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HISTORIA DE LA ELECTRONICA

HISTORIA DE LA ELECTRONICA

Electrónica

Es la ciencia que estudia el comportamiento de los electrones libres a través de un conductor.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de la electrónica y de los campos de la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la física, más concretamente en la rama de ingeniería de materiales.

Historia

La historia de la Electrónica, como la de muchas otras ciencias, está marcada por pequeños y grandes descubrimientos. Algunos de ellos fortuitos y otros, fruto de mentes visionarias de investigadores y científicos.

Se considera que la electrónica comenzó con el diodo de vacío inventado por John Ambrose Fleming en 1904. El funcionamiento de este dispositivo está basado en el efecto Edison. Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica, al colocar una lámina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de carbón. Cuando se polarizaba positivamente la lámina metálica respecto al filamento, se producía una pequeña corriente entre el filamento y la lámina. Este hecho se producía porque los electrones de los átomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energía en forma de calor, escapaban de la atracción del núcleo (emisión termoiónica) y, atravesando el espacio vacío dentro de la bombilla, eran atraídos por la polaridad positiva de la lámina.

El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906. Este dispositivo es básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre el cátodo y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la corriente de placa. Este fue un paso muy importante para la fabricación de los primeros amplificadores de sonido, receptores de radio, televisores, etc.

Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etc. Dentro de los perfeccionamientos de las válvulas se encontraba su miniaturización.

Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain, de la Bell Telephone, en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las radios. El transistor de unión apareció algo más tarde, en 1949. Este es el dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica. Sus ventajas respecto a las válvulas son entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético, menores tensiones de alimentación, etc. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios de tensión para funcionar.

A pesar de la expansión de los semiconductores, todavía se siguen utilizando las válvulas en pequeños círculos audiófilos, porque constituyen uno de sus mitos más extendidos.

El transistor tiene tres terminales (el emisor, la base y el colector) y se asemeja a un triodo: la base sería la rejilla de control, el emisor el cátodo, y el colector la placa. Polarizando adecuadamente estos tres terminales se consigue controlar una gran corriente de colector a partir de una pequeña corriente de base.

En 1958 se desarrolló el primer circuito integrado, que alojaba seis transistores en un único chip. En 1970 se desarrolló el primer microprocesador, Intel 4004. En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son tan vastos que se ha dividido en varias disciplinas especializadas. La mayor división es la que distingue la electrónica analógica de la electrónica digital.

La electrónica es, por tanto, una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección en el futuro, junto con la informática.

 

Aplicaciones de la Electrónica

La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación:

Sistemas Electrónicos

Un sistema electrónico es un conjunto de circuitos que interactúan entre sí para obtener un resultado. Una forma de entender los sistemas electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes partes:

  1. Entradas o InputsSensores (o transductores) electrónicos o mecánicos que toman las señales (en forma de temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales de corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia para medir la intensidad de la luz, etc.
  2. Circuitos de procesamiento de señales – Consisten en piezas electrónicas conectadas juntas para manipular, interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente provenientes de los transductores.
  3. Salidas o OutputsActuadores u otros dispositivos (también transductores) que convierten las señales de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda automáticamente cuando este obscureciendo.

Básicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda (circuito procesador) y la tercera (circuito actuador).

Como ejemplo supongamos un televisor. Su entrada es una señal de difusión recibida por una antena o por un cable. Los circuitos de procesado de señales del interior del televisor extraen la información sobre el brillo, el color y el sonido de esta señal. Los dispositivos de salida son un tubo de rayos catódicos que convierte las señales electrónicas en imágenes visibles en una pantalla y unos altavoces. Otro ejemplo puede ser el de un circuito que ponga de manifiesto la temperatura de un proceso, el transductor puede ser un termocouple, el circuito de procesamiento se encarga de convertir la señal de entrada en un nivel de voltaje (comparador de voltaje o de ventana) en un nivel apropiado y mandar la información decodificándola a un display donde nos dé la temperatura real y si esta excede un límite preprogramado activar un sistema de alarma (circuito actuador) para tomar las medida pertinentes.

