Artigos sobre Radioamadorismo

NASCIMENTO DA ELETRÔNICA

NASCIMENTO DA ELETRÔNICA

Por Vitor Baranauskas

Há 100 anos era patenteada válvula que permitia recepção mais sensível de sinais de rádio. Na virada do século 19 para o século 20, cientistas e engenheiros tentavam desenvolver um equipamento que permitisse a recepção de ondas eletromagnéticas capazes de transportar sinais de voz. As pesquisas foram impulsionadas pelo sucesso do inventor italiano Guglielmo Marconi ao realizar, em 1901, a primeira transmissão telegráfica sem fio entre o Canadá e a Inglaterra. Em 1907, o físico norte-americano Lee De Forest revolucionou os dispositivos construídos até então ao adicionar a uma ampola de gás um terceiro eletrodo, além do catodo e do anodo. Após alguns aperfeiçoamentos, surgia a válvula audion, responsável pelo desenvolvimento da indústria das transmissões radiofônicas, que mudaram hábitos em todo o mundo.

A previsão teórica da existência e propagação de ondas eletromagnéticas no espaço livre, feita em 1864 pelo matemático e físico escocês James Maxwell (1831-1879), despertou grande atenção da comunidade científica. Mas só por volta de 1890, em uma das mais belas experiências da física, o físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894) demonstrou sua existência. Hertz usou dois capacitores esféricos e bobinas, ligados a uma bateria, para gerar faíscas entre os pinos que separavam as esferas produzindo então uma onda eletromagnética no espaço livre. Servia de detector um fio dobrado em forma de anel, com pinos esféricos nas extremidades, distante e sem nenhum contato com as esferas. Quando uma faísca era produzida entre as esferas, outra faísca podia ser observada entre os pinos do anel, indicando a propagação da onda eletromagnética pelo espaço. Hertz conseguiu ainda medir sua velocidade e seu comprimento de onda.

A possibilidade de uso das ondas eletromagnéticas para comunicações sem fio, embora vista como algo meio misterioso, despertou o interesse de cientistas e engenheiros, como o genial inventor brasileiro, gaúcho, Padre Roberto Landell de Moura (1861-1928), no Brasil, Oliver Lodge (1851-1940), na Inglaterra, Guglielmo Marconi (1874-1937), na Itália, Karl Ferdinand Braun (1850-1918), na Alemanha, e Aleksander Popov (1859-1906), na Rússia, entre outros. Esses visionários tentaram desenvolver tecnologias práticas para transmitir sinais (Código Morse) ou som em curta ou longa distância. Em 1901 Marconi realizou a primeira transmissão telegráfica sem fio, que cruzou 3.400 km do oceano Atlântico, entre Newfoundland, no Canadá, e Poldhu, na Inglaterra (ver “Do Telégrafo sem fio à era das telecomunicações”, na Revista Ciência Hoje nº 168). Roberto Landell de Moura, em 1900, conforme noticiou o Jornal do Commercio do Rio de Janeiro, edição do dia 10 de junho, na página 2, realizou experiências, com vários aparelhos de sua invenção, transmitindo a fonia e sinais telegráficos, sem fios, por ondas eletromagnéticas e ondas luminosas, da Avenida Paulista para os altos de Santana, na capital paulista, numa distância de 8 km, demonstrando algumas leis por ele descobertas no estudo da propagação do som, da luz e da eletricidade, através do espaço, da terra e do elemento aquoso, as quais foram coroadas de brilhante êxito.

Um dos primeiros detectores de sucesso foi o coesor proposto  pelo físico francês Edouard Branly (1844-1940) por volta de 1890. Em linhas gerais, esse coesor era uma ampola de vidro com dois eletrodos cujas pontas quase se tocavam e estavam expostas ao pó de níquel e prata. Com a incidência da onda eletromagnética no detector, as partículas de pó se aglutinavam em forma de fios no espaço entre os eletrodos, diminuindo a resistência elétrica entre eles. O sinal era detectado por um fone de ouvido ligado em série com o detector. As partículas sofriam um processo de nanossolda e precisavam voltar ao estado de dispersão, requerendo, para isso, algum mecanismo engenhoso de vibração (de coesor). Roberto Landell de Moura, Lodge, Marconi e Popov usaram esse tipo de detector em seus primeiros experimentos. A principal limitação era que ele só servia para a telegrafia de pulsos (do tipo liga-desliga) e não respondia às necessidades de recepção linear de áudio.

