Text Material Preview
1.0 - A PRÉ-HISTÓRIA DA ELETRÔNICA
Para efeitos de alocação histórica, a idade da Eletrônica teve início em 1837 com a invenção do
telégrafo por Samuel Morse nos EUA. Em 1888, Heirich Hertz nota o
fenômeno de produção de corrente alternada de alta freqüência que
denominou ondas eletromagnéticas, mais tarde, ondas Hertzianas. Na
mesma época o pesquisador francês Edouard Branly inventou um
dispositivo denominado coesor, capaz de detectar as ondas
Hertzianas.
Em 1896, Guglielmo Marconi, um cientista italiano, usando um
transmissor de centelha usado por Hertz agora acoplado a uma
antena transmitiu ondas eletromagnéticas a uma distância de 3600
m cuja detecção foi feita empregando-se de um dispositivo coesor .
Em, 1906 nos EUA, H. A. Dundwoody e G.H.Pickard trabalhando
simultaneamente na obtenção de um detector de ondas
eletromagnéticas mais eficiente, descobriram a propriedade que certos
cristais, como a galena, tinham em detectar as ondas Hertzianas desenvolvendo o famoso receptor conhecido
como radio galena.
Detector de Carburundun 1904
2.0 - A VÁLVULA TERMIÔNICA
Em 1879, Thomaz Alva Edison fazendo
experiências com diversos tipos de
filamentos para obtenção de uma
lâmpada elétrica incandescente prática
nota um fenômeno denominado de
"Efeito Edison"
Esquemático do Efeito Edison
Réplica de uma das primeiras lâmpadas
incandescente feitas por Edison.
2.1 - O DIODO DE FLEMING
Ilustração de uma válvula de Fleming
2.2 - O TRIODO
Dr. DeForest em 1905
O Audion de Lee De Forest de 1907, apenas com
uma placa (single win) e com filamento de
tântalo.
Por volta de 1907, o inventor americano Lee DeForest acrescentou um terceiro elemento ao dispositivo de Fleming.
Era a grade que patenteou sob o nome de Audion, mais conhecido como válvula triodo.
Entretanto, apesar do enorme potencial tecnológico da válvula Audion, sua aplicação não foi imediata. Inicialmente
foi usada mais como detecção de ondas Hertzianas do que como um elemento de amplificação.
A experiência de De Forest:
1º - A idéia original do Audion usando a condutividade dos gases. Os dois eletrodos em
uma chama foi o primeiro detector de ondas hertzianas. Daí o termo termiônica.
2º - A primeira válvula Audion consistia de dois eletrodos em um meio gasoso.
3º - A primeira válvula Audion. - Radio News
2.2.1 – A FABRICAÇÃO DE UMA VÁVULA TRIODO
O AUDION ou a válvula de três elementos - triodo - inventados por Lee
de Forest em 1907 se torna o elemento mais flexível da eletrônica até
a invenção do transistor em 1948. A fabricação de uma válvula
termiônica requer o emprego de uma gama de materiais além de
envolver diversos estágios de fabricação baseados em uma tecnologia
desenvolvidas em pesquisas iniciadas a partir de 1913. Assim,
CLAUDE PAILLARD, rádio amador de origem francesa, operando com
o prefixo F2FO e profundo estudioso da termiônica, gentilmente brinda
o visitante deste portal com um elucidativo vídeo feito em seu
laboratório particular, mostrando de forma didática e objetiva as
diversas fases da fabricação de uma válvula de três elementos ou
triodo.
O triodo tipo E feito pela Philips em 1917, semelhante
em aspecto ao congênere francês TM cuja estrutura
interna é descrita no vídeo.
Fabricação de uma Válvula
Por Claude Paillard
AQUI VAI O VÍDEO DO YOUTUBE
Como orientação ao visitante, o vídeo sobre a fabricação caseira de uma válvula triodo consiste de uma série de
estágios em seqüência compreendendo:
1- A FABRICAÇÃO DOS ELETRODOS, grade, placa e filamento ou catodo.
