La electrónica digital ha sido una de las revoluciones tecnológicas más importantes y decisivas de la humanidad. Sus preámbulos los podemos resumir en:
- Inicios de la electrónica
- De las válvulas al transistor
- Aparición de los circuitos integrados
En términos generales la electrónica y la electricidad nacen con los trabajos de varios destacados físicos, tales como Coulomb, Ampére, Gauss, Faraday, Henry y Maxwell. Tales trabajos quedaron recogidos, en 1865, en el marco formal de la teoría del electromagnetismo, formulada por Maxwell (deducida de las ecuaciones que llevan su nombre); teoría que, sin embargo, debió esperar hasta 1888 para su demostración.
La mencionada demostración la realizó Hertz con la generación, en el laboratorio, de ondas electromagnéticas. Más tarde, en 1896, Marconi logró transmitir y detectar estas ondas (llamadas hertzianas) y abrió el camino a posteriores avances tan importantes como la televisión y las telecomunicaciones.
En términos más concretos, el nacimiento de la electrónica, como rama de la ciencia, puede situarse en 1895, año en el que Lorentz postuló la existencia de partículas cargadas llamadas electrones, lo cual fue demostrado, experimentalmente, por Thompson dos años más tarde.
Braun, en 1897, hizo pública su invención del primer tubo electrónico, rudimentario antecesor de los tubos de rayos catódicos que forman parte de los televisores.
La electrónica no asumió las connotaciones tecnológicas que la caracterizan hasta los inicios del siglo XX, con la invención de los primeros componentes y, en particular en 1904, con la creación de la válvula termoiónica o diodo, por parte del físico británico John Ambrose Fleming.
El diodo, de ese momento, estaba compuesto esencialmente por dos electrodos metálicos contenidos en un tubo vacío, uno de los cuales (el cátodo) es calentado por un filamento. Debido a este calentamiento, el cátodo emite electrones (efecto termo-iónico), que son acelerados hacia el otro electrodo (el ánodo) cuando este último se mantiene positivo respecto al cátodo. De tal forma que, intercalado en un circuito, el diodo muestra la importante propiedad de conducir corriente únicamente cuando la tensión que se le aplica tiene un determinado sentido. De esta manera, permite la rectificación de una corriente alterna.
La corriente que se obtiene conectando un electrodoméstico a una de las tomas que hay en las paredes de las casas (corriente de red), tiene la característica de invertir continuamente el sentido con que circula por un circuito, y por tanto se llama corriente alterna (la corriente de red es alterna debido a la técnica de su producción, lo cual no compete a la electrónica. De todas maneras, en muchos casos, es necesario disponer de una corriente continua; es decir, que nunca invierta su sentido de circulación. Para esto se emplean unos determinados dispositivos que rectifican la corriente, transformándola de alterna a continua.
En 1905, el físico estadounidense Lee De Forest, perfeccionando el invento de Fleming, creó el tríodo. El aporte de Forest consistió en la introducción de un tercer elemento (la rejilla), cerca del cátodo. La proximidad entre el cátodo y la rejilla hace que, si a esta última se le aplica una pequeña tensión, influya sustancialmente sobre el flujo de electrones en el interior del tubo. Por tanto, el tríodo actúa como amplificador (el nombre de audión, que originalmente dio De Forest a su invento, traduce el intento de aplicar esta característica a las señales de sonido).
Con el invento de los dispositivos mencionados se proporciono la base tecnológica para el rápido desarrollo de las radiocomunicaciones. Para 1912 en los Estados Unidos se constituyó una asociación de radiotécnicos. Allí mismo también se construyó, en 1920, la primera emisora de radio comercial.
En las décadas de 1920 y 1930 se introdujeron mejoras a los tubos electrónicos originarios (que culminaron con la introducción del pentodo), aumentando su flexibilidad y su campo de aplicaciones. Entre otras cosas, se hizo posible la invención de la televisión (1930) y de la radio de modulación de frecuencia (1933).
