El comienzo de la electrónica viene desde 1895 cuando H.A.Lorentz postuló la existencia de cargas separadas, llamadas electrones. Dos años más tardes J.J Thompson encontró estos electrones experimentalmente. En el mismo año (1897). Braun construyó lo que fue probablemente la primera válvula electrónica, esencialmente un tubo de rayos catódicos primitivo.

Esto no fue hasta los principios del siglo 20 que la electrónica comenzó a tomar forma tecnológica. En 1904 Flemming inventó el diodo, el cual llamó una válvula. Esto consistía en un alambre calentado el cual emitía electrones separados a una pequeña distancia desde una placa en vasío. Para un voltaje positivo aplicado a la placa, los electrones eran juntados, por el contrario para un potencial negativo la corriente fue reducida a cero. Esta válvula fue usada como un detector de señales inalámbricas. Dos años más tardes, Pickard trató un cristal de silicio con un bigote de gato(un alambre puntiagudo presionado dentro del silicio) 
como un detector. Este fue el primer diodo semiconductor. Este componente era muy inconfiable, fue abandonado pronto y la electrónica de los semiconductores en 1906 murió prematuramente. 
El acontecimiento más importante en esta antigua historia de la electrónica tuvo lugar en el mismo año(1906) cuando De Forest puso un tercer electrodo(una malla) dentro del invento de Flemming, inventando así la válvula electrónica triodo, el cual llamó audión. Un pequeño cambio en el voltaje rejilla resultó un gran cambio en el voltaje placa. Por esto el, el audión fue el primer amplificador. Esto tomó alrededor de cinco años para perfeccionar el vacío en el audión y adicionar un cátodo revestido de óxido eficiente para obtener un dispositivo electrónico confiable. Comenzando así en 1911 la era de de la electrónica práctica.

La primera aplicación de la electrónica fue en la radio, y simultáneamente con el nacimiento de la electrónica, el IRE (Instituto de Ingenieros de la Radio) fue fundado en los Estados Unidos en 1912. Esto fue un gran tributo a la imaginación de los primeros ingenieros, que comprendieron inmediatamente la importancia de la radio y formaron esta organización en el mismo comienzo de las comunicaciones radiales. El Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, la cual tomó cuidado del interés ingenieros eléctricos convencionales, había sido ya fundada en 1884. Ambas sociedades se combinaron en 1963 para sentar el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). 
La primera estacionó de radiodifusión, KDKA, fue construida en 1920 por la Corporación Eléctrica Westinghouse en Pittsburgh, Pennsylvania. Alrededor de 1924, justamente cuatro cortos años después, habían 500 estaciones de radio en los Estados Unidos. La historia de la radiodifusión(Ambas las comunicaciones de Radio y TV) pueden ser divididas en tres periodos fundamentales:

De 1907 a 1927: Los componentes disponibles eran simplemente diodos y triodos con cátodos tipo-filamento. Los circuitos que fueron inventados por la ingeniosidad de los ingenieros fueron los amplificadores en cascada, amplificadores regenerativos (Universidad de Armstrong en 1912), osciladores, heterodino(Universidad de Armtrong 1917) y neutralización para prever oscilaciones indecisas en amplificadores.

De 1927 a 1936: El cátodo indirectamente calentado fue inventado por el diodo y el triodo. Dos electrodos adicionales - un cuarto y luego un quinto - fueron introducidos en el triodo para formar la válvula de rejilla-protectora y el pentodo, respectivamente. Además las válvulas amplificadoras de radiación y las válvulas de metal fueron introducidas durante este periodo.Con estos nuevos dispositivos, los ingenieros fueron capaces de inventar el recibidor super heterodino, control automático de ganancia (AGC), aislador-simple de sincronización, y la operación multibanda. La radio fue un negocio floreciente.

De 1936 a 1960: En este ultimo periodo los nuevos dispositivos eran electrodos estrechamente espaciados (para un alto producto ganancia-ancho de banda), tubos miniaturas de cristal, y, hacia el fin del periodo, tubos de televisión a color. La reconocida Universidad de Armstrong años después el primer receptor FM estaba disponible. La Electrónica de la televisión blanco y negro comienza alrededor de 1930, y el nombre más importante aquí es Zworyking de RCA. Dies años más tarde, la televisión al menos en los Estados Unidos, era un uso claro.

