Eletrônica: fatos básicos, papel e funções de dispositivos eletrônicos
Eletrônica: fatos básicos, papel e funções de dispositivos eletrônicos!
Fatos básicos:
A eletrônica e a ciência da eletricidade lidam com a corrente elétrica. Mas cada um se concentra em um uso diferente da corrente. A eletricidade lida com corrente principalmente como uma forma de energia que pode operar luzes, motores e outros equipamentos. Eletrônica trata corrente elétrica principalmente como um meio de transportar informações. Correntes que carregam informações são chamadas de sinais.
Imagem Cortesia: buzzsolutions.com/wordpress/wp-content/uploads/2013/05/electronics-appliances-industry.jpg
Uma corrente elétrica constante e imutável pode transportar energia. Mas a corrente deve variar de alguma forma para servir como um sinal. Alguns dispositivos de elétrons alteram o comportamento de uma corrente para produzir ou modificar sinais. Outros interpretam os sinais. Os sinais podem representar sons, imagens, números, letras ou instruções do computador. Sinais também podem ser usados para contar objetos, medir tempo ou temperatura, ou detectar produtos químicos ou materiais radioativos.
Os sinais em circuitos eletrônicos podem ser classificados como digitais ou analógicos. Um sinal digital é como um interruptor elétrico normal - está ligado ou desligado. Um sinal analógico pode ter qualquer valor dentro de um determinado intervalo.
Os sinais analógicos são amplamente utilizados para representar sons e imagens, porque os níveis de luz e as freqüências das ondas sonoras podem ter qualquer valor dentro de um determinado intervalo. Os sinais analógicos podem ser convertidos em sinais digitais e os sinais digitais em analógicos. Por exemplo, os leitores de discos compactos convertem sinais sonoros digitais em discos em sinais analógicos para reprodução em alto-falantes.
O controle rápido e confiável de sinais digitais e analógicos por equipamentos eletrônicos é possibilitado pelas propriedades únicas desses materiais semicondutores, como silício e germânio.
A eletrônica depende de certos dispositivos eletrônicos altamente especializados. Um televisor, computador ou outro equipamento eletrônico complexo pode conter de centenas a milhões desses dispositivos. O dispositivo eletrônico mais conhecido e mais importante é o transistor.
Os transistores ainda operam milhões de aparelhos de som, rádios e televisores. Mas os engenheiros agora podem colocar mais de cem mil transistores em um único chip de silício que é menor que uma unha. Tal chip forma um circuito integrado. Chips deste tipo podem ser conectados em placas de circuito para produzir equipamentos eletrônicos menores e mais baratos - mas muito mais poderosos - do que nunca.
Dispositivos eletrônicos são comumente usados em um grande número de aplicações que antigamente dependiam de sistemas mecânicos ou elétricos para sua operação. Exemplos são controles eletrônicos em câmeras automáticas, sistemas de ignição eletrônica em carros e controle eletrônico em equipamentos domésticos, como máquinas de lavar roupa.
Funções de dispositivos eletrônicos:
Os dispositivos eletrônicos executam três funções principais: (1) amplificação, (2) comutação e (3) oscilação, tudo como parte de circuitos. Um circuito consiste em uma série de dispositivos eletrônicos conectados e outras partes. Combinando as três funções de várias maneiras, os engenheiros projetam equipamentos eletrônicos que executam muitas outras funções especiais, como as operações de alta velocidade dos computadores.
Certas outras funções também são realizadas por dispositivos eletrônicos.
Mudando a luz para a eletricidade:
Quando certos materiais, como óxido de cobre ou selênio, são expostos à luz, eles produzem uma corrente elétrica ou permitem que uma corrente flua através deles. Dispositivos eletrônicos feitos desses materiais podem, assim, transformar a luz em eletricidade. Tais dispositivos são chamados de dispositivos fotoelétricos ou olhos elétricos. A corrente de um dispositivo fotoelétrico é geralmente extremamente fraca. Os amplificadores devem fortalecer a corrente antes que ela possa ser usada.
Produzindo e Usando Raios-X:
Tipos especiais de tubos de elétrons são usados para produzir raios-X. Os raios X podem passar pelo tecido humano e outras substâncias e deixar uma imagem em uma chapa fotográfica ou em uma tela fluorescente. Os raios X podem, assim, mostrar como as substâncias se parecem no interior. Raios-X são usados no diagnóstico e na terapia.
