Historia del Transistor Sus Inventores y Aplicaciones



Historia del Transistor ,Inventores y Aplicaciones

DEFINICION: El TRANSISTOR  es un dispositivo electrónico constituido por un pequeño bloque de materia semiconductora que cuenta con tres electrodos emisor, colector y base. En su fabricación se usa germanio o silicio como elemento fundamental. Se utiliza para rectificar y amplificar los impulsos eléctricos y sustituye ventajosamente a la antigua válvula eléctronica.

esquema de un transistor

Todos los fenómenos en que intervienen electrones quedan englobados dentro de la denominación Electrónica, si bien, a menudo, ésta queda reducida al estudio de los tubos de vacío. Con las válvulas electrónicas, tal como apuntábamos al hablar de las primeras computadoras , la vida actual ha cambiado. Disponemos de radio, televisión, calculadoras, celualres, robots, etc., y cada día se nos ofrece nuevas sorpresas.

Para tener una conducción apreciable de electricidad en un vacío elevado es necesario disponer de iones. El procedimiento más generalizado para la producción de estos iones es la emisión termoiónica.

En todo conductor metálico, además de las propias moléculas, existen electrones libres. Si se aumenta la temperatura del conductor, estos electrones adquieren velocidades suficientes para escapar del metal, fenómeno que depende de la naturaleza de éste y del estado de su superficie.

Alrededor del conductor se forma una «nube» de electrones que rechaza los nuevos electrones emitidos por el metal, que a su vez son atraídos por éste, provocando el cese de la emisión.

Los extraordinarios progresos experimentados en el campo científico repercutieron en el terreno de la tecnología con inventos que, en algunos aspectos, han ido transformando la vida del ser humano. Una diminuta lámina de cristal de germanio, con dos electrodos puntiformes, que integran un transistor, se constituyó en un verdadero corazón de múltiples aparatos, desde pequeñísimas prótesis para sordos, hasta los que rigen la vida de los satélites.

Imágenes de los primeros transistores

imagenes de los primeros transistores

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TRANSISTORES. La corriente de electrones que fluye en el interior de un tubo o válvula se ha visto que también se produce a través de ciertos sólidos como el metal llamado germanio. Con la particularidad de que no requieren placa, rejilla, calefacción del cátodo ni vacío alguno.

Amplían muchísimo la corriente y pueden funcionar con baterías de una cienmilésima de vatio. Su vida es larga y su tamaño es muy pequeño. Se conocen con el nombre de transistores. Su defecto más acusado consiste en que no trabajan bien con altas frecuencias.

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HISTORIA E INVENTORES: Tres eminentes investigadores: John Bordeen -premio Nobel-, Walter Brattain y William Shackley, dieron nacimiento al transistor, que por su reducido tamaño, su bajo precio y su economía, ha resultado insustituible en los sistemas de telecomunicaciones, tele-mediciones, etc.

Durante los años de la posguerra, la tecnología cambió progresivamente los diferentes aspectos de la vida cotidiana pero, sin duda alguna, hubo un tema que trascendió a todos los demás: la encarnizada y costosa rivalidad militar entre Estados Unidos y la URSS, en la que acabaron inevitablemente envueltos los países del este europeo y las democracias de Europa Occidental.

Fue una rivalidad cuyas batallas se libraron sobre todo en el terreno tecnológico.

Por un lado, se produjo una proliferación de armas nucleares de creciente potencia y, por otro, fueron apareciendo los medios para transportarlas hasta puntos cada vez más remotos.

 

inventores del transistor

Bardeen, Shockley y Brattain, inventores del transistor



Excepto en los aspectos no cuantificables de seguridad nacional e impulso de la actividad industrial, el enorme gasto resultó improductivo y, a través de sus repercusiones económicas, llegó a afectar las condiciones sociales.

Inevitablemente, los primeros años de la posguerra se dedicaron más a la reconstrucción que a la innovación. Muchas de las actividades anteriores a la guerra prácticamente se habían detenido y sus responsables se limitaron a retomarlas en el punto en que las habían dejado.

