Apresentação - Eletrônica - Bruno-Ferreira

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Eletrônica em Geral
INTRODUÇÃO
Poucas pessoas se dão conta, ao ouvir o rádio ou ao ver a televisão, da grandiosidade
que representou para a humanidade a descoberta da transmissão da voz humana
através das ondas eletromagnéticas.
O advento do transistor no final da década de 40 e o desenvolvimento da tecnologia dos
circuitos integrados cerca de 20 anos depois permitiram que computadores do tamanho
de salas imensas fossem reduzidos às atuais calculadoras de bolso. A mesma tendência
tornou extremamente compactos volumosos rádios, televisores e equipamentos de som
à base de válvulas.
O avanço da eletrônica tem tomado uma cadência assustadoramente rápida, criando
uma expectativa constante em torno do qual será sua próxima conquista. O que tem
causado toda essa corrida rumo ao futuro são em especial os avanços da tecnologia.
1. A EVOLUÇÃO DA ELETRÔNICA
2.
Até o início do século passado, os conhecimentos sobre os fenômenos elétricos eram
praticamente inexistentes. Em 1821, aos 30 anos de idade, Faraday descobriu que os
ímãs exerciam ação mecânica sobre condutores elétricos próximos que estivessem
sendo percorridos por uma corrente elétrica.
Em 13 de junho de 1831, na época em que Faraday descobria o famoso efeito da indução
eletromagnética, nascia, na Escócia, James Clerk Maxwell que viria a se tornar um dos
grandes gênios da humanidade, pelos trabalhos fundamentais que realizou e que
serviram de base a todo o desenvolvimento da eletrônica e, em especial, ao ramo das
comunicações.
Como era de se esperar, Maxwell gerou inúmeras polêmicas e grande quantidade de
trabalhos experimentais com a finalidade de comprovar que as ondas eletromagnéticas
propagavam-se no espaço com a velocidade da luz.
Em 1800, Volta, inventou a bateria elétrica e, pela primeira vez na história, o homem
tinha a possibilidade de usar corrente contínua em suas experiências.
Os famosos físicos ingleses Wheatstone e Cooke trabalharam muito na popularização
do telégrafo indicando sua aplicação comercial. Caberia, entretanto, a Morse o
desenvolvimento, em 1835, do telégrafo a fio como o conhecemos hoje.
A invenção do diodo a vácuo, feita por Fleming em 1904, representou um grande avanço
sobre os detetores de alta de freqüência usados na época. Logo a seguir, De Forest
inventou a válvula com três eletrodos que viria revolucionar os sistemas de comunicação.
Começava a era da eletrônica propriamente dita.
O antepassado dos dispositivos eletrônicos diminutos é a válvula a vácuo. As válvulas a
vácuo foram cruciais ao desenvolvimento do rádio, da televisão, do computador e do
telefone. Eram também frágeis e volumosos. Com a evolução da tecnologia eletrônica,
a partir da década de 20, as válvulas eletrônicas foram se tornando cada vez mais
eficientes e menores, tendo atingido seu pico durante a II Guerra Mundial quando
milhões delas foram fabricadas para atender às necessidades especiais das forças
armadas em todos os tipos possíveis de equipamentos eletrônicos usados na aviação,
marinha, exército etc. Uma busca universal para encontrar um dispositivo mais compacto
e de maior confiança ocupou a engenharia após a II Guerra Mundial e surgiu o transistor.
O transistor foi inventado em 1947 por John Bardeen, Walter H. Brattain e William
Shockley. Em 1956, os três receberam o prêmio Nobel de Física por suas pesquisas com
os semicondutores e pela descoberta do transistor. A forma e o tamanho do transistor
eram bastante diferentes do arranjo enorme das válvulas a vácuo. Também, ao contrário
das válvulas, não tem filamento e pode operar instantaneamente. Em vez de operar
exclusivamente pelo deslocamento de elétrons, emitidos de um cátodo, opera com
cargas elétricas negativas e cargas positivas artificialmente criadas no corpo dos cristais
do semicondutor. Seu modo de funcionar lembra o da válvula, porém, o modo de operar
é mais complexo.