Los tubos de vacío dieron paso a una importante aplicación, como fue la realización de los primeros calculadores electrónicos en los años siguientes de la Segunda Guerra Mundial. Mientras tanto, físicos como Block, Schottky, Sommerfeld, Winger y otros realizaban excelentes progresos en el estudio de una importante clase de sustancias sólidas: los semiconductores, con el propósito de hacer más eficientes tales calculadoras.
En 1945 se creó un grupo de trabajo, compuesto por físicos teóricos y experimentales, un químico y un ingeniero electrónico, en los Bell Telephone Laboratories, para encontrar una alternativa al empleo de los tubos electrónicos en las telecomunicaciones. Ciertamente los tubos presentan inconvenientes, entre los cuales se cuenta una escasa fiabilidad debida a sus elevadas temperaturas de funcionamiento. En 1947 los físicos John Bardeen, Walter Brattain y William Schockley obtuvieron un efecto de amplificación en un dispositivo compuesto por dos sondas de oro prensadas sobre un cristal de germanio (un semiconductor): nacía así el transistor, que actualmente es el elemento fundamental de todo dispositivo electrónico (en 1965 estos físicos recibieron el Premio Nóbel).
Más tarde, gracias a los progresos efectuados por los laboratorios Bell en la obtención de materiales de base (germanio y silicio) con un elevado grado de pureza, el primer ejemplar fue perfeccionado por Schockley con la introducción del transistor de unión, totalmente de material semiconductor.
La comercialización del transistor en 1951 sentó las bases para el desarrollo cualitativo y cuantitativo de la tecnología electrónica en la segunda mitad del siglo. El transistor proporcionó las mismas funcionalidades del tríodo, siendo más pequeño, eficiente, fiable, económico y duradero. Esto permitió la existencia de una gama de aplicaciones antes impensables y la reducción de costos y del tamaño de los dispositivos electrónicos de uso común (radio, televisión, etc.), abriéndose así el camino hacia el fenómeno de la electrónica de consumo.
La aparición del transistor también proporcionó un gran impulso al desarrollo de los ordenadores. En 1959 la IBM presentó el primer ordenador (el 7090) de estado sólido, es decir, con transistores.
En la actualidad, los componentes con semiconductor como el transistor, han sustituido casi por completo a los tubos de vacío. Estos últimos únicamente se emplean en algunas aplicaciones particulares, en las que hacen parte microondas, o con tensiones de funcionamiento muy altas.
Con esto las condiciones para el desarrollo de la electrónica digital quedan dadas y con los siguientes hechos se formaliza como alternativa en le diseño de dispositivos electrónicos a todo nivel:
A finales de los años cincuenta con la introducción del circuito integrado por parte de Kilby, de la Texas Instrument, y de Noyce y Moore, de la Fairchild Semiconductor Company se da el salto cualitativo más importante en el desarrollo de la electrónica y en particular de la electrónica digital. La idea fue incluir un circuito completo en una sola pastilla de semiconductor: el Chip, y hacer de las conexiones entre los dispositivos parte integrante de su proceso de producción, reduciendo así las dimensiones, peso y el costo con relación al número de elementos activos.
El desarrollo de la microelectrónica, como se denomina la electrónica de los circuitos integrados es impresionante. A partir de su comercialización (1961), el número máximo de componentes integrados en un chip se duplicó cada año desde los 100 iniciales. En la segunda mitad de los años setenta, al introducirse la integración a gran escala (VLSI) y superar los 10.000 componentes, se ingresó en la época actual, en la que es normal encontrar varios millones de componentes integrados en un chip muy pequeño, por ejemplo en los microprocesadores de los ordenadores personales.
Los desarrollos actuales permiten con los dispositivos lógicos programables que el usuario final elabore con lenguajes descriptivos como el VHDL (Very High Spedd Hardware Description Languaje)
Los recursos digitales que requiera en sus aplicaciones.
No hay comentarios:
Publicar un comentario