2- FABRICAÇÃO DA HASTE DE VIDRO COMO SUPORTE DOS ELEMENTOS INTERNOS DA VÁLVULA
3 - A MONTAGEM DOS TERMINAIS NA HASTE DE VIDRO
4 - O BULBO DE VIDRO
4.1 - O TUBO PARA EXAUSTÃO DO AR OU RAREFAÇÃO
5 - A FIXAÇÃO DOS ELETRODOS:
5.1 - O FILAMENTO
5.2 - A PLACA E GRADE
6 – O PROCESSO QUÍMICO LIMPEZA PARA DESCONTAMINAÇÃO DOS ELEMENTOS INTERNOS DA VÁLVULA
ANTES DA RAREFAÇÃO OU EXTRAÇÃO DO AR
7 - A MONTAGEM FINAL DO BULBO
8 - INICIANDO A QUEIMA DA VÁLVULA - GETTER
9 - A MONTAGEM DO SOQUETE
10 - O PRIMEIRO TESTE PARA VERIFICAR O COMPORTAMENTO ELÉTRICO DA VÁLVULA
11- A APLICAÇÃO
11.1 - UM RECEPTOR MONO VÁLVULA
11.2 - UM TRANSMISSOR
12 - CLAUDE PAILLARD EM SEU LABORATÓRIO CASEIRO MOSTRANDO:
12.1 - O PROCESSO DE EXAUSTÃO DO AR OU RAREFAÇÃO USADO NA FABRICAÇÃO DE UMA VÁLVULA0
O VÁCUO NA FABRICAÇÃO DE VÁLVULAS
A BOMBA DE MERCÚRIO DE GAEDE
Aos e estudar a evolução da válvula termiônica se nota a interdependência que existe entre os campos da
eletricidade, calor e vácuo. Os estudos sobre o vácuo começaram com as experiências de Otto von Guericke na
Alemanha seguido de vários outros estudiosos como Robert Boyle, Denis Papin, Swedenborg, Geissler, etc.
Entretanto, a invenção da bomba de mercúrio de Gaede historicamente é um das inovações mais importante, uma
vez que foi a primeira bomba de alto vácuo de ação rápida existente e desde então através do seu uso os físicos e
engenheiros conseguiram fazer importantes descobertas dentre as quais se destaca o avanço na fabricação das
primeiras válvulas. A bomba de vácuo de Gaede ou por mercúrio rotativo permitiu que a rarefação dos bulbos ou
ampolas das válvulas fosse consideravelmente melhorada. Basicamente este tipo de aparelho consiste de um
tambor de porcelana ou ferro de geometria complexa montado de forma a girar dentro de um cilindro.
A bomba de Gaede é ilustrada no esquemático abaixo.
Á direita, esquemático da bomba de Gaede, onde:
B- mancal de mercúrio
C- câmera com mercúrio
D- carcaça
H – orifício
R- ampola ou bulbo a ser evacuado
S- eixo provido com manivela de acionamento
À direita, o principio de funcionamento de forma que quando o mercúrio é girado na câmera C, pressiona o ar
retirando-o através de um tubo espiralado para a sua exaustão pela abertura (E) onde esta ligada uma bomba rotativa.
A BOMBA PELO PRINCÍPIO DE CONDENSAÇÃO POR ATOMIZAÇÃO DE MERCÚRIO
Outro tipo de bomba de vácuo usada originalmente por Irving Langmuir cujo principio de operação é conhecido
como condensação por atomização de mercúrio, onde:
A – reservatório de mercúrio
B – tubulação pra passagem do vapor de mercúrio
C- torre de condensação do vapor
E – Tomada para acoplamento de bomba rotativa.
R – ampola ou bulbo a ser evacuado.
O TUBO GEISSLER USADO COMO UM TIPO DE MANÔMETRO IÔNICO.
O tubo de descarga Geissler é usado como um tipo de manômetro eletrônico pois, através da passagem de uma
corrente elétrica permite mostrar os diversos níveis de rarefação.
O tubo Geissler
Ilustração mostrando o aspecto da descarga elétrica em diferentes níveis de rarefação onde:
A - descarga em forma espiralada entre os eletrodos
B - descarga contínua com coloração intensa
C - aparecimento de espaços escuros e diminuição da intensidade da coloração
D - expansão total dos espaços escuros e diminuição da intensidade de coloração
E - expansão total dos espaços escuros dentro do tubo.
F - ausência de coloração no interior do tubo apresentando apenas uma auréola esverdeada.
2.3 - A EVOLUÇÃO DA TERMIÔNICA
Foi somente mais tarde e baseado nos trabalhos de pesquisadores como Fritz Lowestein,
John Stones Stones e do Dr. H. D. Harold que o Audion pode ser usado como um elemento
amplificador confiável.