No início dos anos 50, o transistor chamou a atenção do mundo, primeiramente com a
venda no varejo do rádio transistorizado, que se tornou o artigo mais vendido na época.
As aplicações do transistor incluíram osciladores de telefone, dispositivos automáticos
da distribuição de telefones e nos dispositivos das comunicações. A aplicação dos
transistores não era muito utilizada nos computadores até que a IBM contratou uma
empresa especializada para o desenvolvimento do transistor projetado especificamente
para aplicações digitais.
Com a invenção dos transistores para aplicações digitais, a maioria dos fabricantes de
computador iniciou a substituição das dispendiosas e quentes válvulas eletrônicas pelos
novos dispositivos, bem mais baratos e com pouquíssima dissipação de calor. O primeiro
computador transistorizado foi desenvolvido por Seymour Cray no ano de 1958.
Os avanços eletrônicos citados foram primordiais à invenção de Jack Kilby, em 1958: o
circuito integrado (CI). Ainda em 1958, Robert Noyce desenvolve um circuito integrado
miniaturizado, em que vários transistores eram impressos numa pastilha de
semicondutor de uma única vez. Já em 1961, estava fabricando-se circuitos integrados
comercialmente e em grandes quantidades. No ano seguinte foi o verdadeiro começo da
produção em massa desses circuitos e, ainda hoje, os mesmos dominam o campo da
eletrônica, sendo fabricados em escalas colossais.
No início dos anos 70, aparecem as calculadoras eletrônicas portáteis que
revolucionaram a arte de calcular. Usando circuitos integrados compactos, algumas
dessas calculadoras possuíam mais capacidade computacional que os computadores
produzidos em 1958.
O mais importante desenvolvimento na área de informática, desde a sua criação, foi o
micro-processador que é basicamente um computador em miniatura. Este foi
desenvolvido pela Intel Corporation em 1972 e foi logo seguido por várias outras firmas.
O microprocessador consistia de milhões de transistores fixados a uma microplaqueta
de silicone que ficou denominada como microchip. Com o microchip foi possível a
invenção de milhares de novos produtos como: instrumentos médicos, automóveis,
telefones celulares, jogos eletrônicos e os relógios. Os microprocessadores
desenvolveram-se e deram origem aos microcomputadores que evoluíram e deram
origem aos microcomputadores atuais.
2. O USO DA ELETRÔNICA NAS PRINCIPAIS INVENÇÕES DO SÉCULO XX
2.1. O rádio
Após o aparecimento da válvula, a técnica dos receptores de rádio evoluiu rapidamente,
atingindo seu apogeu durante a II Guerra Mundial. Evidentemente que a eletrônica não
se restringia, exclusivamente, ao desenvolvimento do rádio. Inúmeros outros ramos da
atividade humana começaram a ser influenciados por este novo ramo da tecnologia. Na
marinha, na aviação, no exército, na indústria, na medicina, enfim, praticamente em tudo,
a eletrônica se fez sentir. Mas, sem dúvida nenhuma, o rádio foi o começo de tudo.
Uma grande contribuição às telecomunicações se deve aos radioamadores de todo o
mundo. Nos Estados Unidos, logo após o aparecimento do triodo, os radioamadores se
constituíram de uma grande massa de consumidores de peças e acessórios para a
fabricação caseira de seus transmissores e receptores.
Devemos a eles a descoberta de que é possível a transmissão a longas distâncias. O
rádio revolucionou os sistemas de comunicação da época, pois permitia a comunicação
a longas distâncias.