 

Señales Electrónicas

Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables.

En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden denominar comúnmente señales.Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:

  • Variable analógica–Son aquellas que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites. La mayoría de los fenómenos de la vida real dan señales de este tipo. (presión, temperatura, etc.)
  • Variable digital– También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un número finito de valores. Por ser de fácil realización los componentes físicos con dos estados diferenciados, es este el número de valores utilizado para dichas variables, que por lo tanto son binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en lógica serían los valores V y F) son los que generalmente se utilizan para relacionar varias variables entre sí y con sus estados anteriores.

Tensión

Es la diferencia de potencial generada entre los extremos de un componente o dispositivo eléctrico. También podemos decir que es la energía capaz de poner en movimiento los electrones libres de un conductor o semiconductor. La unidad de este parámetro es el voltio (V). Existen dos tipos de tensión: la continua y la alterna.

  • Tensión continua (VDC) –Es aquella que tiene una polaridad definida, como la que proporcionan las pilas, baterías y fuentes de alimentación.
  • Tensión Alterna (VAC) .- –Es aquella cuya polaridad va cambiando o alternando con el transcurso del tiempo. Las fuentes de tensión alterna más comunes son los generadores y las redes de energía doméstica.

Corriente eléctrica

Artículo principal: Corriente eléctrica

También denominada intensidad, es el flujo de electrones libres a través de un conductor o semiconductor en un sentido. La unidad de medida de este parámetro es el amperio (A). Al igual que existen tensiones continuas o alternas, las intensidades también pueden ser continuas o alternas, dependiendo del tipo de tensión que se utiliza para generar estos flujos de corriente.

Resistencia

Artículo principal: Resistencia eléctrica

Es la propiedad física mediante la cual todos los materiales tienden a oponerse al flujo de la corriente. La unidad de este parámetro es el Ohmio (Ω). No debe confundirse con el componente resistor.

Circuitos Electrónicos

Se denomina circuito electrónico a una serie de elementos o componentes eléctricos (tales como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes) o electrónicos, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas. Los circuitos electrónicos o eléctricos se pueden clasificar de varias maneras:

Por el tipo de información

Por el tipo de régimen

Por el tipo de señal

Por su configuración

Analógicos
Digitales
Mixtos

Periódico
Transitorio
Permanente

De corriente continua
De corriente alterna
Mixtos

Serie
Paralelo
Mixtos

Componentes

Para la síntesis de circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos electrónicos. A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:

  • Altavoz: reproducción de sonido.
  • Cable: conducción de la electricidad.
  • Conmutador: reencaminar una entrada a una salida elegida entre dos o más.
  • Interruptor: apertura o cierre de circuitos, manualmente.
  • Pila: generador de energía eléctrica.
  • Transductor: transformación de una magnitud física en una eléctrica (ver enlace).
  • Visualizador: muestra de datos o imágenes.

Dispositivos Analógicos (algunos ejemplos)

Dispositivos digitales

Dispositivos de potencia

Equipos de medición

Los equipos de medición de electrónica se utilizan para crear estímulos y medir el comportamiento de los Dispositivos Bajo Prueba (DUT por sus siglas en inglés). A continuación presentamos una lista de los más equipos de medición más importantes:

 

Descubrimientos, inventos y personajes relevantes en la historia de la electrónica

1800 - Alessandro Volta, físico italiano, anuncia en la Royal Society de Londres el resultado de sus experimentos (desde 1786) generando electricidad mediante metales diferentes separados por un conductor húmedo. Volta apila 30 discos metálicos separados cada uno por un paño humedecido en agua salada, obteniendo electricidad. A tal dispositivo se le llamó "pila voltaica", de allí se origina el nombre de las "Pilas".  En honor de Alessandro Volta, la unidad de medida del potencial eléctrico se denomina Voltio.

1820 - El físico y químico danés, Hans C. Oersted descubre que alrededor de un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se forma  un campo magnético.