Assim, de 1913 à 1935 tem-se a idade do triodo.
Baseado em inúmeras inovações tecnológicas, em 1926, B. Tellegen, trabalhando nos
laboratórios da Philips na Holanda inventa o pentodo cuja principal característica era a
introdução de uma grade a qual era montada entre a grade e o anodo, a qual foi
denominadade supressor ou grade supressora. O pentodo foi uma solução prática para
as dificuldades encontradas nos primeiros tetrodos operando como uma válvula
amplificadora de resistência negativa causada pela emissão secundária do anodo, como
os elétrons sendo atraídos pela grade positiva.
No final dos anos trinta outras válvulas aparecem como por exemplo: as válvulas de feixe
dirigido, tubos de raios catódicos, o tubo de sintonia ou olho mágico, as válvulas
metálicas e as válvulas miniaturas (vide índice para informações complementares)
(quando colocar o mouse sobre a imagem, ela será aumentada)
Dr. Lee de Forest e a sua invenção a válvula Audion que
revolucionou a eletrônica. Fotografia datada de maio de 1930
e publicada na revista americana "Radio News".
VÁLVULAS DE ORIGEM AMERICANA E EUROPÉIA
LEGENDA ORIGEM TIPO FABRICANTE DATA
1 EUA DV-3 DEFOREST 1923
2 EUA 101D W.ELECTRIC 1924
3 EUA 24-A RCA 1929
4 FRANÇA E SFR 1922
5 INGLATERRA AC2/HL MAZDA VALVE 1928
6 HOLANDA C-509 PHILIPS 1925
7 HOLANDA KK2 PHILIPS 1933
8 EUA UX 280 RCA 1927
9 EUA UX-201-A RCA 1921
Ilustração dos primeiros tipos de triodos
comercializados nos EUA por volta dos anos vinte,
da esquerda para a direita:
Triodo de DeForest tipo DV5
Triodo tipo 205D fabricado pela W. Electric
Soquete para fixação da válvula.
Válvulas de origem européia e americanas.
2.3.1 - UM CARIOCA POR TRAZ DA EVOLUÇÃO DA VÁLVULA
TERMIÔNICA
Arthur Rudolph Berthold Wehnelt nasceu no Rio de Janeiro, Brasil, em 4 de abril de
1871. Seu pai Berthold Wehnelt, um engenheiro naval, veio ao Brasil para auxiliar o
desenvolvimento da navegação. Arthur Wehnelt voltou cedo para a Alemanha onde
estudou física na universidade de Berlim e seguida na universidade de Erlangen
quando recebeu seu doutorado permanecendo até 1906 onde publicou o seu
famoso trabalho intitulado: "On the emission of negative ions from glowing metal
compounds and related-phenomena", sobre a invenção do catodo revestido com
óxido. Em 1906 passou a lecionar na universidade de Berlim. Em 1926, torna-se
diretor do Instituto de Física.
Wehnelt se dedicou a vários estudos. Dentre eles se destacam: descargas em gases
rarefeitos, raios catódicos, raios-X, emissão foto elétrica bem como a termo
condutividade de metais.
Em 1903 durante uma experiência sobre a emissão de elétrons em corpos quentes,
notou que ao aquecer um fio de platina, repentinamente à medida que os raios
catódicos eram projetados de certa pequena seção do mesmo surgia um intenso
brilho azul.
A principio concluiu que isto poderia estar ligado a impurezas como óxidos
metálicos oriundos do sistema de vácuo usado na rarefação dos tubos
experimentais.
Partindo desta histórica experiência, como um arguto e prático pesquisador,
Wehnelt usando várias substâncias finalmente concluiu que óxidos de metais
alcalinos terrosos eram aqueles que conseguiam emitir maior quantidade de elétrons.
Surge assim um dos mais importantes aperfeiçoamentos da válvula termiônica, o catodo revestido com óxidos de
bário, estrôncio e cálcio, um prático e copioso emissor de elétrons, mais conhecido como catodo de Wehnelt, que
por mais de 75 anos foi universalmente empregado na fabricação de válvulas.
Arthur Wehnelt faleceu em 15 de fevereiro de 1944 em Berlim, Alemanha. Sua invenção, o catodo de Wehnelt como
é conhecido, foi um enorme legado à evolução da termiônica.