2.2. A televisão
Desde 1876, ano em que Bell inventou o telefone, provando, assim, que sinais
complexos podiam ser transmitidos eletricamente através de linhas físicas, começaram,
também, as tentativas do envio de imagens à distância.
A primeira idéia sobre transmissão de imagens que trouxe conseqüências práticas foi
patenteada em 1884 por Paul Nipkow. A importância da idéia estava no seu famoso disco
de Nipkow que, pela primeira vez, fazia a "varredura" da imagem a ser transmitida,
permitindo que a mesma fosse transformada numa série de impulsos que podiam ser
transmitidos à distância e recompostos por meio semelhante no lado da recepção.
Nipkow nunca construiu seu invento, provavelmente porque a tecnologia da época não
o permitia. Seu disco, porém, serviu de modelo para vários sistemas eletromecânicos de
televisão que foram construídos posteriormente, sendo o mais notável o do inglês John
Logie Baird.
Baird foi um grande inventor, especialmente na técnica da televisão. Entre os fatos mais
notáveis de sua carreira estão: a transmissão de imagens de TV através de linhas
telefônicas (1927); primeira demonstração de TV a cores (1928); TV estéreo (1928);
transmissão simultânea de TV e som (1930); transmissão de um evento público (1931);
transmissão de filme de cinema (1931); transmissão em VHF. Todos esses eventos
foram realizados com equipamentos eletromecânicos e com discos do tipo Nipkow.
A televisão que conhecemos hoje, é a televisão eletrônica e tem uma origem diferente
daquela de Baird. O primeiro sistema todo eletrônico foi concebido por Alan A. CampbellSwinton. Tal como Nipkow, Campbell-Swinton não testou seu invento que foi descrito
com grandes detalhes.
A televisão é, sem sombra de dúvidas, uma das maravilhas que a eletrônica nos
proporcionou.
2.3. O radar
O termo radar originou-se da frase em inglês "radio detection and ranging", que significa
detecção e medida de distância por rádio. A história do radar revela uma das grandes
realizações da capacidade, engenhosidade e curiosidade do espírito humano. Foi uma
das conquistas da eletrônica onde grandes dificuldades tecnológicas tiveram de ser
vencidas.
Através desse desenvolvimento, o homem tornou seus meios de transporte,
principalmente o aéreo e o naval, muito mais seguros e confiáveis. Abriu horizontes até
então impossíveis de serem alcançados. A II Guerra Mundial deu um impulso enorme ao
desenvolvimento desta técnica que, sem dúvida alguma, teve papel importantíssimo nas
grandes batalhas navais e aéreas travadas neste conflito.
Do ponto de vista científico, o radar é definido como uma técnica de detectar, por meio
de reflexão de ondas eletromagnéticas, a presença de objetos, podendo determinar seus
movimentos e a distância a que se encontram do ponto de observação, tanto à noite
como de dia, e a grandes distâncias.
A II Guerra Mundial foi a primeira guerra, na história, em que a eletrônica teve papel
decisivo, e o efeito da indústria (eletrônica) americana foi simplesmente fenomenal. De
1941 a 1944, a produção industrial de equipamentos de rádio e radar cresceu cerca de
1875%, passando de um faturamento global de cerca de 240 milhões de dólares para
cerca de 4,5 bilhões. A standardização dos componentes eletrônicos, usados pelos
vários setores das forças armadas, foi extraordinária.
2.4. Os computadores
Durante muitos anos, desde o início do desenvolvimento do rádio, a indústria eletrônica
devotou suas atividades, quase que exclusivamente, ao ramo das telecomunicações.
Paralelamente, a indústria produzia aparelhos gravadores de som, aparelhos auditivos
eletrônicos, televisores, etc.
O interesse por cálculos científicos e cálculos comerciais estimulou o aparecimento de
indústrias de máquinas de calcular mecânicas e eletromecânicas.
A diferença básica entre um computador digital automático e uma calculadora portátil, é
que um computador é capaz de executar longas seqüências de computações sem
nenhuma intervenção humana.
