PEQUENA HISTÓRIA DA ELECTRÓNICA

PEQUENA  HISTÓRIA  DA  ELECTRÓNICA

Não se vai iniciar o estudo referente aos princípios e à tecnologia dos componentes semicondutores (Díodos, Transístores, etc.) sem se falar um pouco da história da Electrónica anterior e posterior à descoberta desses componentes. Embora esta seja entre todas as ciências aplicadas uma das mais novas (juntamente com a ciência nuclear) as suas aplicações já não têm conta, a tal ponto que o funcionamento de grande parte dos aparelhos e dispositivos com que quotidianamente trabalhamos assenta na Electrónica.

As primeiras bases da Electrónica foram desenvolvidas pelo grande físico e matemático que foi Maxwell, na segunda metade do século passado, com as famosas equações do campo Electromagnético.

No seu trabalho fundamental (uma teoria dinâmica do Campo Electro-magnético — 1856), este extraordinário cientista previu que, se se pudessem gerar ondas eléctricas, estas se propagariam à velocidade da luz. No entanto, só passados cerca de 30 anos (1888) após a formulação destas leis se passaria da teoria à prática, quando Heinrich Hertz, ao realizar o seu oscilador, produziu pela primeira vez as ondas electromagnéticas que, desde então, têm o seu nome. Estas ondas foram produzidas por intermédio de uma descarga eléctrica entre dois pontos metálicos, tendo Hertz detectado-as à distância e provado que elas tinham as mesmas propriedades da luz, saindo daqui a hipótese, também prevista por Maxwell, de que a luz seria mesmo uma radiação Electromagnética. Estava assim aberto o caminho para a realização da comunicação sem fios de mensagens, também designada por Telegrafia sem fios ou Rádio-comunicação, que seria rapidamente desenvolvida nos anos seguintes.

No início deste século, Giugliemo Marconi demonstrou que se podia enviar informações e mensagens a grandes distâncias, por meio de ondas Hertzianas, ao transmitir e captar sinais radiotelegráficos através do oceano Atlântico. Na mesma época, Alexandre Popov construía a primeira antena radioeléctrica. A era da Rádio nascera. Todavia, a sua enorme expansão só foi possível com a invenção e aperfeiçoamento das primeiras válvulas electrónicas.

Fig. 5 — As válvulas electrónicas ou Tubos de Vácuo. I) Díodo     II) Tríodo     III) Pêntodo     IV) Tétrodo

Aspecto Norma Americana de Encapsulamento.

Em 1904, Sir John Fleming inventa a primeira válvula electrónica (lâmpada de dois eléctrodos), baseando-se nu­ma antiga descoberta de Edison, na qual pode estabelecer uma corrente eléctrica através do vácuo quando um dos eléctrodos estava incandescente. O Tríodo aparece em 1907, quando Lee de Forest adicionou à válvula de Fleming uma grelha. Este componente foi fundamental para o desenvolvimento da Rádio, que acabava de fazer tímidos progressos sob o impulso de Marconi; com ele, não só foi possível a construção de osciladores de alta frequência aptos a fornecerem oscilações estáveis em amplitude e frequência, como ainda podia ser utilizada como amplificador electrónico. Como é natural, não demorou muito tempo para que novas versões desta válvula fossem desenvolvidas e aperfeiçoadas, sendo aplicadas exclusivamente na Rádio. A radiodifusão de programas sonoros começou nos E. U. A. em 1920 e na Inglaterra em 1922 (B. B. O). Isto é o início para o desenvolvimento de uma nova indústria: A dos componen­tes electrónicos utilizados nos emis­sores e receptores de Rádio. Outros campos para a aplicação desta nova tecnologia foram surgindo, como a ra­diotelegrafia, a radiotelefonia, a radio-telefotografia, o cinema sonoro, a tele­visão, etc.

Fig. 6 — Comparação das dimensões de uma válvula electrónica produzida nos anos vinte com outra fabricada na década de quarenta.

Valvula Miniaturizada (5726 duplo-Diodo)

 

 Durante as décadas de 20, 30 e 40, novos processos de fabrico produzem válvulas cada vez mais complexas e sofisticadas: Numa mesma ampola de vidro aplicam-se vários Díodos e Tríodos; aparecem os Pêntodos e os Tétrodos; constroem-se tubos para micro-ondas, como os magnetrões e os klistrões; os primeiros tubos de raios ca­tódicos são também desenvolvidos nesta época. A miniaturização era já um objectivo constante e uma válvula produzida no final da década de 40 é bastante mais pequena e compacta quando comparada com uma construí­da no princípio dos anos 20. Apesar disso, a indústria electrónica da época era tremendamente limitada, tanto nos meios como nas aplicações, quan­do comparada com a sua actual di­mensão a nível mundial.