La televisión a color comercial comenzó alrededor de 1950, y muchas nuevas funciones tenían que ser efectuadas. Por esto, los circuitos de a continuación fueron inventados: limitador de FM, discriminador de FM, control de frecuencia automática (AFC), generador de ondas de forma de diente-cierra(definición linear para un tubo de TV), sincronización, multiplicador, y los circuitos de retroalimentación inversa (incluyendo amplificadores operacionales).

Tomado de artículos varios en revistas especializadas, Internet y una traducción parcial del libro "Ser Radioaficionado" INTERNATIONAL AMATEUR RADIO STUDY GUIDE de Paul L. Rinaldo, (W4RI), editada por The American Radio Relay League (ARRL).

Componentes electrónicos

Los circuitos electrónicos constan de componentes electrónicos interconectados. Estos componentes se clasifican en dos categorías: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen las resistencias, los reóstatos, los condensadores, los transformadores, y los inductores. Los considerados activos incluyen las baterías (o pilas), los generadores, los tubos de vacío y los transistores.

Hay una cantidad y diversidad enorme de estos componentes, así que solo mencionaremos los mas utilizados e importantes para nosotros.


Resistencias

Son elementos costruidos de materiales que se oponen al paso de la corriente eléctrica. Los hay de diversos tamaños y formas que dependen en que circuito se los va ha utilizar. 

Transformadores

Componenete basado en la disposición de dos bobinados acoplados magneticamente. El uno es el primario y el otro ekl secundario. para mejorar el acoplamiento, el espacio vacio entre los dos bobinados es reemplazado por un nucleo ferromagnético de chapas o ferrita según la frecuncia de funcionamiento.

Estamos acostumbrados a citar los transformadores como integrantes de los circuitos de alimentación de equipos electrónicos y también al hablar de la producción de energía eléctrica.

En las centrales se emplean los transformadores para elevar la tensión y mejorar las condiciones de transporte de energía, para después reducir esta alta tensión a niveles adecuados para el consumo doméstico o comercial.

Otra de sus múltiples aplicaciones es como transformadores de antena, de frecuencia internmedia, de osciladores, etc.

Es una forma idonea para acoplar impedancias de los circuitos amplificadores de radiofrecuencia o audiofrecuencia.

Diodos

Son elementos semiconductores que permiten la conducción de corriente en un sentido, y lo impiden en el opuesto. Son utilizados para la rectificación de la corriente, para detectores, etc.

A muchos de estos semiconductores se les aprovecha otras características para aplicaciones especiales como reguladores de voltaje y capacitores variables con la tensión.

Tubos de vacío

Un tubo de vacío consiste en una cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metálicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) está formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación. El cátodo (un pequeño tubo metálico que se calienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro metálico en torno al cátodo, también llamado placa). Si se aplica una tensión alterna al ánodo, los electrones sólo fluirán hacia el ánodo durante el semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensión alterna, el ánodo repele los electrones, impidiendo que cualquier corriente pase a través del tubo. Los diodos conectados de tal manera que sólo permiten los semiciclos positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominan tubos rectificadores y se emplean en la conversión de corriente alterna a corriente continua (c.c.).

 Al insertar una rejilla, formada por un hilo metálico en espiral, entre el cátodo y el ánodo, y aplicando una tensión negativa a dicha rejilla, es posible controlar el flujo de electrones. Si la rejilla es negativa, los repele y sólo una pequeña fracción de los electrones emitidos por el cátodo puede llegar al ánodo. Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede utilizar como amplificador. Las pequeñas variaciones de la tensión que se producen en la rejilla, como las generadas por una señal de radio o de sonido, pueden provocar grandes variaciones en el flujo de electrones desde el cátodo hacia el ánodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al ánodo.

Transistores

Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones. Con la batería invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material n, que ya está lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prácticamente cero.

