Historia de la ingeniería electrónica

Este artículo detalla la historia de la ingeniería electrónica . El Diccionario Chambers del siglo XX (1972) define la electrónica como "la ciencia y tecnología de la conducción de electricidad en el vacío, un gas o un semiconductor, y los dispositivos basados ​​en ellos". ^[1]

La ingeniería electrónica como profesión surgió de las mejoras tecnológicas en la industria del telégrafo a finales del siglo XIX y en las industrias de la radio y la telefonía a principios del siglo XX. La gente gravitó hacia la radio, atraída por la fascinación técnica que inspiraba, primero en la recepción y luego en la transmisión. ^[2] Muchos de los que se dedicaron a la radiodifusión en la década de 1920 se habían convertido en "aficionados" en el período anterior a la Primera Guerra Mundial . ^[3] La disciplina moderna de la ingeniería electrónica nació en gran medida del desarrollo de equipos de telefonía, radio y televisión y de la gran cantidad de desarrollo de sistemas electrónicos durante la Segunda Guerra Mundial de radar , sonar , sistemas de comunicación y municiones y sistemas de armas avanzados. En los años de entreguerras, la materia se conocía como ingeniería de radio . La palabra electrónica comenzó a usarse en la década de 1940. ^[4] A finales de la década de 1950, comenzó a surgir el término ingeniería electrónica .

Los laboratorios electrónicos ( Bell Labs , por ejemplo) creados y subvencionados por grandes corporaciones en las industrias de equipos de radio, televisión y telefonía, comenzaron a producir una serie de avances electrónicos. La industria electrónica se revolucionó con las invenciones del primer transistor en 1948, el chip de circuito integrado en 1959, ^{[5] [6]} y el MOSFET de silicio (transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor) en 1959. ^{[7] [8]} En el Reino Unido, la materia de ingeniería electrónica se diferenció de la ingeniería eléctrica como materia de grado universitario alrededor de 1960. (Antes de esta época, los estudiantes de electrónica y materias relacionadas como radio y telecomunicaciones tenían que inscribirse en el departamento de ingeniería eléctrica de la universidad ya que ninguna universidad tenía departamentos de electrónica. La ingeniería eléctrica era la materia más cercana con la que la ingeniería electrónica podía alinearse, aunque las similitudes en las materias cubiertas (excepto matemáticas y electromagnetismo) duraron solo el primer año de los cursos de tres años).

La ingeniería electrónica (incluso antes de adquirir el nombre) facilitó el desarrollo de muchas tecnologías, incluidas la telegrafía inalámbrica , la radio , la televisión , el radar , las computadoras y los microprocesadores .

Algunos de los dispositivos que posibilitarían la telegrafía inalámbrica fueron inventados antes de 1900. Entre ellos se incluyen el transmisor de chispa y el coherer, con demostraciones tempranas y hallazgos publicados por David Edward Hughes (1880) ^[9] y Heinrich Rudolf Hertz (1887 a 1890) ^[10] y otras aportaciones al campo por parte de Édouard Branly , Nikola Tesla , Oliver Lodge , Jagadish Chandra Bose y Ferdinand Braun . En 1896, Guglielmo Marconi desarrolló el primer sistema de comunicación basado en ondas de radio práctico y ampliamente utilizado. ^{[11] [12]}

La comunicación por ondas milimétricas fue investigada por primera vez por Jagadish Chandra Bose entre 1894 y 1896, cuando alcanzó una frecuencia extremadamente alta de hasta 60 GHz en sus experimentos. ^[13] También introdujo el uso de uniones semiconductoras para detectar ondas de radio, ^[14] cuando patentó el detector de cristal de radio en 1901. ^{[15] [16]} 

En 1904, John Ambrose Fleming , el primer profesor de ingeniería eléctrica del University College de Londres, inventó el primer tubo de radio , el diodo . Luego, en 1906, Robert von Lieben y Lee De Forest desarrollaron de forma independiente el tubo amplificador, llamado triodo . A menudo se considera que la electrónica comenzó con la invención del diodo. En un plazo de 10 años, el dispositivo se utilizó en transmisores y receptores de radio , así como en sistemas para llamadas telefónicas de larga distancia .

La invención del amplificador, generador y detector de triodo hizo posible la comunicación de audio por radio. ( Las transmisiones de Reginald Fessenden de 1906 utilizaban un alternador electromecánico ). En 1912, Edwin H. Armstrong inventó el oscilador y amplificador de retroalimentación regenerativa ; también inventó el receptor de radio superheterodino y podría ser considerado el padre de la radio moderna. ^[17]

El primer programa de noticias de radio conocido se transmitió el 31 de agosto de 1920 por la estación 8MK, la predecesora sin licencia de WWJ (AM) en Detroit, Michigan. Las transmisiones inalámbricas regulares para entretenimiento comenzaron en 1922 desde el Centro de Investigación Marconi en Writtle cerca de Chelmsford , Inglaterra . La estación se conocía como 2MT y fue seguida por 2LO que transmitía desde Strand, Londres .