Com a fabricação dos computadores transistorizados, entramos na "segunda geração de
computadores". Com a grande competição e com a grande pesquisa que se estabeleceu
neste novo campo da eletrônica, o volume e o preço dos computadores foram se
reduzindo substancialmente.
Em 1965, começaram a aparecer os computadores de "terceira geração". As máquinas
desse período começaram a usar intensamente os circuitos integrados, o que possibilitou
novos projetos e maiores reduções de custos. Os computadores da "quarta geração" que
usam circuitos integrados de grande nível de integração, propiciaram o aparecimento de
computadores de pequeno porte, baixo custo, grande capacidade de memória e grande
rapidez de operação. Uma nova espécie de computadores apareceu com a criação dos
"minicomputadores" e os "microcomputadores", que são pequenos, baratos e proliferam
a uma velocidade espantosa. Este campo da eletrônica tornou-se um dos mais
importantes ramos industriais, com faturamento de bilhões de dólares e com influência
crescente em todas as atividades humanas.
2.5. Os lasers
São dispositivos eletrônicos capazes de produzir feixes de luz monocromática. Em 1960,
o cientista americano, T. H. Maiman, demonstrou o primeiro laser, usando um rubi como
elemento ativo.
Um outro tipo de laser desenvolvido foi o laser a gás. Uma importante diferença entre os
lasers a gás e os de rubi é que os lasers a gás operam continuamente. O terceiro tipo de
laser desenvolvido foi o laser a semicondutor. Este, é semelhante ao laser de rubi, com
a diferença que o mesmo usa uma pequena pastilha feita de uma junção de material
semicondutor.
Uma das principais aplicações do laser está na transmissão, via cabos de fibras óticas,
de milhares de canais telefônicos ou de dezenas de canais de televisão. Com o
aparecimento dessas duas invenções, isto é, os lasers e os cabos de fibras óticas, todas
as comunicações por cabos coaxiais ou cabos metálicos, dentro e fora das cidades,
estão sendo substituídos por cabos de fibras óticas, capazes de transmitir a luz do laser
a milhares de quilômetros.
As aplicações do lasers são diversas. Na medicina, na indústria, na engenharia, como
material bélico. Sem o aparecimento do laser, seria impossível a holografia, que é a
reconstituição de imagens tridimensionais no espaço.
2.6. Os satélites
Em outubro de 1957, os russos lançaram no espaço o primeiro satélite artificial fabricado
pelo homem. Por terem órbitas relativamente próximas da Terra, os primeiros satélites
se deslocavam no espaço em relação a um dado ponto da Terra, fazendo com que as
antenas receptoras e transmissoras na Terra tivessem que ser orientadas
continuamente, de modo a manter as comunicações com o mesmo. Isso trazia muitas
complicações no recebimento e decodificação dos fracos sinais recebidos desse satélite.
De modo a contornar este problema, lançaram-se os satélites geoestacionários. Estes
satélites se deslocam com a mesma velocidade de um ponto na Terra parecendo,
portanto, estar fixo em relação à mesma.
Os satélites lançados até 1980 possuíam 27 transponders, que são dispositivos
eletrônicos. Estes 27 transponders fornecem até 12.500 canais de voz que também
podem ser usados para enviar dados de computadores. Os satélites lançados mais
recentemente têm uma quantidade de canais bem maior, podendo chegar a 70.000. A
vida útil de um satélite, que no início era cerca de 7 anos, já alcança, hoje, um período
de 12 anos.
2.7. Fibras óticas
Somente em 1972, foram produzidas fibras óticas capazes de serem usadas na forma
de cabos para sistemas de comunicação em alta freqüência.
Os cabos de fibra ótica têm várias vantagens em comparação com os cabos normais.