O diagnóstico inclui a detecção de fraturas, objetos estranhos no corpo, cáries dentárias e doenças, como câncer. As radiografias são usadas no tratamento terapêutico, também para impedir a disseminação de tumores malignos. Nas indústrias, os raios X são usados para encontrar a espessura dos materiais. Os raios X também são usados para escanear a microscopia eletrônica para obter uma “foto”.
Desenvolvimento de Eletrônica:
Eletrônica desenvolvida principalmente a partir de certos experimentos elétricos em 1800. Esses experimentos envolveram o uso de um tubo de descarga de gás, isto é, um tubo do qual parte do ar havia sido removido, deixando uma fina mistura de gases. O tubo tinha um eletrodo de metal (pólo elétrico ou terminal) em cada extremidade.
Quando uma bateria foi conectada aos dois eletrodos, o tubo brilhou com cores brilhantes. Os cientistas acreditavam que o eletrodo negativo, o cátodo, emitia raios invisíveis que causavam as cores. Eles nomearam os raios catódicos dos raios invisíveis. Como os cientistas retiraram ainda mais ar do tubérculo, para os seus experimentos, os tubos tornaram-se tubos de vácuo.
Em 1895, o físico alemão Wilhelm Roentgen descobriu que os raios catódicos poderiam produzir um tipo de raio totalmente diferente e desconhecido. Os raios catódicos criaram esses raios incomuns quando atingiram o vidro na extremidade do tubo oposto ao cátodo. Para sua surpresa, Roentgen também descobriu que o raio 3 produzido dessa maneira poderia passar pelo tecido animal e vegetal e deixar uma impressão em uma chapa fotográfica. Ele nomeou os misteriosos raios de raios-X.
Em 1897, a descoberta de elétrons pelo físico britânico Juseph J. Thomson levou à invenção de dispositivos que poderiam controlar o fluxo de elétrons, ou sinal elétrico, e colocá-lo para funcionar.
Tubos de Vácuo (Válvulas):
Em 1904, um cientista britânico chamado John Ambrose Fleming construiu o primeiro tubo a vácuo que poderia ser usado comercialmente. Era um tubo de dois eletrodos ou diodo que podia detectar sinais de rádio. Com o tempo, os tubos de diodo também se tornaram amplamente utilizados para retificar a corrente alternada.
Em 1907, o inventor americano Lee De Forest patenteou um tubo de três eletrodos ou tríodos. O tubo triodo tornou-se o primeiro amplificador eletrônico. Uma das primeiras aplicações foi em linhas telefônicas de longa distância. Em 1912 e 1913, De Forest e o pioneiro da rádio americana Edwin H. Armstrong, trabalhando independentemente, desenvolveram o tubo triodo como um oscilador. A invenção de um amplificador eletrônico e oscilador levou ao início da radiodifusão nos Estados Unidos em 1920. Esta data também marca o início da indústria eletrônica.
Da década de 1920 até a década de 1950, o conhecimento sobre tubos de vácuo possibilitou invenções como a televisão, filmes com som, radar e computadores eletrônicos. Essas invenções, por sua vez, levaram ao desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos.
Um cientista americano chamado GR Carey havia construído um dispositivo fotoelétrico, chamado de célula fotoelétrica, já em 1875. Mas os engenheiros fizeram pouco uso dele até o início dos anos 20, quando intensificaram seus esforços para desenvolver televisão e filmes com som.
Em 1923, um cientista americano nascido na Rússia chamado Vladimir K. Zworykin combinou uma célula fotoelétrica com uma pistola de elétrons e assim fez o primeiro tubo de câmera de TV bem-sucedido.
Em 1921, Albert W. Hull, um engenheiro americano, inventou um oscilador de tubo de vácuo chamado magnetron. O magnetron foi o primeiro dispositivo capaz de produzir microondas eficientemente. Radar, que foi desenvolvido gradualmente durante os anos 1920 e 1930, desde o primeiro uso generalizado de microondas.
A era do tubo de vácuo atingiu seu pico com a conclusão do primeiro computador eletrônico de uso geral em 1946.
A era do estado sólido:
Dispositivos semicondutores primitivos feitos de selênio tinham servido como retificadores já em 1900. Os detectores de cristal nos primeiros rádios também eram semicondutores. Mas nenhum desses dispositivos funcionava tão bem quanto os retificadores e detectores de tubo a vácuo.