Si bien algunas de las primeras radios utilizaban algún tipo de amplificación a través de corriente eléctrica o batería, hasta mediados de la década de 1920 el tipo de receptor más común era el de cristal . En la década de 1920, los tubos de vacío amplificadores revolucionaron tanto los receptores como los transmisores de radio.

Los tubos de vacío siguieron siendo el dispositivo amplificador preferido durante 40 años, hasta que los investigadores que trabajaban para William Shockley en Bell Labs inventaron el transistor en 1947. En los años siguientes, los transistores hicieron posible la creación de pequeñas radios portátiles , o radios de transistores , y permitieron la construcción de computadoras centrales más potentes. Los transistores eran más pequeños y requerían voltajes más bajos que los tubos de vacío para funcionar.

Antes de la invención del circuito integrado en 1959, los circuitos electrónicos se construían a partir de componentes discretos que podían manipularse a mano. Estos circuitos no integrados consumían mucho espacio y energía , eran propensos a fallar y tenían una velocidad limitada, aunque todavía son comunes en aplicaciones simples. Por el contrario, los circuitos integrados empaquetaban una gran cantidad (a menudo millones) de componentes eléctricos diminutos, principalmente transistores , en un pequeño chip del tamaño de una moneda . ^[18]

En 1927, Philo Farnsworth hizo la primera demostración pública de un televisor puramente electrónico . ^[19] Durante la década de 1930, varios países comenzaron a transmitir y, después de la Segunda Guerra Mundial, se extendió a millones de receptores, finalmente en todo el mundo. Desde entonces, la electrónica ha estado plenamente presente en los aparatos de televisión.

Los televisores y las pantallas de vídeo modernos han evolucionado desde la voluminosa tecnología de tubos de electrones hasta el uso de dispositivos más compactos, como las pantallas de plasma y de cristal líquido . La tendencia es hacia dispositivos de menor potencia, como las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz , y es muy probable que sustituyan a las tecnologías de LCD y plasma. ^[20]

Durante la Segunda Guerra Mundial , se realizaron muchos esfuerzos para localizar electrónicamente objetivos y aviones enemigos, entre ellos, la guía por radio de los bombarderos, las contramedidas electrónicas, los primeros sistemas de radar , etc. Durante este tiempo, se dedicó muy poco o ningún esfuerzo a los desarrollos de electrónica de consumo. ^[21]

El primer transistor funcional fue un transistor de contacto puntual inventado por John Bardeen y Walter Houser Brattain en los Bell Telephone Laboratories (BTL) en 1947. ^[22] William Shockley luego inventó el transistor de unión bipolar en BTL en 1948. ^[23] Si bien los primeros transistores de unión eran dispositivos relativamente voluminosos que eran difíciles de fabricar en una base de producción en masa , ^[24] abrieron la puerta para dispositivos más compactos. ^[25]

Los primeros circuitos integrados fueron el circuito integrado híbrido inventado por Jack Kilby en Texas Instruments en 1958, y el chip de circuito integrado monolítico inventado por Robert Noyce en Fairchild Semiconductor en 1959. ^[26]

En 1957, Frosch y Derick pudieron fabricar los primeros transistores de efecto de campo de dióxido de silicio planar en Bell Labs, los primeros transistores en los que el drenaje y la fuente estaban adyacentes en la misma superficie. ^[27] Posteriormente, un equipo de Bell Labs demostró un MOSFET funcional en 1960. Un memorando de Bell Labs de Dawon Kahng describe al equipo, EE LaBate y EI Povilonis que fabricaron el dispositivo; MO Thurston, LA D'Asaro y JR Ligenza que desarrollaron los procesos de difusión, y HK Gummel y R. Lindner que caracterizaron el dispositivo. ^{[28] [29]} El MOSFET fue el primer transistor verdaderamente compacto que podía miniaturizarse y producirse en masa para una amplia gama de usos. ^[24] Revolucionó la industria electrónica , ^{[7] [8]} convirtiéndose en el dispositivo electrónico más utilizado en el mundo. ^{[30] [31] [32]} El MOSFET es el elemento básico en la mayoría de los equipos electrónicos modernos. ^{[33] [34]}