Uma delas é a sua imunidade a interferências eletromagnéticas. Deste modo, os sinais
transmitidos por esses cabos não podem ser captados por terceiros, o que é uma grande
vantagem em comunicações sigilosas. Os cabos de fibras são mais flexíveis que os de
cobre, o que torna a sua instalação mais fácil. São mais resistentes ao calor e a umidade.
Atualmente, estão sendo utilizadas para transmissão de telefonia, transmissão de dados,
programas de TV e em microondas.
3. ELETROMEDICINA
3.1. Eletroencefalografia
Mesmo depois do aparecimento das válvulas eletrônicas, no início deste século, os
registros dos eletroencefalogramas eram feitos mecanicamente, através de uma pena,
que registrava numa fita de papel as oscilações detectadas pelo galvanômetro, através
de eletrodos presos ao crânio.
Evitavam-se os circuitos amplificadores eletrônicos porque as válvulas antigas
introduziam ruídos espúrios que alteravam as ondas cerebrais. Somente a partir de 1960,
com o aparecimento dos transistores, é que estes problemas foram resolvidos. Com isto,
veio o grande avanço da eletroencefalografia usada cada vez mais para detectar
doenças do cérebro.
Mais recentemente, os computadores passaram a ser usados como processadores das
informações colhidas pelo eletroencefalograma, aumentando consideravelmente o seu
potencial.
3.2. Eletrocardiografia
A eletrocardiografia registra os sinais elétricos gerados no coração. Em 1887, A. D.
Waller conseguiu por meio de instrumentos rudimentares, os primeiros
eletrocardiogramas de seres humanos e o mapeamento do campo elétrico do coração.
Em 1921 a Siemens & Halske colocou no mercado um eletrocardiograma que usava
válvulas eletrônicas para amplificar os sinais detectados pelo galvanômetro. A
Cambridge Instruments só produziu um eletrocardiógrafo totalmente eletrônico a partir
de 1945.
3.3. Microscópio eletrônico
Inventado em 1931, por Reinhold Rüdemberg, tornou-se, em pouco tempo, um poderoso
instrumento de investigação científica.
Pouco tempo após o aparecimento do microscópio eletrônico, a RCA, dos Estados
Unidos, e a Vickers, da Inglaterra, começaram a fabricá-lo. Mais tarde a maioria dos
países mais desenvolvidos entrou na fabricação e utilização desse equipamento. O
Japão, hoje em dia, é um dos centros mais avançados dessa tecnologia.
3.4. Marcapasso cardiológico
Devemos o desenvolvimento desse equipamento, muito utilizado nos dias de hoje, aos
trabalhos de um famoso cardiologista, Paulo Maurice Zoll, que durante grande parte de
sua carreira, dedicou-se ao estudo dos estímulos elétricos no coração, com a finalidade
de evitar paradas cardíacas.
Zoll estimulava eletricamente o coração através de eletrodos externos, colocados no
peito do paciente. Hyman concluiu que se os estímulos fossem feitos diretamente no
coração, os resultados seriam melhores.
Somente após a II Guerra Mundial, por volta de 1950, foi desenvolvido um marcapasso
totalmente eletrônico, mas volumoso. Somente após o desenvolvimento dos transistores
é que os marcapassos foram realmente miniaturizados, chegando a volumes
compatíveis com sua inserção no coração.
3.5. Tomografia computadorizada
Em 1967, um engenheiro eletrônico inglês, Godfrey Wewbold Hounsfield, decidiu estudar
a possibilidade do uso de computadores para melhorar as imagens obtidas através de
raios-x.
Os resultados obtidos foram espetaculares e, em 1969, esse equipamento passou a ser
fabricado, na Inglaterra, e depois em outros países. O tomógrafo para o corpo inteiro
entrou no mercado em 1975. Em 1979, Hounsfield recebeu o prêmio Nobel de fisiologia.