1820 - Poco después del descubrimiento de Oersted, el científico francés André Marie Ampere logró formular y demostrar experimentalmente, la ley que explica en términos matemáticos la interacción entre magnetismo y electricidad. En su memoria fue nombrada la unidad de intensidad de corriente eléctrica: el Amperio

1821 - Michael Faraday, físico y químico británico, basado en los descubrimientos de Oersted, construye los primeros aparatos para producir lo que el llamó "Rotación Electromagnética", nacía así el motor eléctrico

1825 - El inventor británico William Sturgeon crea un dispositivo que iba a contribuir significativamente a la fundación de las comunicaciones electrónicas: el electroimán.

1827 - El profesor alemán Georg Simon Ohm publica el resultado de sus experimentos que demuestran la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia. Conocida hoy como Ley de Ohm. Su trascendencia fue menospreciada por sus colegas de la época y solo reconocida dos décadas después.

1827 - El físico alemán Gustav Kirchoff expone dos reglas, con respecto a la distribución de corriente en un circuito eléctrico con derivaciones, llamadas Leyes de Kirchoff. 

1831 - Michael Faraday, diez años después de su "motor eléctrico", descubre un efecto inverso al descubierto por Oersted. Un campo magnético en movimiento sobre un conductor induce en este una corriente eléctrica. Crea la Ley de Inducción Magnética y base de los generadores eléctricos. También descubre que en electricidad estática, la carga eléctrica se acumula en la superficie exterior del conductor eléctrico cargado. Este efecto se emplea en el dispositivo denominado jaula de Faraday y en los capacitores. En reconocimiento a sus importantes descubrimientos, la unidad de capacidad eléctrica se denomina Faradio.

1837 - Después de varios años desarrollando la idea, Samuel M. Morce patenta un dispositivo que permite trasmitir mensajes a grandes distancias a través de dos cables, usando un código de puntos y rayas (el famoso alfabeto Morse). Nacía el Telégrafo.

1846 - El Ing. Alemán Ernst Werner M. von Siemens, desarrolla el telégrafo de aguja y presión y un sistema de aislamiento de cables eléctricos a base de látex, lo que permitió, la fabricación y tendido de cables submarinos, fundando la compañía Siemens AG. Por estas y otras contribuciones tecnológicas en 1888 fue ascendido a la nobleza.

1861 - El físico ingles James Clerk Maxwell desarrolla el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo. Predijo que era posible propagar ondas por el espacio libre utilizando descargas eléctricas.

1875 - William Crookes, físico y químico británico, investigando el comportamiento de las cargas eléctricas, usando un tubo de vidrio con electrodos y alto voltaje descubre la existencia de los rayos catódicos. Su dispositivo que se llamó "Tubo de Crookes" y sería el precursor de los tubos de rayos catódicos o cinescopios de hoy en día.

1876 - Graham Bell y su asistente Thomas A. Watson, realizaron la primer transmisión de la voz humana a través de cables. Nacía así, el teléfono.

1877 - Thomas Alva Edison inventa el primer aparato que permitía grabar en un cilindro de cera, voz y sonidos para luego reproducirlos, lo llamó: Fonógrafo.

1878 - Thomas Alva Edison construyó la primera lámpara incandescente con filamentos de bambú carbonizado

1882 - El inventor francés, Lucien H. Gaulard patenta un dispositivo que llamó generador secundario y que sería una versión primitiva de lo que hoy llamamos transformador.

1882 - Nikola Tesla investigador estadounidense de origen croata, experimentando con alto voltaje y corriente alterna polifásica, inventa el alternador y el primer motor eléctrico de inducción.

1883 - Thomas Alva Edison, tratando de mejorar su lámpara incandescente descubre que al calentar un metal este emite cargas eléctricas. Lo llamó "efecto Edison", posteriormente conocido como emisión termoiónica. Creó un dispositivo en el cual, dentro de un tubo de vidrio al vacío, la carga eléctrica emitida por una superficie metálica caliente (llamada cátodo) es recogida por otra superficie fría (llamada ánodo).