Por outro lado, a tecnologia das vál­vulas ou tubos de vácuo limitava imen­so a miniaturização dos sistemas e dispositivos electrónicos, apesar dos esforços desenvolvidos nesse sentido. Os principais pontos fracos eram as dificuldades de transporte e manusea­mento de qualquer aparelho a válvulas e o elevado consumo de energia re­querido. Portanto, era natural que an­siosamente se procurassem novos componentes que produzissem os mesmos efeitos para um consumo e dimensão menores.

A II Guerra Mundial vai impor um rá­pido e significativo desenvolvimento nas indústrias electrónicas das potên­cias beligerantes. Nunca até então fo­ra necessário conceber e produzir tan­tos receptores e transmissores de Rá­dio e desenvolver tantos sistemas au­tomáticos de controlo. A necessidade de transportar esta aparelhagem nos aviões, nos transportes terrestres e nos submarinos levou a miniaturiza­ção a um nível jamais atingido. O Ra­dar, os primeiros Computadores e os mísseis teleguiados fazem a sua apari­ção, dando seguros indícios de que o campo das aplicações electrónicas é vastíssimo. É neste contexto que se irá promover a descoberta e o aperfei­çoamento do Transístor, em 1947, por três físicos norte-americanos da "Bell Telephone Laboratories".

O APARECIMENTO DO TRANSÍSTOR

O desejo dos físicos e dos electro­técnicos de descobrir um elemento amplificador utilizando a matéria e ca-paz de realizar as mesmas funções de uma válvula electrónica data de há muito tempo. Várias tentativas de rea-lização (como Lilienfíeld, em 1925, e Hilsch e Pohl, em 1938) fracassaram porque os investigadores tentavam imitar o funcionamento de uma válvu-la, isto é, comandar uma corrente de electrões por um processo electroestático. Contudo, o segredo encontrava-se num grupo de materiais designados como Semicondutores.

Já no fim do século passado, vários cientistas se dedicaram ao estudo das propriedades fotovoltaicas e rectificadoras de certos elementos, como o Selénio, e de compostos, como os Sulfuretos de Prata e de Zinco. Em 1874, o professor Braunn, da Universidade de Magdeburgo, estabeleceu as propriedades rectificadoras do Sulfureto de Chumbo (também conhecido por Galena). É deste composto que se fizeram os primeiros detectores de sinais de radiofrequência, obviamente designados por Detectores de Galena. Todavia, a fiabilidade e a estabilidade de recepção destes aparelhos deixava muito a desejar e, devido a isso, com as descobertas do Díodo de Fleming e do Tríodo de Forest atrás mencionadas, as pesquisas neste campo foram abandonadas, visto que estes compo-nentes eram muito mais fiáveis.

Só na década de 30 se voltou a estu-dar seriamente os fenómenos daquilo a que se convencionou chamar Elec-trónica no Estado Sólido. Entre as empresas que mais investiram nessa pesquisa, destaca-se a Bell Telephones Company que, desde 1936, procurou substituir os seus sistemas electromecânicos de comutação telefónica por comutadores electrónicos que não fossem baseados em tubos de vácuo. Para isso, constituiu-se uma equipa de cientistas liderada por William Shock-ley, John Bardeen e Walter Brattain que desenvolveram, durante cerca de 10 anos, uma aturada investigação sobre as propriedades do Óxido de Cobre e dos Semicondutores (Germânio e Silício) como elementos capazes para fabricar um amplificador sem recorrer às válvulas electrónicas. Por outro la-do, desde 1942 que nos E. U. A. se ti­nham empreendido estudos para a realização de Díodos de Germânio e de Silício que tivessem uma grande resistência às sobretensões, necessárias para os detectores de Radar. Por conseguinte, recolhendo estes e outros dados de experiências com semicondutores desenvolvidas nos principais centros científicos de todo o mundo, aquela equipa, após uma interrupção de 6 anos provocada pela Guerra Mundial, retoma os seus trabalhos e, em 23 de Dezembro de 1947, atinge o seu objectivo: A construção do primeiro amplificador electrónico utilizando semicondutores, baseado nas propriedades das superfícies de Germânio. Chamaram-lhe Transistor, no-me que provém do facto daquele amplificador fornecer o seu ganho através de uma característica de transresistência (a palavra Transistor vem da abreviatura TRANSfer resISTOR, ou Transferência de Resistência).