En Estados Unidos, por ejemplo, la fabricación de transmisores y receptores de televisión había estado prohibida durante la guerra y la medida no fue revocada hasta 1946.

Entre todos los avances e inventos de la postguerra podría mencionarse en el campo de la electrónica,  uno de los descubrimientos que revolucionó al mundo, constituido, en un principio, por una diminuta lámina de cristal de germanio, con dos electrodos metálicos puntiformes, uno de ellos polarizado en sentido directo, emisor, y otro en sentido inverso, colector.

Este diminuto artefacto, si así se lo puede llamar, no es nada menos que un transistor primitivo, que ha sido reemplazado por otro perfeccionado llamado transistor, adoptado universalmente.

Hace algo más que un cuarto de siglo, el 23 de diciembre de 1947, tres eminentes investigadores crearon el transistor. John Bardeen, dos veces premio Nobel por sus contribuciones sobre física teórica; Walter Brattain, especialista en superficies sólidas, y William Shockley, que ya se había destacado por sus trabajos en electrónica, dieron nacimiento al transistor.

Y uno de los primeros empleos, que asombró a todos sin excepción, fue el de las radios, que desde ese momento pudieron funcionar en diminutos aparatos sin necesidad de la corriente eléctrica. Como amplificador de señales de amplitud variable, el transistor sustituyó bien pronto, con extraordinarias ventajas, a la válvulas electrónicas.

En muy poco tiempo, el transistor fue invadiendo todas las actividades en que, por su uso, podía sustituir a los tubos electrónicos, por su tamaño reducido, su bajo costo, su fácil manejo. Además, su fabricación en serie ha puesto a disposición del mercado mundial transistores en una’ abundancia asombrosa.

Basta decir que, en un solo año; Estados Unidos logró vender a Europa y al Japón más de nueve mil millones de transistores. Desde la guitarra eléctrica hasta las pequeñísimas prótesis que los sordos introducen en sus oídos para escuchar los sonidos, hasta los marcapasos y las extraordinarias telecámaras de las cápsulas espaciales, computadores y satélites funcionan ya a transistores.

Representa el verdadero corazón de todos estos artefactos, desde el más pequeño hasta el más grande.



Para poder dimensionar el valor en toda su magnitud de este descubrimiento, es necesario aclarar que es fundamental la diferencia entre la electricidad y la electrónica; Mientras la primera se vale de electrones —esas partículas infinitesimales que gravitan alrededor del núcleo del átomo de una manera masiva— la electrónica entra en el detalle.

Es decir, de electrones por grupos pequeños, a veces de a uno. Antes de la guerra, para gobernar estos flujos electrónicos tan ínfimos existía un solo dispositivo, la lámpara de radio inventada por Lee De Forest, en 1906.

Los cristales de silicio y germanio, cuyas estructuras son similares a la del diamante, permitieron la creación del transistor. En estos materiales, cada electrón está como prisionero en una determinada posición, y no puede moverse. Sin embargo, una vez liberado, se halla en condiciones de atravesar el sólido y convertirse en transportador.

Además, los cristales de silicio y germanio ofrecen la posibilidad de que el electrón liberado deja un «agujero» en la posición que antes ocupaba. Este vacío se comporta exactamente igual que una carga positiva, y está en condiciones de trasladarse de un átomo al otro.

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De esta manera, los electrones funcionan como cargas negativas y los «agujeros» como positivas.

transistorEl secreto del transistor consiste en que, una vez obtenido el materia] muy puro, se lo convierte en conductor, introduciendo la necesaria cantidad de impurezas en los lugares precisos.

Los transistores fueron reemplazando progresivamente a las válvulas, y en todos aquellos aparatos, dispositivos e instrumentos en que se empleaban éstas, se sustituyen por aquéllos.

Así, con las notables ventajas que reportaron se introdujeron en todos los sistemas de telecomunicaciones, telemediciones, telecomandos y teleseñalizacíones.