1884 - Paul Nipkow patenta un artefacto explorador de imágenes, que llamó "Disco de Nipkow" y que permitiría luego convertir imágenes en señales eléctricas.

1887 - El estadounidense de origen alemán Emile Berliner, inventa un sistema de grabación que podía sacar muchas copias de la grabación original. Berliner sustituyó el cilíndrico del fonógrafo de Edison, por un disco plano y patentó entonces su "gramófono", fundando su propia compañía para fabricarlo masivamente.

1887 - Heinrich Hertz, físico alemán, corrobora la predicción de James Clerk Maxwell creando el primer transmisor de radio, generando radiofrecuencias. Desarrolló también un sistema para medir la velocidad (frecuencia) de las ondas de radio. En su honor la unidad de medida de frecuencia de denomino Hertz (o Hertzio). 

1888 - El ingeniero inglés Oberlin Smith ideó y publicó, los principios básicos para grabar sonido en un soporte magnético.

1897 - El físico inglés J. J. Thomson descubre la existencia de una partícula eléctricamente cargada, el electrón. En el año de 1906 Thomson recibió el Premio Nóbel de Física por su descubrimiento.

1897 - Ferdinand Braun, científico Alemán, perfecciona el TRC o Tubo de Rayos Catódicos agregando al Tubo de Crookes una superficie de fósforo que se iluminaba al recibir los rayos catódicos. Desarrolla el primer osciloscopio.

1897 - Guillermo Marconi ingeniero eléctrico italiano, introduce en el Reino Unido la primer patente de la Radio.

1898 - El danés Valdemar Poulsen desarrolló y patentó el telegráfono, una grabadora de sonido que emplea alambre de acero como soporte magnético.

1899 - J.J. Thomson establece que las cargas que se liberaban al calentar una superficie metálica son electrones.

1901 - Guillermo Marconi, logra la primer transmisión telegráfica inalámbrica a través del Atlántico

1903 - El físico británico John Ambrose Fleming encuentra una aplicación práctica de la válvula termoiónica de efecto Edison, que posteriormente de denominaría: "Diodo",  al usarlo como detector de ondas electromagnéticas.
John Ambrose Fleming es considerado "el padre de la electrónica"

1906 - El físico estadounidense Lee de Forest agrega un nuevo electrodo en forma de rejilla entre el cátodo y el ánodo del tubo al vacío. Este electrodo permite regular el paso de electrones. Nace así el Triodo, primer dispositivo amplificador electrónico.

1913 - El físico estadounidense Edwin Howard Armstrong desarrolla el primer circuito oscilador basado en un Triodo.

1920, 23 de Febrero - se trasmite el primer programa público de radio en Inglaterra.

1924 - El escocés John Logie Baird, usando el disco explorador de imagen de Nipkow, logra trasmitir imágenes por ondas de radio. Nacía la Televisión electromecánica

1928 - El ingeniero alemán Fritz Pfleumer patentó la primera cinta magnética, constituida por una delgada capa de hierro magnetizable sobre una cinta de papel. Años después, la patente fue revocada, pues el principio básico ya había sido patentado por el danés Valdemar Poulsen en 1898

1929 - Se realizan las primeras emisiones públicas de televisión, por la BBC en Inglaterra

1930 - Se perfeccionan los tubos electrónicos de vacío, nacen el Tetrodo y Pentodo con más elementos entre el cátodo y el ánodo.

1932 - La empresa alemana A.E.G. realiza los primeros ensayos para la construcción de grabadoras de cinta. La firma IG Fabenindustrie propone como soporte una cinta plástica: el acetato de celulosa.

1933 - Edwin Howard Armstrong inventa un nuevo tipo modulación de señal: la FM (frecuencia modulada).

1935 - El Magnetófono hizo su aparición pública en la Exposición Radiotécnica de Berlín. Y cinco años después H.J. von Braunmuhl y W. Weber introdujeron la premagnetización de alta frecuencia, que permitió una gran mejora en la grabación del sonido.

1936 - El ingeniero austriaco Paul Eisler mientras trabajaba en Inglaterra, creo el primer circuito impreso como parte de un receptor de radio.