3.6. Aparelhos auditivos
São aparelhos eletrônicos para melhorar o nível de audição e começaram a aparecer no
mercado na década de 30. Eram equipamentos pesados cujo amplificador tinha que ser
ligado a uma fonte externa de energia.
A evolução desses equipamentos seguiu o desenvolvimento da eletrônica, alcançando
tamanhos aceitáveis com o aparecimento dos transistores. Os atuais, super
miniaturizados, contém circuitos integrados, microfone, e o receptor num pequeno
invólucro que é colocado atrás da orelha. O amplificador consome tão pouca energia,
que a pilha só é mudada a intervalos longos.
4. Eletrônica e Tecnologia: Mudanças na Sociedade
Somos, hoje, inteiramente dependentes da máquina e da eletricidade. O
desenvolvimento técnico-científico possibilitou a utilização de instrumentos cada vez
mais sofisticados para as atividades mais simples do cotidiano, ao mesmo tempo em que
o homem passou a desejar a máquina como algo inerente ao seu próprio ser. Tudo isso
foi fruto de um longo processo de aperfeiçoamento técnico que tomou fôlego em diversas
partes da história.
Até que ponto pode discernir o nosso nível pessoal de artificialidade em relação à própria
natureza humana? A transformação do homem em máquina é tão rápida que quando
percebemos já nos tornamos mais um periférico ligado ao computador. O poder do
desenvolvimento maquínico-mediático-tecnológico é tão grande no fim do século XX que
humanos vão cada vez mais se transformando em acessórios, peças suplementares aos
equipamentos criados inicialmente pelo próprio homem. E quando nos damos conta
disso, percebemos que nos tornamos menos humanos que eles.
Homem e máquina, porém, não podem existir um sem o outro nas cidades tecnotrônicas
de hoje, mesmo que isso gere inúmeros problemas sociais e psicológicos. Não há nada
na cidade de hoje que não passe ou tenha passado por algum tipo de equipamento
tecnologicamente elaborado. E as que mais se desenvolveram foram as tecnologias de
comunicação para transmissão rápida, dirigida e eficiente de informações que atingem
em cheio a mente humana.
Hoje, vigora o desejo comum de se ter o computador mais veloz, o aparelho de TV com
mais polegadas e maior definição, o telefone celular menor e mais eficiente, enfim,
busca-se a cada dia a maior eficiência e rapidez dos aparelhos eletrônicos.
O fascínio pelas novas tecnologias trouxe consigo uma busca do esteticamente perfeito,
do limpo, do eletrônico e não do mecânico.
CONCLUSÃO
O avanço da eletrônica e em especial a miniaturização deve-se não só a estratégias de
redução de custos de produção, mas também à eficiência, à rapidez de operação e ao
aumento de memórias de acesso rápido, como no caso de multimídias, nas quais
imagens complexas são processadas por milhares de transistores concentrados em
chips diminutos.
Esses fatores têm impulsionado enormemente a pesquisa em novos materiais e o
desenvolvimento de técnicas de processamento voltadas para dispositivos cada vez
menores. Atualmente, uma nova eletrônica encontra-se em pleno desenvolvimento, a
chamada nanoeletrônica que está voltada para a fabricação de dispositivos inferiores a
100 nm.
O que aparecerá em seguida? A tecnologia é ilimitada. Somente a imaginação governará
seu potencial.
Referências Bibliográficas
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2000. On line. Available: http://www.geocities.com/revista_espiral. 17 Abr. 2001.
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VALADARES, Eduardo C.; CURY, Luiz A. & HEWINI, Mohamed. Dispositivos eletrônicos
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(Biblioteca do CTG)
"Greatest Engineering Achievements Of The 20th Century". Eletronics. 2000. [documento
da Web] URL http://www.greatachievements.org, (19 Abr. 2001)
Outros Autores: CAMILA LINHARES PINHEIRO, RENATO BANDEIRA LIMA e VICTOR
CARLOS DE OLIVEIRA NASCIMENTO
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