CONSIDERAÇÕES SOBRE O DESENVOLVIMENTO DO CATODO
O catodo é uma parte essencial da válvula termiônica, pois fornece os elétrons necessários ao seu funcionamento.
Quando lhe é aplicado o calor como forma de energia ocorre a emissão de elétrons. O método de aquecimento do
catodo serve para caracterizar as suas duas formas, ou seja, o catodo por aquecimento direto, ou filamento-catodo
consistindo de um fio condutor aquecido pela passagem da corrente elétrica; o catodo por aquecimento indireto,
isto é, o catodo-calefador, aquecido por radiação ou condução onde o filamento é introduzido num pequeno cilindro
metálico cuja superfície externa é revestida por um material adequado para produzir a emissão de elétrons.
FORMA
MATERIAL
EMISSOR DE
ELÉTRONS
VANTAGENS DESVANTAGENS OBS.
Filamento -
catodo
Tungstênio
trefilado puro ou
tântalo.
- Boa estabilidade
na emissão de
elétrons
- O metal sendo
puro evita a
contaminação de
outras partes da
válvula
- Baixa eficiência na
emissão de elétrons.
-requer uma
aprimorada
montagem mecânica
por trabalhar em
temperaturas
elevadas, acima de
1700ºC, branco-
brilhante
- Uma das formas mais
antigas de catodo.
- Por requere
drenagem mínima de
corrente são usados
em válvulas
alimentadas por
baterias.
(Fig 1)
Filamento -
catodo
Tungstênio-toriado
- eficiência na
emissão de elétrons
entre aquela do
- relativo nível de
contaminação uma
vez que em certas
- o fio metálico de
tungstênio é submetido
a um tratamento
Arthur Wehnelt inventor do catodo
revestido com óxidos
catodo de
tungstênio puro e
com camada.
menor temperatura
de aquecimento
1700ºC - amarelo
vivo.
condições o tório pode
ativar outras partes
da válvula, como a
grade.
- a emissão dos
elétrons depende da
conformação da
camada de tório.
especial, com de
óxido de tório, o qual é
então, reduzido a tório
puro, formando uma
camada mono
molecular na
superfície do metal
base.
(Fig. 2)
Catodo filamento
revestido
Níquel puro ou
liga de níquel
- menor
temperatura de
aquecimento entre
700 - 750ºC -
vermelho tênue.
- Maior eficiência
na emissão de
elétrons no vácuo
podendo atingir
100 mA/W
- tende a gerar grande
quantidade de gás.
- Pode gerar
contaminação de
outras partes da
válvula.
- No catodo por
aquecimento indireto é
formado por um
cilindro revestido com
óxidos de terras raras,
em cujo interior existe
um filamento de
tungstênio ou liga de
tungstênio-
molibdednio. O
cilindro é aquecido
por condução e
radiação pelo
filamento.
(Fig 3)
- Originalmente a
platina foi usada como
metal base.
- carbonatos de cálcio,
bário ou estrôncio são
reduzidos durante o
processo de rarefação
a óxidos e metal puro
formando uma espessa
camada sobre o metal
base.
(Fig 4)
Fig 1 - Ilustração de um
catodo de fase múltipla em
tungstênio puro usada na
fabricação de válvula de
transmissão para operação
em alta tensão.
Fig 2 - Ilustração de um típico catodo em tungstênio-
toriado usado na fabricação de válvulas de transmissão.
Fig. 3 - Ilustração de um catodo aquecido indiretamente. O
filamento espiralado é circundado por finas telas recobertas com
óxidos; para minimizar as perdas do aquecimento por radiação se
emprega um sanduíche de grades de metal.
Fig. 4 - Ilustração do catodo com filamentos revestido
com óxidos provido com blindagem a qual permite
aumentar a eficiência de emissão.
Fig. 5 - A primeira válvula fabricada na Alemanha em 1911 usando o catodo recoberto por óxido para
operação como um repetidor telefônico foi desenvolvido em conjunto por Robert Von Lieben, Eugene
Reisz e Sigmund Strauss, daí originando a sua denominação como repetidor LSR. Logo em seguida as
empresas AEG, Siemens e Halske, Felton & Guilleaume Carlswerk, A. G. e a Telefunken criaram um
laboratório para a fabricação da válvula, conhecida como o “Lieben Konsortium”. Na ilustração à
esquerda: o repetidor LSR e a direita o contratoonde foi estabelecido o referido consórcio.
