Inicios y desarrollo de la “Electrónica”
Pasos iniciales
En 1873 Frederick Guthrie descubrió el principio de operación de los diodos térmicos (di (dos), hodós (vías)). Guthrie descubrió que un electroscopio cargado positivamente podía descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que este lo tocara. No sucedía lo mismo con un electroscopio cargado negativamente, lo cual indicaba que el flujo de corriente era posible solamente en una dirección.
Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un resorte doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción.
Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
Edison investigaba por qué los filamentos de carbón de las bombillas se quemaban al final del terminal positivo. Él había construido una ampolla al vacío con un filamento adicional y una con una lámina metálica (placa) dentro de la lámpara eléctricamente aislada del filamento. Al usar este dispositivo, confirmó que una corriente fluía del filamento incandescente a través del vacío a la lámina metálica, pero esto solo sucedía cuando la lámina estaba conectada positivamente.
John Ambrose Fleming (Lancaster,) Ingeniero eléctrico británico, el 16 de noviembre de 1904 registró la patente de su invento, el diodo o válvula termoiónica usando el efecto Edison. Nace el llamado “diodo”, que es una válvula electrónica de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario.
Su aplicación generalizada fue la de rectificador de corriente alterna en continua, principalmente en los aparatos electrónicos que vendrían años después. También grandes rectificadores para alimentar en CC las catenarias de alimentación de los tranvías. Este descubrimiento es considerado el inicio de la electrónica.
Continúan los avances tecnológicos
A partir de 1906, el ingeniero estadounidense Lee De Forest inventó y patentó un diseño de tubo de tres elementos, añadiendo un electrodo al diodo. El diseño del triodo (tres vías), en el que la rejilla se encuentra entre el filamento y la placa, fue patentado el 29 de enero de 1907. Este dispositivo inicialmente fue usado como detector de señales inalámbricas hasta que en 1912, varios técnicos reconocieron que podía trabajar como amplificador lo que hizo que fuera utilizado con éxito para construir los primeros receptores de radio con amplificación y osciladores electrónicos.
El descubrimiento de la capacidad de amplificación del triodo en 1912 revolucionó la tecnología eléctrica, creando el nuevo campo de la electrónica. Los transmisores de radio a triodos de "onda continua" permitió la transmisión del sonido por modulación de amplitud (AM). Los receptores de radio a triodo amplificador, que ya podían impulsar altavoces, reemplazaron a las débiles radios de cristal de galena, que debían ser escuchadas con auriculares de alta impedancia. Esto dio lugar a la evolución de la radio para pasar de ser un servicio de mensajes comerciales a ser el primer medio de comunicación de masas, con el inicio de la radiodifusión alrededor de 1920.
Los triodos hicieron posible el servicio telefónico transcontinental. Los repetidores a base de tubos triodos de vacío, inventados en Bell Telephone después de su compra de los derechos, permitieron que las llamadas telefónicas viajaran más allá del límite no amplificado de aproximadamente 1300 km. La apertura por Bell de la primera línea telefónica transcontinental se celebró el 25 de enero de 1915. Otras invenciones hechas posibles por el triodo son la televisión, sistemas de megafonía, fonógrafos eléctricos y el cine sonoro.
Estado solido
Con la válvula de vacío en todas sus variantes (triodos, pentodos, etc.) se podían realizar todas las funciones electrónicas imaginables. Sin embargo, las limitaciones del dispositivo eran también bastante claras en cuanto a su tamaño, consumo de energía, tiempo de respuesta, tiempo de vida medio y fiabilidad. Estas limitaciones se pusieron claramente de manifiesto con los intentos de realizar computadoras numéricas. Fue así que los transistores vinieron a resolver estos y otros inconvenientes.
El primer transistor (Transfer - resistor) de silicio operativo fue desarrollado en los Laboratorios Bell en 1954. El primer transistor de silicio comercial fue producido por Texas Instruments en 1954 gracias al trabajo del experto Gordon Teal quien había trabajado previamente en los Laboratorios Bell en el crecimiento de cristales de alta pureza.
El transistor consta de tres partes dopadas artificialmente (impurezas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares: el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. Los transistores tienen muchas ventajas sobre las válvulas de vacío en los amplificadores. Por ejemplo, son más pequeños, consumen menos energía, producen menos calor y son más fáciles de operar. Además, ofrecen mejor calidad de señal, mayor ganancia y mayor confiabilidad. Otra de las tantas aplicaciones es que un transistor se puede utilizar como interruptor de c.c. cuando trabaja exclusivamente en corte y saturación.
El año 1959, los científicos construyeron el primer circuito integrado (chip). Un circuito integrado es un circuito electrónico miniaturizado, fabricado con finas capas de material semiconductor. Los primeros chips contenían unas decenas de transistores, a los que se llama circuitos de baja escala de integración. En la actualidad los chips tienen más de 10.000.000.000 de transistores.
Podemos decir que la mayoría (sino todos) de los dispositivos electrónicos usan componentes semiconductores para realizar el control de los electrones. El estudio de los dispositivos semiconductores y la tecnología relacionada se considera una rama de la física del estado sólido, mientras que el diseño y la construcción de los circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos concierne a la ingeniería electrónica.
Ricardo Berizzo
Ingeniero Electricista 2024.-
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