1946 - Percy Spencer, ingeniero de la Raytheon Corporation, descubre los efectos de las microondas sobre los alimentos. Inventa el Horno de Microondas.

1947 - Un equipo de ingenieros y científicos encabezados por los doctores John W. Mauchly y J. Prester Eckert en la Universidad de Pennsylvania, Estados Unidos, crean: ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), primera computadora digital electrónica. Fue una máquina experimental. No era programable como las computadoras actuales. Era un enorme aparato que ocupa todo el sótano en la Universidad de Pennsylvania. Tenía 18,000 tubos electrónicos, consumía varios KW y pesaba algunas toneladas. Realizaba hasta cinco mil sumas por segundo. 

1947, 16 de diciembre - Fue creado el primer transistor, por William Shockley, John Bardeen, y William Brattain en los laboratorios Bell

1950 - Salen al mercado los primeros magnetófonos comerciales, eran de cinta en carrete abierto.

1951 - Los doctores Mauchly y Eckert fundan la compañía Universal Computer (Univac), que produce la primera computadora comercial: UNIVAC I. 

1955 - SONY lanza al mercado el primer receptor de radio totalmente transistorizado el TR-55

1958 - El ingeniero Jack Kilby de la compañía norteamericana Texas Instruments, creó el primer circuito completo integrado en una pastilla de silicio, lo llamó "circuito integrado". Casi simultáneamente el ing. Robert Noyce de Fairchil Semiconductor desarrolla un dispositivo similar al que llamó: "circuito unitario". A ambos se los reconoce como los creadores de los circuitos integrados.

1962, 10 de Julio - Fue lanzado el Telstar 1 primer satélite de comunicaciones de uso comercial.

1962 - Nick Holonyak, ingeniero de General Electric desarrolla el primer LED (Light Emitting Diode o Diodo Emisor de Luz) que emitía en el espectro visible.

1962 - Sony lanza al mercado mundial el primer televisor de 5 pulgadas, completamente transistorizado.

1963 - Philips presentara el popular “Compact Cassette”. Otros fabricantes habían desarrollado diversos tipos de cartuchos de cinta magnética, pero ninguno de ellos alcanzo la difusión mundial de este, por su bajo costo, tamaño y practicidad.

1965 - Gordon Moore, trabajando en Fairchild Semiconductor (tres años después fundaría Intel), predijo que la integración de circuitos crecería a un ritmo que duplicaría el número de transistores por chip cada dos años. Esta predicción se ha cumplido hasta la fecha y se le conoce como: "Ley de Moore"

1968 - Fairchild Semiconductor produce el primer circuito integrado regulador de voltaje lineal el uA723. Poco tiempo después lanza al mercado la serie 7800 que incluye los populares 7805 (de 5V), etc.

1971 - Ted Hoff, Federico Faggin de Intel y Masatoshi Shima de Busicom (ZiLOG) diseñan el primer microprocesador, el Intel 4004

1975 - JVC lanza al mercado el sistema de grabación de audio y video analógico para uso domestico: VHS (Video Home System)

1976 - Sony lanza al mercado el sistema de grabación de audio y video analógico: Betamax. 

1979 - Philips y Grundig de Alemania desarrollan el Video 2000 (Video Cassette compacto, o VCC) para competir con VHS de JVC y Betamax de Sony. 

1982, 17 de agosto - La empresa Philips fabrica el primer Compact Disc en Hannover (Alemania), desarrollado en forma conjunta por Philips y Sony.

1988 - Se integra el MPEG (Moving Picture Experts Group o Grupo de Expertos de Imágenes en Movimiento), para desarrollar estándares de codificación de audio y video (MPEG-1, MPEG-2, ... MP3, etc).

1995 - Un consorcio de empresas entre las que destacan Philips, Sony, Toshiba, Time-Warner, Matsushita Electric, Hitachi, IBM, Mitsubishi Electric, Pioneer, Thomson y JVC, lanzan la primer versión del estándar DVD.

 

Ing. Frank Ramírez Reyes

 

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