Cortesia da "Siemens Corporate Archives, Munich".
3.0 - A RÁDIO DIFUSÃO
3.1 - O TRANSMISSOR
Nos primórdios, a radio-telegrafia usava os chamados transmissores de centelha, originalmente baseados na
chamada de bobina de indução de Ruhmkorf. Com o rápido desenvolvimento da termoiônica, as primeiras válvulas
de transmissão surgiram no mercado e, logo os transmissores se modernizaram, tornando possível a radiodifusão
tal qual conhecemos hoje em dia.
A bobina de Ruhmkorff fabricada no final do século XIX.
O esquema da bobina de Ruhmkorff
3.1.1 – INVENTORES E INOVADORES DA TRANSMISSÃO E
RECEPÇÃO DAS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
A partir dos trabalhos de pesquisadores pioneiros como: Oersted, Henry, Faraday, Amperé, em 1864 J.C. Maxwell
publica o seu trabalho: “Dynamical Theory of the Electro-Magnetic Field” demonstrando matematicamente a
existência das ondas eletromagnéticas. (Fig. 1)
Fig. 1 - Conjunto de equações diferenciais desenvolvidas por
Maxwell baseado nos trabalhos de Ampère, Henry, Faraday bem
como outros pesquisadores, que o levaram a prever as propriedades
das ondas eletromagnéticas muito antes delas terem sido
descobertas.
(Technology Review)
Logo em seguida, através dos seus estudos sobre o
eletromagnetismo realizado na universidade de Kiel e de
Bonn na Alemanha, Hertz consegue pela primeira vez
provar experimentalmente a existência das ondas
eletromagnéticas.
Ilustração dos tipos de ressoadores originalmente usados por Hertz para
demonstrar a existência das ondas eletromagnéticas. (Electronics)
Heinrich Hertz
Assim, desde estas históricas pesquisas foi aberto um novo horizonte para as telecomunicações donde
participaram inúmeros inventores e inovadores.
Dentre eles se destacam:
Oliver Lodge
Físico da universidade de Liverpool na Inglaterra, projetou em 1894 um sistema efetivo de recepção das ondas
eletromagnéticas cuja principal inovação foi o emprego do coesor, originalmente inventado por E. Branly, no lugar
da antena de Herts. (Fig. 3)
Fig. 3
Esquemático mostrando do principio de transmissão e recepção
das ondas eletromagnéticas a longa distância no início do século
XX. A bobina de indução é intermitentemente ligada e desligada
pelo acionamento do manipulador telegráfico. As correntes
oscilatórias produzidas pelo fagulhador excitam o coesor ou
detector o tornando condutivo. Se o coesor for colocado em série
com a bateria e um receptor telefônico este por sua vez
reproduzira em sincronia a intermitência da corrente produzida
pelo manipulador.
a) Manipulador telegráfico
b) O conjunto composto da bobina de indução e o fagulhador
c) O coesor originalmente inventado por E. Branly
d) O receptor telegráfico
e) O telefone ou fone
Clique aqui
para ouvir a
transmissão de
um sinal SOS!
Fig 4 - Réplica do fagulhador
Fig 5
Diagrama da estação de recepção de ondas eletromagnéticas
desenvolvidas por Oliver Lodge em 1894 onde:
a) Coesor ou detector
b) Dispositivo para causar a de-coesão por percussão
c) Bateria
d) Relé
e) Registrador
Fig. 6 - Réplica do coesor originalmente inventado por E. Branly.
Guglielmo Marconi
Educado na Itália por tutores desde cedo
desenvolveu um grande interesse pela
Física e Química. No inicio da sua carreira
melhorou o oscilador Hertziano construindo
um aparelho de transmissão no qual através
de uma antena elevada, o sinal era
descarregado por um fagulhador ligado a
terra. Logo em seguida introduziu diversas
inovações no coesor usado por Lodge pelo
encapsulamento em vácuo o seu particulado
metálico bem como melhorando os
respectivos terminais de contato. Em 1896
mudou-se para a Inglaterra quando deu
inicio as suas atividades técnicas e
comerciais no que tange as transmissões
das ondas eletromagnéticas a longa
distância. Em 12 de dezembro de 1901, em
sua estação situada em Newfoundland,
Marconi conseguiu receber o histórico tênue sinal da letra “S” transmitido em código Morse oriundo do
transmissor localizado há cerca de 1700 km na Inglaterra.