Por volta de 1874, Braun havia descoberto o efeito de retificação (passagem de corrente elétrica em um único sentido) em contatos entre pontas metálicas e semicondutores. Esse efeito foi utilizado depois na criação dos detectores de cristal. Os detectores usavam cristais naturais de galena (sulfeto de chumbo) montados sobre uma base metálica (contato elétrico inferior); na parte superior do cristal o contato era feito por meio de um fio fino e pontiagudo de bronze fosforoso, em forma de mola ajustável. Em razão dessa montagem e da dificuldade de ajuste, eram chamados de “bigode-de-gato”. Embora fossem mecanicamente instáveis e não garantissem bons contatos de retificação, os detectores de galena possibilitaram a recepção de ondas eletromagnéticas que transportavam sinais de voz, viabilizando a tecnologia do rádio.

A VÁLVULA AUDION

Em 1904 o físico inglês John A. Fleming (1849-1945) descobriu a retificação usando eletrodos em vácuo. Sua invenção se restringiu basicamente à adição de mais um eletrodo à lâmpada de filamento de Thomas Edison (1847-1931), o “mago da luz”. O filamento aquecido emite elétrons para o vácuo e, se o eletrodo adicional for polarizado positivamente em relação ao filamento, eles criarão uma corrente entre o filamento e o eletrodo. Se a polarização for invertida, não há passagem de corrente, pois o eletrodo adicional não aquece e seus elétrons ficam sem energia para escapar. Normalmente o eletrodo adicional (anodo) é em forma de placa plana ou de tubo com catodo coaxial. O catodo era o próprio filamento ou outro eletrodo aquecido pelo filamento. Embora mais confiável que os diodos de galena, o dispositivo também não amplificava sinais, exigindo transmissores potentes e curtas distâncias de recepção. Sabendo que a condutividade elétrica das chamas de gás é afetada pelas ondas eletromagnéticas, em 1906 o físico norte-americano Lee De Forest (1873-1961) construiu um detector. Era uma ampola de gás em baixa pressão, também com filamento quente (anodo) e placa de catodo, mas com um fio isolado, enrolado do lado de fora da ampola e ligado à antena. O anodo e o catodo se ligavam a uma bateria em série com o fone de ouvido. A incidência de ondas eletromagnéticas sobre a antena causava flutuações na corrente anodo-catodo, produzindo sons no fone de ouvido.

No ano seguinte, 1907, Forest foi além e, em vez de enrolar o fio na parte externa, adicionou dentro do tubo, entre o anodo e o catodo, um terceiro eletrodo, sob a forma de um fio ondulado em ziguezague, paralelo à placa do anodo. Esse eletrodo, denominado “grade”, também era ligado externamente à antena, sem polarização externa. O físico, que chamou seu dispositivo de audion (áudio+íon), dizia que o vácuo não deveria ser perfeito, pois íons gasosos também participariam do fenômeno de condução entre eletrodos. Se o vácuo fosse total, o audion não funcionava. Dependendo da pressão residual, ele era bastante sensível. Foi o primeiro detector no qual o fone de ouvido não ficava em série com a antena, podendo o receptor ser sintonizado com maior facilidade e sensibilidade.

PATENTES

O grande mérito de Forest - famoso pela frase “Não sei por que funcionou, mas funcionou” - foi colocar o terceiro eletrodo ao tubo. A partir dessa descoberta, ele e outros pesquisadores deram início a uma corrida de patentes para encontrar novos detalhes que melhorassem a confiabilidade do detector. O engenheiro norte-americano de origem austríaca Fritz Lowenstein patenteou o uso do audion com polarização negativa da grade, chamando-o de triodo. Já o engenheiro e químico norte-americano Irving Langmuir (1881-1957) notou que o audion ficaria mais estável se a polarização negativa ocorresse em alto vácuo. Em 1914 o também engenheiro Edwin H. Armstrong (1890-1954), nascido em Nova York, descobriu a possibilidade de aumentar a sensibilidade dos triodos com um circuito de regeneração, tornando possível criar mais tarde circuitos amplificadores e circuitos osciladores sintonizados. A regeneração consiste em colocar na entrada do amplificador (grade) parte do sinal de saída, para aumentar o ganho do sinal de entrada.

Com os osciladores de triodo, foi possível substituir os transmissores de rádio que funcionavam com faiscamento dos pólos de alternadores por transmissores com osciladores de triodo, viabilizando o surgimento do rádio sintonizado com alta confiabilidade. Os triodos (também chamados de válvulas ou tubos) possibilitaram ainda o aparecimento da telefonia por cabos transcontinentais, da radiodifusão, da televisão e dos primeiros computadores. Pode se afirmar então que a invenção do audion, 100 anos atrás, marcou o surgimento da eletrônica. Embora tenham sido substituídas por transistores, em 1948, e pelos circuitos integrados, em 1959, as válvulas anda são utilizadas em algumas aplicações especiais, como por exemplo, em transmissores de alta potência.

  • Vítor Baranauskas é professor da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação, Departamento de Semicondutores, Instrumentos e Fotônica, da Universidade Estadual de Campinas-SP.