El transistor bipolar fue inventado en 1948 para sustituir al tubo de vacío triodo. Está formado por tres capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con configuraciones pnp o npn. Una unión está conectada a la batería para permitir el flujo de corriente (polarización negativa frontal, o polarización directa), y la otra está conectada a una batería en sentido contrario (polarización inversa). Si se varía la corriente en la unión de polarización directa mediante la adición de una señal, la corriente de la unión de polarización inversa del transistor variará en consecuencia. El principio se puede utilizar para construir amplificadores en los que una pequeña señal aplicada a la unión de polarización directa provocará un gran cambio en la corriente de la unión de polarización inversa.

Otro tipo de transistor es el de efecto campo (FET, acrónimo inglés de Field-Effect Transistor), que funciona sobre la base del principio de repulsión o de atracción de cargas debido a la superposición de un campo eléctrico. La amplificación de la corriente se consigue de modo similar al empleado en el control de rejilla de un tubo de vacío. Los transistores de efecto campo funcionan de forma más eficaz que los bipolares, ya que es posible controlar una señal grande con una cantidad de energía muy pequeña.

Circuitos integrados

La mayoría de los circuitos integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores. La fotolitografía permite al diseñador crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricación, estas regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos. 

Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.

Gracias a ellos es posible la moderna electrónica en su máxima expresión, la computadoras.

Reóstatos 

Los reóstatos son resistencias variables, y sirven para controlar la corriente en los circuitos electrónicos. 

Se elaboran con mezclas de carbono, láminas metálicas o hilo de resistencia, y disponen de dos cables de conexión. Los reóstatos variables, con un brazo de contacto deslizante y ajustable, se suelen utilizar para controlar el volumen de aparatos de radio y televisión.

Condensadores 

Los condensadores están formados por dos placas metálicas separadas por un material aislante. Si se conecta una batería a ambas placas, durante un breve tiempo fluirá una corriente eléctrica que se acumulará en cada una de ellas. Si se desconecta la batería, el condensador conserva la carga y la tensión asociada a la misma. 

Las tensiones rápidamente cambiantes, como las provocadas por una señal de sonido o de radio, generan mayores flujos de corriente hacia y desde las placas; entonces, el condensador actúa como conductor de la corriente alterna. 

Este efecto se puede utilizar, por ejemplo, para separar una señal de sonido o de radio de una corriente continua, a fin de conectar la salida de una fase de amplificación a la entrada de la siguiente. Tambien se los utiliza para filtrar componentes de CA en fuentes de poder.

Inductores 

Los inductores o bobinas consisten en un hilo conductor enrollado en forma de bobina. Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente. 

Al igual que un condensador, un inductor se puede usar para diferenciar entre señales rápida y lentamente cambiantes. Al utilizar un inductor conjuntamente con un condensador, la tensión del inductor alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador variable (son circuitos sintonizados).

Dispositivos de detección y transductores 

La medición de magnitudes mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas se realiza empleando dispositivos denominados sensores y transductores. El sensor es sensible a los cambios de la magnitud a medir, como una temperatura, una posición o una concentración química. El transductor convierte estas mediciones en señales eléctricas, que pueden alimentar a instrumentos de lectura, registro o control de las magnitudes medidas. Los sensores y transductores pueden funcionar en ubicaciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados o impracticables para los seres humanos.

Algunos dispositivos actúan de forma simultánea como sensor y transductor. Un termopar consta de dos uniones de diferentes metales que generan una pequeña tensión que depende del diferencial térmico entre las uniones. El termistor es un reóstato especial, cuya resistencia varía según la temperatura. Un reóstato variable puede convertir el movimiento mecánico en señal eléctrica. Para medir distancias se emplean condensadores de diseño especial, y para detectar la luz se utilizan fotocélulas. Para medir velocidades, aceleraciones o flujos de líquidos se recurre a otro tipo de dispositivos. En la mayoría de los casos, la señal eléctrica es débil y debe ser amplificada por un circuito electrónico.