Transistor Western Electric 2N110 de la década de 1960

Las radios, la televisión, las calculadoras electrónicas, los oscilógrafos, los voltímetros, los distintos instrumentos que se utilizan en el amplio campo de medicina para controlar las intervenciones quirúrgicas, etc.

No se considera que un aparato es moderno, si no ha sido transistorizado, porque representa extraordinarias ventajas en su uso, sus resultados, su manipuleo y en su economía.

El ingenio humano, que no se detiene ni siquiera ante obstáculos que a veces parecen insalvables, ha tratado siempre de ahorrar tiempo, lo que representa dinero, y simplificar las tareas, hacerlas más rápidas y accesibles.

Eso y mucho más representan las computadoras, una de las maravillas más detonantes del siglo XX.

Estas máquinas que realizan las operaciones matemáticas que la mente humana tardaría horas en concretar, y no siempre con exactitud, están prestando un imponderable beneficio a la humanidad, porque han permitido resolver no sólo operaciones de este tipo, lo que ya es mucho, sino también encontraron solución a numerosos problemas de trabajo; se han introducido en el campo de la medicina, en la vida diaria del hogar, y el hombre no habría podido enviar satélites, y menos haber descendido en la Luna, si no hubiera contado con esta prodigiosa conquista.

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Los primeros recuerdos sobre la evolución de las máquinas computadoras indican cómo la lógica fue introducida en el cálculo.

Las primigenias máquinas, como la de Pascal, no efectuaban nada más que operaciones aritméticas aisladas; el encadenamiento de las distintas operaciones que daban como resultado el cálculo completo, quedaban enteramente en manos del usuario de la máquina.

El proceso se efectuaba tal como se hace en la actualidad con las máquinas de teclado.

Durante la Segunda Guerra Mundial aparecieron las calculadoras electromecánicas y, posteriormente, las electrónicas, capaces de encadenar las operaciones.

De esta manera, se logró que la máquina ejecutara una serie de operaciones cuya secuencia es conocida de antemano y, además, cierta selección de operaciones, en función de los resultados parciales obtenidos en el curso.

Los transistores son pequeños aparatos de material semiconductor que amplifican o controlan la corriente eléctrica. Son simples de fabricar, aunque requieren un cuidadoso trabajo manual durante el montaje; suplantaron a los tubos de vacío casi por completo en la década de los años setenta. La necesidad de colocarlos en su sitio por medio de alambres se superó gracias al desarrollo del circuito integrado.

LOS ENLACES QUÍMICOS EN LA ELECTRÓNICA: Gracias a las propiedades que les confieren, entre otros, los enlaces que son capaces de establecer, algunos elementos químicos tienen múltiples usos en la vida cotidiana.

El silicio, por ejemplo, es un metaloide brillante, gris azulado. Forma el 26% de la corteza terrestre como sílice (SiO2 ) y silicatos. No existe en estado libre en la naturaleza y se prepara por reducción del sílice de la arena a elevadas temperaturas. El silicio forma parte de las arcillas, vidrios, cementos, siliconas.

En los últimos años, la demanda de este metaloide, así como de germanio y de selenio, se incrementó debido a que se utilizan para fabricar transistores y circuitos integrados. En el caso de los transistores se aprovecha la capacidad de semiconductor del silicio.

El cristal de silicio prácticamente no conduce la corriente eléctrica, porque muy pocos electrones tienen la energía suficiente como para escapar de sus átomos. Sin embargo, el agregado cuidadoso de impurezas lo convierte en conductor. Para comprenderlo, es preciso analizar la teoría de las bandas.

Según esta teoría, en una cristal, tal como ocurre en los átomos aislados, los electrones se ubican en niveles o «bandas» respecto de los átomos, pero, a diferencia de los átomos en los cuales estos niveles están bien diferenciados unos de otros, en los sólidos las bandas son continuas unas de otras.

Cuando los electrones se encuentran en la banda más cercana al átomo, llamada banda de valencia, el cristal no conduce la electricidad; en cambio, si se encuentran alejados del á-tomo, en la banda de conducción, el cristal conduce la eletricidad.

