Por Anthony Walwyn Cadenas, estudiante de 3er. año de la carrera Física de la Universidad de La Habana.
La electrónica como la conocemos hoy comenzó con la invención de un bombillo.
A inicios de 1880, Thomas Edison patentó el bombillo incandescente, el cual consistía en un filamento de carbono que, al serle aplicada una diferencia de potencial, se calentaba tanto que brillaba. Este fenómeno llevó la luz de estos bombillos por todo el mundo.
En el año 1904, John Ambrose Fleming inventó un dispositivo que llamó diodo de vacío. Este consiste esencialmente en una cápsula de vacío de acero o de vidrio y contiene dos electrodos: el cátodo y el ánodo.
El cátodo es un filamento o un pequeño tubo de metal que cuando es calentado debido a una diferencia de potencial, emite no solo luz, sino que también partículas cargadas negativamente (electrones), un fenómeno llamado emisión termoiónica.
El ánodo, por su parte, es una placa que consiste en el elemento colector de electrones. Los electrones emitidos por el cátodo son atraídos por la placa solo cuando esta es positiva con respecto al cátodo. Cuando la placa está cargada negativamente, no circula corriente por el tubo. En la Figura 1 se ilustra como es un diodo de vacío.
Luego, en 1906, el inventor estadounidense Lee de Forest añadió una rejilla de metal al diodo, la cual posicionó en el centro entre el ánodo y el cátodo. Ahora con tres piezas fue llamado triodo y al aplicarle una diferencia de potencial en la rejilla hacía fluir por su centro una corriente. Si esta estaba cargada negativamente, repelía a los electrones, pero si estaba cargada positivamente, las partículas emitidas por el cátodo serían atraídas y aceleradas hacia el ánodo. O sea, con un pequeño cambio en el voltaje de la rejilla se podía controlar otro grande en el ánodo. La Figura 2 ilustra el dispositivo descrito anteriormente.:
Este dispositivo permitió hacer la primera llamada transcontinental desde Nueva York a San Francisco, en 1915. Esta increíble invención fue implementada no solo en la telefonía, sino en radios, televisiones, etc. Básicamente cualquier aparato electrónico tenía un triodo dentro haciéndolo funcionar.
A mitad del siglo XIX George Boole desarrolló un sistema de reglas que le permitían expresar, manipular y simplificar problemas lógicos y filosóficos cuyos argumentos admiten dos estados (verdadero (1) o falso (0)) por procedimientos matemáticos; es la conocida álgebra booleana.
En 1937, Claude Shannon se dio cuenta de que las operaciones formuladas por Boole hace tantos años podían ser representadas como circuitos eléctricos. Ese mismo año, George Stibitz creó la primera calculadora digital y este primer modelo podía sumar solo dos números de un bit, o sea 1 o 0.
En realidad, Stibitz había logrado que unos electrones hicieran matemáticas por él. Este hito dio comienzo a la era digital. Dos años después, en los famosos Laboratorios Bell, Stibitz y sus colegas crearon un modelo que podía sumar dos números de 8 cifras en una décima de segundo. También podía multiplicar números complejos y números de 8 cifras.
Estas calculadoras tenían un grave problema, las operaciones funcionaban utilizando interruptores mecánicos, por lo que tendían a romperse frecuentemente. Entonces es cuando los esfuerzos se volcaron en buscar otro tipo de interruptor.
Los científicos e ingenieros se dieron cuenta que el triodo de Forest era la solución pues se podía utilizar como amplificador, pero también como interruptor. Un voltaje ligeramente positivo en la rejilla, y la corriente comienza a fluir. Por otro lado, si es negativo el voltaje, esta no fluye. Así que esa fue la solución: un interruptor que no fuera mecánico, solo un voltaje establecería o bien un 1 o un 0.
Esta idea llevó a la computación al próximo nivel. La primera computadora electrónica de propósito general del mundo fue llamada ENIAC. Esta ocupaba una habitación completa, pesaba 30 toneladas, y usaba más de 175 kW de energía eléctrica. Esta gran computadora tenía su propio generador eléctrico para poder alimentarla.
A diferencia de las computadoras anteriores, ENIAC no se limitaba a resolver un solo tipo de problema matemático, se podía programar y era rápida completando 500 operaciones por segundo. La Figura 3 muestra la computadora antes descrita.
No obstante, también hubo fallas importantes con los tubos de vacío. Los filamentos siempre necesitaban ser calentados, por lo que consumían mucha energía incluso cuando estaban inactivos. Fue difícil hacer un tubo de vacío de vidrio con electrodos complejos arbitrariamente pequeños en su interior, pero tampoco eran confiables. En promedio, un tubo de vacío en ENIAC se estropeaba cada pocos días. El tiempo máximo que operó esta sin fallas fue de solo 116 horas.
La solución a estos problemas llegó el 23 de diciembre de 1947; sin embargo, la industria de la electrónica iba a experimentar el advenimiento de una dirección completamente nueva en cuanto a interés y desarrollo. Fue en la tarde de este día que Walter H. Brattain y John Bardeen demostraron la acción amplificadora del primer transistor en los laboratorios Bell.
Este nuevo dispositivo tenía tres terminales por una de las cuales, llamada base y hecha de germanio, al pasar una pequeña corriente se lograba manipular la corriente que fluía entre las otras dos terminales (colector y emisor), que eran de cobre; esencialmente, hacía lo mismo que los bombillos de Forest.
Las ventajas del transistor sobre el triodo fueron obvias de inmediato. Era más pequeño y más liviano y no tenía que calentarse ni perdía calor. Su construcción era robusta, era más eficiente puesto que consumía menos potencia, estaba disponible al instante para su uso, ya que no requería un periodo de calentamiento. También se podían obtener voltajes de operación más bajos.
El verdadero poder de los transistores se desató durante la revolución digital; a medida que sus capacidades siguieron mejorando, desempeñaron un papel crucial en el desarrollo de las computadoras y la tecnología digital.
La capacidad de los transistores para conmutar y amplificar señales electrónicas constituyó la base de los sistemas informáticos de la nueva era. Permitieron la miniaturización de los componentes electrónicos, lo que llevó al desarrollo de potentes ordenadores, al punto de que hoy en día, las supercomputadoras contienen miles de millones de transistores. Estos allanaron, además, el camino para la creación de circuitos integrados, que combinan grandes cantidades de estos y otros componentes en un solo chip.
Con este pequeño repaso de la historia, podemos percatarnos de lo fascinante que resulta el hecho de que toda esta revolución comenzó con un bombillo, cuyo objetivo era iluminar las casas del mundo.