Aula 01.1 - A eletrônica e seus inventores

1 - Nikola Tesla inventa o gerador de corrente alternada e o motor elétrico

1. (1888) Nikola Tesla foi um dos grandes pioneiros do uso de eletricidade de corrente alternada. A eletricidade de corrente alternada muda de intensidade ciclicamente ao longo do tempo e é o tipo de eletricidade que as empresas de energia fornecem para as casas hoje. Tesla inventou o gerador de indução de corrente alternada, um dispositivo que transforma energia mecânica em eletricidade de corrente alternada, e a bobina de Tesla, um transformador que muda a frequência da corrente alternada.

Ele foi para os Estados Unidos em 1884 e trabalhou para o inventor americano Thomas Edison por um ano antes de montar sua própria oficina. Durante grande parte de seu tempo nos Estados Unidos, Tesla trabalhou com o industrial americano George Westinghouse, que comprou e desenvolveu com sucesso as patentes de Tesla, levando à introdução da corrente alternada para transmissão de energia.

Tesla construiu seu primeiro motor de indução funcional em 1883. Ele descobriu que poderia despertar pouco interesse em suas invenções na Europa. Ele partiu para Nova York, onde montou seu próprio laboratório e oficina em 1887 para desenvolver seu motor de forma prática. Apenas meses depois, ele solicitou e obteve um conjunto complicado de patentes cobrindo a geração, transmissão e uso de eletricidade de corrente alternada. Como a corrente alternada pode ser transmitida por distâncias muito maiores do que a corrente contínua, ela fornece energia para a maioria das nossas máquinas atuais. Mais ou menos na mesma época, ele deu uma palestra para o Instituto Americano de Engenheiros Elétricos sobre seu sistema de corrente alternada. Depois de saber sobre a palestra, George Westinghouse rapidamente comprou as patentes de Tesla.

Westinghouse apoiou as ideias de Tesla e, como demonstração, empregou seu sistema para iluminação na Exposição Mundial Colombiana de 1893 em Chicago. Meses depois, Westinghouse ganhou o contrato para gerar eletricidade em Niagara Falls, Nova York. Ele usou o sistema de Tesla para fornecer eletricidade para indústrias locais e entregar corrente alternada para a cidade de Buffalo, Nova York, (22 mi) distante. Logo depois, a corrente alternada de Tesler foi fornecida para todo o país. Seus motores de corrente alternada foram usados ​​para alimentar máquinas em todas as indústrias.

2 - A invenção do tubo de vácuo

1. (1905) Sir John Ambrose Fleming fez o primeiro tubo de diodo, a válvula Fleming. O dispositivo tinha três fios, dois para o aquecedor/cátodo e o outro para a placa.
2. (1907) Lee De Forest adicionou um eletrodo de grade à válvula de Fleming e criou um triodo, mais tarde aprimorado e chamado de Audion.
3. (1921) Albert W. Hull , um engenheiro americano, inventou um oscilador de tubo de vácuo chamado magnetron. O magnetron foi o primeiro dispositivo que conseguiu produzir microondas de forma eficiente. O radar, que foi desenvolvido gradualmente durante as décadas de 1920 e 1930, proporcionou o primeiro uso generalizado de microondas.

John Ambrose Fleming

A introdução de válvulas de vácuo no início do século XX foi o ponto de partida do rápido crescimento da eletrônica moderna. Com válvulas de vácuo, a manipulação de sinais tornou-se possível, o que não poderia ser feito com o circuito telegráfico e telefônico inicial ou com os primeiros transmissores usando faíscas de alta voltagem para criar ondas de rádio. 

Lee De Forest

Por exemplo, com válvulas de vácuo, sinais fracos de rádio e áudio poderiam ser amplificados, e sinais de áudio, como música ou voz, poderiam ser sobrepostos em ondas de rádio. O desenvolvimento de uma grande variedade de válvulas projetadas para funções especializadas tornou possível o rápido progresso da tecnologia de comunicação de rádio antes da Segunda Guerra Mundial.

Albert W. Hull

A era do tubo de vácuo atingiu seu pico com a conclusão do primeiro computador digital eletrônico de uso geral em 1945. Esta enorme máquina, chamada ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) foi construída por dois engenheiros da Universidade da Pensilvânia, J. Presper Eckert Jr. e John W. Mauchly . O computador continha cerca de 18.000 tubos de vácuo e ocupava cerca de 1.800 pés quadrados de espaço no chão. O ENIAC funcionava 1000 vezes mais rápido do que os computadores não eletrônicos mais rápidos em uso na época.

3 - A Transformação do Estado Sólido

1. (1947) Três físicos americanos - John Bardeen, Walter H. Brattain e William Shockley - inventaram o transistor em 1947. O transistor agora substituiu quase completamente o tubo de vácuo e a maioria de suas aplicações. Incorporando um arranjo de materiais semicondutores e de contatos elétricos, o transistor fornece as mesmas funções que o vácuo, mas a um custo, peso, tamanho e consumo de energia reduzidos e com maior confiabilidade.