En los metales, ambas bandas están pegadas una con otra, y el pasaje de electrones es sencillo. En los no metales y en los semiconductores existe una gran diferencia de energía entre ambas.

Cuando el silicio se contamina con un elemento que tiene un electrón más en su nivel más externo, el electrón sobrante no se une a los electrones del silicio y queda libre para moverse dentro del cristal, alcanzando la banda de conducción.

Se forma así un material llamado semiconductor tipo n. Por el contrario, si el contaminante que se agrega es boro (que tiene un electrón menos), la banda de conducción baja su nivel energético y «se acerca» a la banda de valencia, permitiendo la conducción a través de los «huecos» vacantes. El material formado es un semiconductor tipo p.

Con los materiales semiconductores se fabrican transistores, que son componentes electrónicos que permiten o no el paso de la corriente eléctrica. En 1960 se creó un sistema capaz de tallar, mediante técnicas fotográficas, cientos de transistores en un pequeño bloquecito plano de silicio: se inventó así el primer circuito integrado o chip.

En la actualidad, se construyen chips mucho más complejos llamados microprocesadores, capaces de leer y actuar de distinto modo según las necesidades del usuario. Estos componentes electrónicos pueden manejar la información de dos maneras diferentes:

Los componentes analógicos traducen magnitudes que varían constantemente en señales amplificadas que se modifican de la misma manera. Se usan, por ejemplo, en amplificadores de audio y sintetizadores.

Los componentes digitales reciben, comparan y procesan información en forma de pulsos eléctricos. Las señales de entrada y de salida sólo pueden tomar determinados valores, que se combinan para formar códigos.

Estos componentes forman el sistema binario y se emplean en todos los sistemas computerizados. (Fuente: Química I Alegría-Bosack-Dal Fávero-Franco-Jaul-Ross)

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ALGO MAS DE HISTORIA DEL TRANSISTOR:

Cuando la radio estaba en su infancia, se utilizaban cristales como rectificadores, permitiendo a la corriente alterna fluir en una sola dirección. Estos receptores de galena eran muy rudimentarios, por lo que fueron reemplazados por aparatos provistos de lámparas. Éstas habían venido usándose también en varios instrumentos electrónicos, incluidos los nuevos ordenadores, durante más de cuarenta años.

antigua radio a galena

Pero las lámparas de radio tienen que ser lo bastante grandes como para encerrar un vacío. Son frágiles, tienen fugas y deben ser reemplazadas a menudo. También gastan mucha energía, y hay que esperar a que el filamento se caliente antes de que el aparato empiece a funcionar.

En 1948, los físicos William Bradford Shockley (1910-1989), Walter Houser Brattain (1902-1987) y John Bardeen (1908-1991) —todos ellos norteamericanos, aunque Shockley era de origen británico— descubrieron un nuevo tipo de cristal.

Consistía mayormente en germanio, peor conductor de la electricidad que los metales, pero mejor que los aislantes, como el vidrio y el caucho. El germanio y el silicio, que pocos años después reemplazó al anterior, por ser más barato y mejor, se consideraron ejemplos de semiconductores.

Si se añadían cantidades mínimas de impurezas al semiconductor, el cristal podía actuar como rectificador o como amplificador. En definitiva, podía realizar cualquier función propia de las lámparas.

Esos semiconductores eran sólidos (de ahí que se hable de dispositivos de estado sólido) y no requerían vacío, de manera que podían ser muy pequeños. No necesitaban ser sustituidos nunca.

Gastaban muy poca energía y no precisaban de calentamiento previo, con lo que su funcionamiento era inmediato. Un compañero de trabajo, el ingeniero norteamericano John Robinson Pierce (1910-2002), sugirió el nombre de transistor, porque transmitía la corriente a través de un «resistidor».

Con el tiempo, los transistores reemplazaron por completo las lámparas. Los transistores y los perfeccionamientos que siguieron podrían muy bien considerarse como el avance tecnológico más significativo del siglo XX.

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