El MOSFET hizo posible construir chips de circuitos integrados de alta densidad . ^[30] El primer chip IC MOS experimental que se fabricó fue construido por Fred Heiman y Steven Hofstein en RCA Laboratories en 1962. ^[35] La tecnología MOS hizo posible la ley de Moore , la duplicación de transistores en un chip IC cada dos años, predicha por Gordon Moore en 1965. ^{[36] La tecnología MOS} de compuerta de silicio fue desarrollada por Federico Faggin en Fairchild en 1968. ^[37] Desde entonces, la producción en masa de MOSFET de silicio y chips de circuitos integrados MOS, junto con la miniaturización de escalamiento continuo de MOSFET a un ritmo exponencial (como predijo la ley de Moore ), ha llevado a cambios revolucionarios en la tecnología, la economía, la cultura y el pensamiento. ^[38]

Una computadora es una máquina programable que recibe entradas, almacena y manipula datos y proporciona salidas en un formato útil.

Aunque han existido ejemplos mecánicos de computadoras a lo largo de gran parte de la historia de la humanidad, las primeras computadoras electrónicas se desarrollaron a mediados del siglo XX (1940-1945). Tenían el tamaño de una gran habitación y consumían tanta energía como varios cientos de computadoras personales (PC) modernas. Las computadoras modernas basadas en circuitos integrados tienen millones o miles de millones de veces más capacidad que las primeras máquinas y ocupan una fracción del espacio. Las computadoras simples son lo suficientemente pequeñas como para caber en pequeños dispositivos de bolsillo y pueden funcionar con una pequeña batería. Las computadoras personales en sus diversas formas son íconos de la Era de la Información y son lo que la mayoría de la gente conoce como "computadoras". Sin embargo, las computadoras integradas que se encuentran en muchos dispositivos, desde reproductores de MP3 hasta aviones de combate y desde juguetes hasta robots industriales, son las más numerosas.

La capacidad de almacenar y ejecutar listas de instrucciones llamadas programas hace que los ordenadores sean extremadamente versátiles, lo que los distingue de las calculadoras. La tesis de Church-Turing es una declaración matemática de esta versatilidad: cualquier ordenador con una cierta capacidad mínima es, en principio, capaz de realizar las mismas tareas que cualquier otro ordenador. Por lo tanto, todos los ordenadores, desde un netbook hasta un superordenador, son capaces de realizar las mismas tareas computacionales, si se les da suficiente tiempo y capacidad de almacenamiento.

En 1964, los chips MOS habían alcanzado una mayor densidad de transistores y menores costos de fabricación que los chips bipolares . Los chips MOS aumentaron aún más en complejidad a un ritmo predicho por la ley de Moore , lo que llevó a la integración a gran escala (LSI) con cientos de transistores en un solo chip MOS a fines de la década de 1960. La aplicación de chips MOS LSI a la informática fue la base para los primeros microprocesadores, ya que los ingenieros comenzaron a reconocer que un procesador de computadora completo podría estar contenido en un solo chip MOS LSI. ^[39]

Los primeros microprocesadores multichip, el Four-Phase Systems AL1 en 1969 y el Garrett AiResearch MP944 en 1970, se desarrollaron con múltiples chips MOS LSI. El primer microprocesador de un solo chip fue el Intel 4004 , lanzado en un solo chip MOS LSI en 1971. ^[40] Un microprocesador de un solo chip fue concebido en 1969 por Marcian Hoff . Su concepto era parte de un pedido de la empresa japonesa Busicom para una calculadora electrónica programable de escritorio, que Hoff quería construir lo más barato posible. La primera realización del microprocesador de un solo chip fue el Intel 4004 , un procesador de 4 bits lanzado en un solo chip MOS LSI en 1971. Fue desarrollado por Federico Faggin , utilizando su tecnología MOS de compuerta de silicio , junto con los ingenieros de Intel Hoff y Stan Mazor , y el ingeniero de Busicom Masatoshi Shima . ^[40] Esto impulsó el desarrollo de la computadora personal . En 1973, el Intel 8080 , un procesador de 8 bits , hizo posible la construcción de la primera computadora personal, la MITS Altair 8800. La primera PC fue anunciada al público general en la portada de la edición de enero de 1975 de Popular Electronics .

En la actualidad, muchos ingenieros electrónicos se especializan en el desarrollo y programación de sistemas electrónicos basados ​​en microprocesadores, conocidos como sistemas embebidos . Las especializaciones híbridas, como la ingeniería informática, han surgido debido al conocimiento detallado del hardware que se requiere para trabajar en dichos sistemas. ^[41] Los ingenieros de software normalmente no estudian microprocesadores, a diferencia de los ingenieros informáticos y electrónicos. Los ingenieros que desempeñan exclusivamente la función de programar sistemas embebidos o microprocesadores se denominan " ingenieros de sistemas embebidos " o " ingenieros de firmware ".

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