John Bardeen, Walter H. Brattain e William Shockley

Transistores revolucionaram a indústria eletrônica, reduzindo drasticamente o tamanho de computadores e outros equipamentos. Transistores foram usados ​​como amplificadores em aparelhos auditivos e rádios de bolso no início dos anos 1950. Na década de 1960, diodos semicondutores e transistores substituíram válvulas de vácuo em muitos tipos de equipamentos.

4 - Circuitos Integrados (CI)

1. (1959) Circuitos integrados desenvolvidos a partir da tecnologia de transistores, à medida que cientistas buscavam maneiras de construir mais transistores em um circuito. Os primeiros circuitos integrados foram patenteados em 1959 por dois americanos - Jack Kilby, um engenheiro, e Robert Noyce, um físico - que trabalharam de forma independente. 

Os circuitos integrados causaram uma grande revolução na eletrônica na década de 1960, assim como os transistores causaram na década de 1950. Os circuitos foram usados ​​pela primeira vez em equipamentos militares e naves espaciais e ajudaram a tornar possíveis os primeiros voos espaciais humanos da década de 1960. Eles logo estavam sendo 3 usados ​​em produtos eletrônicos domésticos, como máquinas de costura, fornos de micro-ondas e aparelhos de televisão.

Jack Kilby

A maioria dos circuitos integrados são pequenos pedaços, ou "chips", de silício, talvez (0,08 a 0,15 pol²) de comprimento, nos quais os transistores são fabricados. A fotolitografia permite que o projetista crie dezenas de milhares de transistores em um único chip pelo posicionamento adequado das muitas regiões do tipo n e do tipo p. Elas são interconectadas com caminhos condutores muito pequenos durante a fabricação para produzir circuitos complexos de propósito especial. Esses circuitos integrados são chamados monolíticos porque são fabricados em um único cristal de silício. Os chips exigem muito menos espaço e energia e são mais baratos de fabricar do que um circuito equivalente construído empregando transistores individuais. Os circuitos integrados (CIs) tornam o microcomputador possível; sem eles, os circuitos individuais e seus componentes ocupariam muito espaço para um design de computador compacto. O CI típico consiste em elementos como resistores, capacitores e transistores compactados em uma única peça de silício. Em CIs menores e mais densamente compactados, os elementos do circuito podem ter apenas alguns átomos de tamanho, o que torna possível criar computadores sofisticados do tamanho de notebooks. Uma placa de circuito de computador típica apresenta muitos circuitos integrados conectados entre si.

5 - Microprocessadores

1. (1971) O microprocessador foi desenvolvido por Robert Noyce , Ted Hoff , Federico Faggin e Stan Mazor .

Robert Noyce

No final da década de 1960, muitos cientistas discutiram a possibilidade de um computador em um chip, mas quase todos achavam que a tecnologia de circuito integrado não estava pronta para suportar tal chip. Em 1971 , uma equipe da Intel desenvolveu tal arquitetura com pouco mais de 2.300 transistores em uma área de apenas 3 por 4 milímetros. Era chamado de microprocessador 4004. Com sua CPU de 4 bits, registrador de comando, decodificador, controle de decodificação, monitoramento de controle de comandos de máquina e registrador intermediário, o 4004 foi uma grande invenção. Foi usado para construir a primeira calculadora portátil. De repente, cientistas e engenheiros podiam levar o poder computacional de um computador com eles para locais de trabalho, salas de aula e laboratórios. 

 Novos processos de fabricação tiveram que ser inventados na fabricação desses chips. Um pedaço de poeira ou sujeira muito pequeno para ser visto pelo olho humano poderia impedir sua fabricação bem-sucedida. E assim nasceu a sala limpa.

Ted Hoff, Federico Faggin and Stan Mazor

A nave espacial Pioneer 10 usou o microprocessador 4004. Foi lançada em 2 de março de 1972 e foi a primeira nave espacial e microprocessador a entrar no Cinturão de Asteroides.

6 - O Impacto da Indústria Eletrônica nos Estados Unidos da América

À medida que as vendas de produtos eletrônicos nos Estados Unidos cresceram de cerca de US$ 200 milhões em 1927 para mais de US$ 266 bilhões em 1990, a indústria eletrônica transformou fábricas, escritórios e residências, emergindo como um setor econômico importante que rivalizava em tamanho com as indústrias química, siderúrgica e automobilística.

Na década de 1960, a indústria de eletrônicos de consumo dos EUA entrou em declínio, pois os fabricantes não conseguiam competir com a qualidade e o preço dos produtos estrangeiros, especialmente os produtos eletrônicos produzidos por empresas japonesas como Sony e Hitachi. Mas na década de 1980, no entanto, os fabricantes dos EUA se tornaram os líderes mundiais no desenvolvimento e montagem de semicondutores. E na década de 1990, os semicondutores eram componentes essenciais de computadores pessoais e da maioria dos outros itens eletrônicos (incluindo telefones celulares, televisores, equipamentos médicos e aparelhos "inteligentes"). Embora as empresas dos EUA ainda sejam uma presença importante na indústria de semicondutores (representando cerca de 40% das vendas mundiais em 1998), os próprios itens de consumo são feitos principalmente no exterior. As vendas mundiais de eletrônicos foram de quase US$ 700 bilhões em 1997.

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