La electrónica es una rama de la física aplicada que
comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que tratan
con la emisión, el flujo y el control de los electrones —u otras
partículas cargadas eléctricamente— en el vacío y la materia.
La identificación del electrón en 1897, junto con la invención del tubo de vacío, que
podía amplificar y rectificar pequeñas señales eléctricas,
inauguraron el campo de la electrónica y la edad del electrón.
La electrónica trata con circuitos eléctricos que
involucran componentes eléctricos activos como tubos de vacío, transistores, diodos, circuitos
integrados, optoelectrónica y sensores, asociados con componentes
eléctricos pasivos y tecnologías de interconexión. Generalmente los
dispositivos electrónicos contienen circuitos que consisten principalmente, o
exclusivamente, en semiconductores activos complementados con
elementos pasivos; tal circuito se describe como un circuito electrónico.
El comportamiento no lineal de los componentes activos y su
capacidad para controlar los flujos de electrones hace posible la amplificación
de señales débiles. La electrónica es ampliamente utilizada en el procesamiento
de datos, en las telecomunicaciones y en el procesamiento de
señales. La capacidad de los dispositivos electrónicos para actuar como interruptores hace
posible el procesamiento digital de la información. Las tecnologías de
interconexión, como los circuitos impresos, la tecnología de empaquetado
electrónico y otras formas variadas de infraestructuras de comunicación,
completan la funcionalidad del circuito y transforman los componentes
electrónicos mixtos en un sistema de trabajo regular, llamado sistema
electrónico; son ejemplos las computadoras o los sistemas de
control. Un sistema electrónico puede ser un dispositivo independiente o un
componente de otro sistema diseñado.
La ciencia y tecnología eléctricas y electromecánicas se
ocupan de la generación, distribución, conmutación, almacenamiento y conversión
de la energía eléctrica hacia y desde otras formas de energía (usando cables, motores, generadores, baterías,
interruptores, relés, transformadores, resistencias y
otros componentes pasivos). Esta distinción comenzó alrededor de 1906 con
la invención de Lee De Forest del triodo, que hizo posible la
amplificación eléctrica de señales de radio y señales de audio débiles con un
dispositivo no mecánico. Hasta 1950, este campo se denominaba «tecnología de
radio» porque su aplicación principal era el diseño y la teoría de transmisores de
radio, receptores y tubos de vacío.
En 2018, la mayoría 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. Este artículo se centra en los aspectos de la
ingeniería de la electrónica.
Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica o
efecto Edison,
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
ingeniero británico sir John Ambrose Fleming (1849-1945) aplicó el
efecto Edison a un tubo para detectar las ondas hertzianas e inventó así el diodo,
primer tubo electrónico en el que se había hecho el vacío y en cuyo interior
existía un ánodo (electrodo positivo) y un cátodo (electrodo negativo). El
último, al alcanzar el estado de incandescencia, emitía electrones con carga
negativa que eran atraídos por el ánodo; es decir, el diodo actuaba como una
válvula que solo dejaba pasar la corriente en un sentido.
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.
Lee
De Forest es considerado el "padre de la electrónica", ya que antes
del triodo, solo se podía convertir la corriente alterna en corriente directa o
continua, o sea, solo se construían las fuentes de alimentación, pero con la
creación del triodo de vacío, vino la amplificación de todo tipo de señales,
sobre todo la de audio, la radio, la TV y todo lo demás, esto hizo que la
industria de estos equipos tuvieran un repunte tan grande que ya para las
décadas superiores a 1930 se acuñara la palabra por primera vez de
"electrónica" para referirse a la tecnología de estos equipos
emergentes.
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 Company, 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 voltajes 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 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 mitos5
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.
Comentarios
Publicar un comentario