Parlantes

Son dispositivos de salida de audiofreciuencia, es decir reciben señales eléctricas de las salidas de los amplificadores de audio y las convierten en señales acústicas.

Micrófonos

Son transductores de entrada, convierten las señales acusticas (de la voz) en señales eléctricas que son alimentadas a los amplificadores para excitar circuitos de potencia de audio o moduladores de radiofreciuencia.

Los hay de diferentes formas, características y principios básicos de funcionamiento: los antiguas de carbón, de cristal, magnéticos, de condensador, etc.

Tomado de artículos varios en revistas especializadas, Internet y una traducción parcial del libro "Ser Radioaficionado" INTERNATIONAL AMATEUR RADIO STUDY GUIDE de Paul L. Rinaldo, (W4RI), editada por The American Radio Relay League (ARRL).

RECTIFICADORES

Son circuitos que permiten la operación de cambio de una corriente alterna (A.C.) en corriente directa (D.C.).

Normalmente se utiliza para esta operación la característica de los diodos que dejan pasar la corriente en una sola dirección.

La corriente alterna (A.C.) posee valores de diferente signo en cada semiciclo. Al intercalar un diodo este solo deja pasar corriente cuando su anodo es positivo respecto al cátodo. En estas condiciones, después del diodo se tendrá una serie de semialternacias que podrán ser positivas o negativas según la colocación del elemento rectificador.

Pude haber rectificación de media onda o de onda completa.  

Esta operación es necesaria dado que los circuitos electrónicos para su operación necesitan alimentarse de la corriente directa (D.C.).

Las corrientes alternas quedan a nivel de señales (audio, radiofrecuencia, etc.)

DETECTORES

Un detector es el medio de que se vale para convertir las señales de radiofrecuencia en señales de información de baja frecuencia (audio, imagen, datos digitales).

El medio que se usa para extraer la información de una señal de alta frecuencia (HF, VHF, UHF, VUAF), depende del tipo de modulación usada para incorporar la señal de información en la portadora.

Entre los diferentes tipos de modulación enumeraremos la modulación de amplitud (AM), la modulación de frecuencia (FM) (esta es la que se usa normalmente en equipos de 2 mts. de aficionados), la modulación de banda lateral única (BLU) (esta es la que más se usa en equipos de HF de aficionados), etc.

EL AMPLIFICADOR

Dispositivo o circuito para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio, la emisión débil de una célula fotoeléctrica, la corriente atenuada de un circuito telefónico de larga distancia, la señal eléctrica que representa al sonido en un sistema de megafonía y para muchas otras aplicaciones. Dispositivos de amplificación de uso muy común son los transistores y los circuitos integrados. Otras formas de dispositivos amplificadores son los distintos tipos de tubos de vacío termoiónicos como el triodo, el pentodo, el klistrón y el magnetrón.

Las pequeñas variaciones en la tensión de entrada generan variaciones correspondientes, pero mucho mayores, en la tensión de salida. El coeficiente de estos cambios de tensión se denomina factor de amplificación. Cuando el factor de amplificación supera una determinada cantidad en un tubo termoiónico, la señal de salida deja de coincidir con la señal de entrada y queda distorsionado. Esta situación se mitiga haciendo funcionar el amplificador por debajo del factor de amplificación máximo. Cuando se requiere mayor amplificación de la que es posible en una misma fase de amplificación (es decir, en un transistor o en un tubo de vacío y sus circuitos asociados) se utiliza un amplificador secuencial o de varias etapas. La salida de una fase es utilizada como entrada por la siguiente. La amplificación de los circuitos fotoeléctricos puede incrementarse utilizando fototubos altamente sensibles, denominados fotomultiplicadores. 

Los transistores han sustituido en gran medida o en su totalidad a los tubos de electrones en los dispositivos más comunes. Estos elementos semiconductores de estado sólido ofrecen un alto factor de amplificación, funcionan sin distorsión en una amplia banda de frecuencias y pueden ser extremadamente pequeños. 

Utilizando técnicas de circuito integrado es posible colocar miles de amplificadores de transistor en pequeñísimas placas de silicio (el C.I.).