Ernst F. W. Alexanderson
Natural da Suécia se graduou como engenheiro mecânico e eletricista pela universidade real de Estocolmo. Mais
tarde estudou com o professor Slabi em Berlim, quando logo em seguida decidiu emigrar para a América. Na
qualidade de funcionário dos laboratórios da empresa General Electric, trabalhou sob a supervisão de Steimetz.
Em 1904, foi designado pela companhia para supervisionar a fabricação de um grande alternador capaz de gerar
freqüências à ordem de 100.000 ciclos feita por Reginald Fessenden, quando introduziu significativas
modificações. Durante este estágio de desenvolvimento do alternador de alta freqüência, um dos seus principais
trabalhos de Alexanderson foi desenvolver métodos para melhorar a modulação entre as elevadas correntes
geradas no aparelho, com a diminuta energia requerida pela voz. Alexanderson é ainda responsável pela invenção
do amplificador magnético e da antena de sintonia múltipla que aumentou consideravelmente a eficiência do seu
padrão de radiação.
Ilustração de uma estação de
transmissão de radio freqüência
usando alternador por volta do
final da década de 1910.
Alexanderson, trabalhando nos
laboratórios da empresa General
Electric, EUA, efetuou várias
modificações para torná-lo cada
vez mais funcional. Uma delas foi
substituir a armadura de madeira
por estrutura de ferro.
Ilustração do rotor usado num alternador para geração de ondas eletromagnéticas nos meados da década de 1910.
Curso para formação de telegrafistas no final da década de 1910.
Reginald Fessenden
Atuando como professor da universidade de Pittsburgh, em 1900 fez uma das primeiras demonstrações praticas
sobre a transmissão da voz humana por meio das ondas eletromagnéticas a uma distância de 1600 metros
usando duas antenas de 15 metros de altura cada. Partindo dos trabalhos pioneiros de Nikola Tesla sobre o
alternador de alta freqüência, Fessenden acreditava que por meio deste aparelho podia transmitir sinais em
código Morse através do Atlântico. O seu primeiro alternador de alta freqüência com capacidade de 10.000 ciclos
foi fabricado sob suas especificações por Steimetz na companhia General Electric, em 1903. Neste mesmo ano
desenvolve o detector eletrolítico de ondas eletromagnéticas, um dispositivo muito mais sensível do que o
coesor de Branly. Em 1906 Fessenden transmitiu um programa de música usando um alternador de 80.000 ciclos
cuja recepção foi confirmada por muitos operadores. Entretanto, foi somente muitos anos mais tarde que a sua
teoria do emprego da transmissão de sinais por meio de onda contínua se tornou possível com o advento dos
aperfeiçoamentos do alternador introduzidos por E. Alexanderson tornando, assim, sobremaneira superior ao
primitivo sistema de fagulhamento.
Vista interna da estação transmissora receptora desenvolvida por Fessenden.
A estação receptora e transmissora de Fessenden em operação.
H.J. Round
Para melhorar a seletividade dos tênues sinais de radio freqüência, em 1911, inventou o circuito balanceado
usando detector mineral. Na realidade consistia de dois detectores trabalhando em oposição de tal forma
ajustada que enquanto um deles era sensível ao sinal o outro somente operava quando os distúrbios
atmosféricos excediam o valor para o qual fora anteriormente ajustado.
A.S.Popoff
Como professor da universidade de Kronstadt na Rússia, em 1895
aperfeiçoou o sistema de recepção de ondas eletromagnéticasinventado por
Oliver Lodge. No sistema de Popoff o coesor ou detector de radio freqüência
era protegido no rele de contato por bobinas de choque em todo circuito
onde as ondas eram geradas pelo fagulhamento do transmissor. No lugar da
Antena de Hertz Popoff usou um longo fio vertical isolado na sua parte
superior e conectado a terra através do coesor na parte inferior.
Alexander S. Popoff
3.2 - O RECEPTOR
O avanço do rádio deu-se logo com as primeiras transmissões radiofônicas ocorridas no início da década de 1920
nos EUA. Nesta época centenas de ouvintes, muitas vezes incentivados pelas emissoras construíam os seus
próprios receptores. A maioria destes primitivos receptores era do tipo a cristal, empregando como detector o
sulfeto de chumbo ou galena. Com o advento da termoiônica começaram a surgir os receptores de uma só válvula,
porém ainda precários, pois necessitavam, também, de fones de ouvido para a escuta.