O Transistor de pontas era constituí-do por uma pastilha de Germânio sobre a qual assentavam duas pontas metálicas muito próximas. Em 1 de Julho de 1948 (cerca de 6 meses depois) a Bell Telephone apresenta o novo componente, que foi recebido com grande indiferença e pouco entusiasmo pelos meios técnicos de então. Não se julgue que foi fácil e imediata a imposição do Transistor como elemento alternativo às vávulas. Convém não esquecer que, nesta altura, estas tinham atingido elevados níveis de elaboração e perfeição e que, por outro lado, o Transistor de pontas apresentava dois grandes defeitos; a sua fragilidade e o seu ruído de fundo.

Em Julho de 1949, W. Shockley (que conjuntamente com os outros 2 físicos foi prémio Nobel em 1956) publicava um estudo teórico onde se mostrava que uma junção criada pela existência de dois tipos diferentes de impurezas num cristal de germânio tinha propriedades eléctricas dissimétricas e podia ser utilizada como Díodo. Este cientista previa igualmente que uma estrutura dotada de duas dessas junções, próximas uma da outra, era capaz de amplificar sinais eléctricos. A primeira realização dum Transistor de junções data dos fins de 1951, fabrica-do pela Western Electric em colaboração com a Bell. Seria este o componente que na realidade iria revolucionar não só a Electrónica como pratica-mente todos os domínios tecnológicos dos nossos dias. A partir de 1956, somente este tipo de Transístor era produzido em grande quantidade. Tendo inicialmente propriedades electrónicas limitadas, o seu domínio de utilização expandiu-se largamente num decénio, graças a enormes progressos no seu fabrico. Em vez de alguns miliwatts e de algumas dezenas de kilohertz que constituíam o seu campo de aplicação, obtinham-se,na década de 60, watts a 100 Megahertz e miliwatts aos 1000 Megahertz.

 

Fig. 7 — Os cientistas William Shocley, John Bardeen e Walter Brattain aquando da desco­berta do Transístor e, mais tarde, numa reunião que celebrava o 25.° aniversário do seu invento.

 A própria produção dos Transístores aumentou de uma maneira sur­preendente; por exemplo, nos E. U. A. passou de 1,5 milhões de unidades em 1954 para 80 milhões em 1959 e atingiu perto de 500 milhões em 1965. Na dé­cada de 50, estes componentes come­çam a ser rapidamente utilizados em aplicações militares e nos primeiros computadores (originando a segunda geração destas máquinas). A era dos tubos a vácuo praticamente terminara (a sua aplicação, nos nossos dias está restrita a campos muito específicos, nomeadamente no audio, onde está em expansão desde a década dos anos noventa, do século XX), iniciando-se uma nova revolução tecnológica, que ainda perdura, e que culminou com a ultra miniaturização dos componentes electrónicos desenvolvida, como sabem, nos circuitos integrados e nomeadamente nos microprocessadores, cada vez mais evoluídos.

Fig. 8 — A evolução tecnológica no domínio da Electrónica, no decurso de meio século: Em cima: Válvulas electrónicas de diferentes épocas e alguns transístores. Em baixo. Um circuito integrado

  Não vale a pena adiantar muito mais sobre esta aliciante história da Elec­trónica, já que muita informação detalhada se poderá encontrar em bons compêndios sobre o assunto. Naturalmente que todos os dias se escreve mais umas linha na evolução deste tão vasto mundo, que é o da Electrónica. 

Conclusões a fixar 

Embora já há muito conhecidas as propriedades semicondutoras de certos materias, o transístor tem apenas algumas dezenas de anos. Não obstante, alcançou e superou as válvulas na maior parte das suas aplicações correntes e com um custo muito menor.

Os componentes semicondutores amplificam, rectificam, detectam e modulam com maior ou igual facilidade que as antigas válvulas electrónicas. Estes componentes não devem ser submetidos a temperaturas elevadas nem devem ser sobrecarrega-dos com intensidades de correntes não prevista pelos fabricantes.