.

1920: Creación de varias emisoras y estaciones de radio en USA. 1923: Se fundó en el Reino Unido la British Broadcasting Corporation, BBC.

1925: Louis de Broglie desarrolló el concepto paralelo que implica que la materia también puede presentar características ondulatorias además de corpusculares. (Físico francés).

1948: Bardeen, Brattain y Shockley idean una forma de controlar el paso de corriente en un dispositivo semiconductor alejado de la emisión termoiónica descubierta por Edison. Crearon lo que hoy se conoce como Transistor. (Físicos estadounidenses).

1958: Jack S. Kilby idea una forma de introducir en una oblea de Silicio resistencias, diodos, condensadores, etc. Sentó las bases de lo que hoy son los circuitos integrados.

Tubos de vacío o válvulas de vacío

Son dispositivos electrónicos que consisten en una cápsula de vacío de acero o de vidrio, con dos o más electrodos entre los cuales pueden moverse libremente los electrones. El diodo de tubo de vacío fue desarrollado por el físico inglés John Ambrose Fleming en 1904. Contiene dos electrodos: el cátodo, un filamento caliente o un pequeño tubo de metal caliente que emite electrones a través de emisión termoiónica, y el ánodo, una placa que es el elemento colector de electrones. En los diodos, los electrones emitidos por el cátodo son atraídos por la placa sólo cuando ésta es positiva con respecto al cátodo. Cuando la placa está cargada negativamente, no circula corriente por el tubo. La introducción de un tercer electrodo, llamado rejilla, interpuesto entre el cátodo y el ánodo, forma un triodo, que ha sido durante muchos años el tubo base utilizado para la amplificación de corriente. El triodo fue inventado por el ingeniero estadounidense Lee De Forest en 1906. La rejilla es normalmente una red de cable fino que rodea al cátodo y su función es controlar el flujo de corriente. Al alcanzar un potencial negativo determinado, la rejilla impide el flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo. Con potenciales negativos más bajos el flujo de electrones depende del potencial de la rejilla. La capacidad de amplificación del triodo depende de los pequeños cambios de voltaje entre la rejilla y el cátodo, que a su vez causan grandes cambios en el número de electrones que alcanzan el ánodo. Con el paso del tiempo se han desarrollado tubos más complejos con rejillas adicionales que proporcionan mayor amplificación y realizan funciones específicas. Los tetrodos disponen de una rejilla adicional, próxima al ánodo, que forma una barrera electrostática entre el ánodo y la rejilla. De esta forma previene la realimentación de la misma en aplicaciones de alta frecuencia. El pentodo dispone de tres rejillas entre el cátodo y el ánodo; la tercera rejilla, la más próxima al ánodo, refleja los electrones emitidos por el ánodo calentado por los impactos electrónicos cuando la corriente de electrones en el tubo es elevada. Los tubos con más rejillas, denominados hexodos, heptodos y octodos, se usan como convertidores y mezcladores de frecuencias en receptores de radio. Los tubos todavía desempeñan un papel importante en determinadas aplicaciones, como las etapas de potencia de los transmisores de radio y televisión o en equipos militares que deben resistir el pulso de voltaje inducido por las explosiones nucleares atmosféricas, que destruyen los transistores. 

Del triodo al transistor

Después de la Segunda Guerra Mundial, Shockley continuó con su trabajo en física del estado sólido, con la esperanza de encontrar una alternativa a los tubos de vacío, usando ahora los nuevos descubrimientos en física cuántica que lo motivaron a investigar los intrigantes semiconductores. El trabajo realizado a principios de los 40 por Russell S. Ohl en los semiconductores convenció a Shockley que debía ser posible producir una nueva forma de amplificación usando la física del estado sólido. De hecho, ya en 1939 Shockley había intentado producir, junto con Walter Brattain un amplificador de este tipo usando óxido de cobre, pero sin tener éxito. Fue John Bardeen el que logró descifrar el enigma, y en 1947 logró construir junto con Brattain el primer amplificador funcional usando Germanio. Los Laboratorios Bell acordaron otorgar licencias para el uso del transistor a cualquier firma a cambio de un pago de regalías. Sólo los fabricantes de aparatos para la sordera no tenían que pagar dichas regalías, como un tributo a la memoria de Alexander Graham Bell que en vida ayudó tanto a los sordos. Los transistores fueron usados por el público por primera vez en 1953, en la forma de amplificadores para los aparatos contra la sordera. En 1954 se desarrolló la radio de transistores (Modelo Regency) y en febrero de 1956 el Laboratorio de Computadoras Digitales de MIT empezó a desarrollar en colaboración con IBM una computadora transistorizada. En 1957-58 UNIVAC y Philco produjeron las primeras computadoras comerciales de transistores. Shockley decidió independizarse en 1955, y fundó el Laboratorio de Semiconductores Shockley en Palo Alto, California. La empresa de Shockley fue el origen de lo que hoy se conoce como el Valle del Silicio, y a pesar de lograr atraer a algunos de los científicos más connotados de su época, eventualmente fracasó debido a su falta de tacto para con sus empleados. El punto de quiebra vino en 1957, cuando sus 8 ingenieros principales se molestaron con él porque se negó a concentrarse en los transistores de Silicio, que ellos creían que serían más fácil de comercializar que los de Germanio. Ante la negativa de Shockley, los “8 traidores”, como él los llamaría después, 8 Electrónica analógica: Análisis y diseño decidieron renunciar y fundaron su propia empresa, llamada Fairchild Semiconductor, que recibió apoyo financiero del industrial Sherman Fairchild. El tiempo le daría la razón a los empleados de Shockley, y eventualmente, la mayor parte de las firmas de semiconductores de Valle del Silicio se derivarían a la exitosa Fairchild Semiconductor.