Então, no início da década de 1940, uma equipe de físicos americanos produziu os primeiros diodos semicondutores de sucesso. A equipe consistia em John Bardeen, Walter H. Brattain e William Shockley. Em 1947, essa mesma equipe inventou o transistor. Os fabricantes começaram a usar transistores como amplificadores em aparelhos auditivos e rádios de bolso no início dos anos 50. Na década de 1960, os diodos e transistores semicondutores haviam substituído os tubos a vácuo em muitos equipamentos eletrônicos.
Microeletrônica:
No final da década de 1950, os programas militares e espaciais começaram a exigir equipamentos eletrônicos mais compactos. Embora os fabricantes tenham reduzido o tamanho dos dispositivos eletrônicos, cada dispositivo ainda formava um componente separado em um circuito. o equipamento eletrônico era grande demais para as demandas dos programas militares e espaciais. Empresas de eletrônicos começaram a trabalhar no desenvolvimento de circuitos muito menores. Seu trabalho levou à microeletrônica - o projeto e a produção de circuitos integrados e de equipamentos que usavam circuitos integrados.
Em 1960, engenheiros e cientistas conseguiram construir um circuito integrado. Ele tinha todas as funções de um circuito convencional em um cristal semicondutor, 1.000 vezes menor que um circuito convencional.
Papel da Eletrônica:
A eletrônica tem um papel importantíssimo no processo de desenvolvimento de um país hoje. A eletrônica desempenha um papel catalisador no aumento da produção e da produtividade em setores-chave da economia, seja em infra-estrutura, indústrias de processo, comunicação ou mesmo em treinamento de mão de obra. Áreas de alta tecnologia hoje dependem muito de eletrônica.
A eletrônica é convencionalmente classificada nos setores de consumo, industrial, defesa, comunicações e processamento de informações. Nos últimos tempos, a eletrônica médica e os sistemas de transporte e energia elétrica se tornaram segmentos importantes por conta própria.
Eletrônica de consumo é o setor mais antigo do campo que começou com o desenvolvimento de receptores de rádio após a invenção do triodo. A competitividade internacional neste campo exige inovação constante.
Este campo se expandiu notavelmente nos últimos anos com o desenvolvimento de itens como CD players, fita de áudio digital, fornos de microondas, máquinas de lavar roupa e sistemas de recepção de televisão via satélite. Todos esses itens, no entanto, fazem uso de tecnologias avançadas e técnicas de fabricação, como lasers de semicondutores e dispositivos de microondas.
A eletrônica industrial é orientada para a fabricação de produtos exigidos por equipamentos modernos de controle de processos industriais, máquinas e robôs controlados numericamente e equipamentos para testes e medições. Os laboratórios também exigem instrumentos de precisão. Este campo tem um grande potencial de crescimento e desenvolvimento.
A infraestrutura avançada em ciências de materiais e eletrônica sofisticada é relevante para o campo de defesa, onde o custo geralmente não é um fator limitante. O equipamento deve ser resistente o suficiente para suportar pressões ambientais, além de ser preciso e sensível também.
A defesa eletrônica é estratégica, é claro; também tem valiosos benefícios para oferecer à indústria. A Bharat Electronics Ltd. (BEL), uma organização financiada pela defesa, contribuiu muito para o desenvolvimento do transistor e da televisão na Índia.
A eletrônica de comunicações é um campo em rápido crescimento, com muito espaço para inovação e aplicação industrial. Os equipamentos de comunicação se beneficiaram imensamente do desenvolvimento de lasers semicondutores eficientes, tecnologia de fibra óptica, técnicas digitais e microprocessadores poderosos.
A tecnologia da informação, novamente, é claramente dependente da eletrônica. O circuito integrado é a base de computadores que são, por sua vez, usados para projetar circuitos VLSI (Very Large scale integrated), particularmente microprocessadores e memórias. Computadores melhores ajudam novamente a melhorar os sistemas de comunicação, enquanto comunicações rápidas e eficientes levam a redes de computadores distribuídas, dando acesso a dados especializados em um computador distante do próprio local de trabalho.
No campo da medicina, a eletrônica tornou possível o gravador de ECG (eletrocardiograma), bem como o aparelho de ressonância magnética nuclear (NMR - Nuclear Magnetic Resonance), além de outros equipamentos de medição.