La respuesta a los impulsos de un amplificador determina su capacidad de reproducir un pulso de entrada de onda cuadrada (un tipo de señal eléctrica regular) de forma rápida y precisa; las entradas de ondas cuadradas son dirigidas hacia un amplificador para su recuento o cronometraje. La respuesta a los impulsos es importante en los circuitos informáticos digitales, la modulación por impulsos codificados y los instrumentos de radar y nucleares, es decir, dondequiera que se procesen pulsos de onda cuadrada de alta frecuencia. Por ejemplo, en un radiómetro, la frecuencia con que las partículas de radiación golpean contra un elemento sensible, como el diodo de unión de un semiconductor, es una medida de la intensidad o de la concentración de partículas. La emisión de diodo resultante puede ser una serie de impulsos que a continuación son amplificados y dirigidos hacia un transductor para poder ser vistos. 

Los amplificadores con características de bajo nivel de ruido son esenciales para los satélites de comunicaciones. Las señales electromagnéticas de microondas (de frecuencia extremadamente alta) son amplificadas por dispositivos máser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación). En lugar de amplificar corriente eléctrica el máser amplifica directamente las señales electromagnéticas.

Los amplificadores suelen clasificarse por el tipo de elementos eléctricos del circuito. Los amplificadores de acoplamiento por inductancia están conectados sobre todo por bobinas y transformadores; los de acoplamiento por capacitancia mediante condensadores, y los de acoplamiento por impedancia mediante reóstatos. 

Los amplificadores de acoplamiento directo están conectados sin ese tipo de componentes eléctricos, y se utilizan para alternar corrientes de muy baja frecuencia, como las que se producen en muchos ordenadores analógicos. Las demás modalidades se emplean para bandas de frecuencias amplias. Los amplificadores de audiofrecuencias funcionan entre 10 y 100.000 ciclos por segundo (Hz.) o 100 kilohercios (kHz). Los amplificadores de banda intermedia sirven para las frecuencias entre 400 kHz y 5 millones de Hz, y así sucesivamente.

Continúa...

EL CIRCUITO SINTONIZADO

La unión de una resistencia y un condensador forman un circuito sintonizado RC, la unión de una bobina o inductor con un condensador forman un circuito sintonizado LC.

Un circuito sintonizado resuena a una frecuencia dada por las siguientes fórmulas:

F=RC en el caso de un circuito resonante RC, y

F=LC en el caso de un circuito resonante LC.

La carga y descarga de un condensador a traves de una resistencia o una bobina forman un circuito sintonizado que es el corazón de los circuitos osciladores que son utilizados en: multivibradores y osciladores de audio de baja frecuencia, osciladores para los transmisores de radioaficionados.

Este mismo circuito sintonizado básico se lo usa en los receptores para "sintonizar" las diferentes frecuencias de trabajo. En este caso las bobinas se las combina con condensadores variables mecánicos o controlados por voltaje.

Los circuitos sintonizados LC se los utiliza para altas frecuencias y los RC para baja frecuencia.

EL OSCILADOR

La operación de un oscilador puede describirse mejor considerándolo como un amplificador en el que una parte de la energía de salida se hace regresar a la entrada a fin de producir un cambio cíclico en la conducción del amplificador.

Una oscilación es una señal variable con el tiempo. Los circuitos electrónicos permiten tener varios tipos de oscilaciones que no han de ser necesariamente senoidales (senoidales porque vistas en un osciloscopio tienen forma de seno), ya que existen otro tipo de señales variables en el tiempocomo son: las rectangulares, triangulares, diente de sierra o en rampa, etc. 

Todos los circuitos sufren perdidas de potencia debido al flujo de corriente a través de la resistencia del alambre, de las resistencias eléctricas de los condensadores y bobinas y en dispositivo amplificador en sí. Todos estos dispositivos consumen energía y la disipan como calor (Perdida I2 R). 

Esta perdida de energía es compensada por la realimentación pero a su vez esta energía es tomada de la fuente de poder (una batería u otra fuente de potencia). Para producir una versión amplificada de la señal de entrada debe suministrarse una energía adicional.