Quando, então, uma ou mais válvulas amplificadas foram usadas logo após o detector das ondas Hertzianas,
determinando-se os chamados estágios do receptor, surgiram as mais diversas topologias de circuitos
Esquemático mostrando um receptor de construção
caseira
3.3 - OS CIRCUITOS BÁSICOS
Tanto o receptor a cristal como de uma só válvula não eram muito
sensíveis para a detecção de sinais emitidos de longa distância.
Desta maneira, logo surgiram no mercado os receptores de
múltiplos estágios, usando de vários circuitos amplificadores com
rádio freqüência sintonizada, conhecido como receptores RFS ou
com rádio freqüência sintonizada.
Apesar da sua melhor sensibilidade para detectar ondas de rádio,
ainda apresentavam certas desvantagens principalmente quando
do processo de sintonia de faixas de freqüência originando silvos
e chiados indesejáveis.
Em 1912, Edwin Howard Armstrong inventou um novo tipo de
circuito denominado de circuito regenerativo ou de alimentação,
no qual o Audion de DeForest revelou-se como um poderoso
amplificador como, também, de um gerador de ondas
eletromagnéticas. Estudando criteriosamente comportamento, Armstrong concluiu que parte da corrente de saída
da placa da válvula podia ser alimentada de volta e sintonizada na sua grade e, desta maneira reforçando
Ilustração do circuíto regenerativo inventado por
Edwin Howard Armstrong
sobremaneira a intensidade dos sinais captados indo para a grade. Os circuitos RFS e regenerativos foram um
grande avanço efetuados na topologia de circuitos do receptor de rádio, geralmente operando na sintonia de
freqüências baixas. Com o aumento das estações de rádio transmissoras, operando em freqüências acima de 10
MHz, estes aparelhos não tinha condições de capta-las e sintoniza-las com precisão. No final da década de 1910,
novamente Armstrong inventa um novo circuito agora denominado de superheterodino o qual era muito mais
sensível que os anteriormente vistos e, sua finalidade básica era de amplificar e fornecer uma pré-seleção ao sinal
captado. Muito mais seletivo como estável, o circuito superheterodino tornou-se desde então, a base para a
fabricação de todos os tipos de receptores.
A partir de 1930, a fabricação de receptores teve um rápido desenvolvimento. Em 1933 aparece no mercado um
novo tipo de circuito denominado de modulação por freqüência ou FM como é mais conhecido. Inventado, também,
pelo já então famoso Armstrong, a modulação por freqüência era um novo processo de eliminar o fenômeno da
estática encontrado na transmissão convencional ou AM, modulação em amplitude.
Ilustração do circuíto superheterodino
inventado por Edwin Howard Armstrong em
1920, onde:
A - Sinal
B - Oscilador
C - Misturador
D - Amplificador de frequência intermediria.
E - Detector
F - Amplificador de audio
Esquemático ilustrando o circuíto de modulação em
frequência ou FM o inventado por Edwin Howard
Armstrong em 1933, onde:
A = Sinal
B = Oscilador
C = Misturador
D = Amplificador de frequencia intermediária
E = Limitador
F = Discriminador
G = Detector
3.4 - ARQUITETOS DO RÁDIO MODERNO
Dentre os principais nomes que se destacaram no primoramento
do moderno receptor tem-se:
- Earnest Humphrey Scott
Pioneiro na fabricação de receptores "state of art".
- Edwin Howard Armstrong
Inventor dos três principais tipos de circuitos, regenerativo,
superheterodino e FM.
Edwin Howard Armstrong
Louis Alan Hazeltine
Professor do Steven Institute of Technology, EUA,
desenvolveu o circuito conhecido como
neutrodino. Hazeltine desenvolveu o circuito
partindo de uma premissa puramente matemática
considerando a válvula termiônica como um
componente cujo desempenho deveria ser
calculado e não simplesmente usado de forma
experimental.
No circuito neutrodino tanto a seção de rádio
freqüência sintonizada como na amplificação do
áudio possuía filtros anti-ruídos ou
estabilizadores, conhecidos como “neutrodos”,
os quais neutralizavam os indesejáveis ruídos ou
silvos causados pela oscilação da válvula no
circuito. Numa época em que a ciência do rádio
estava ainda na sua infância o receptor usando o
circuito neutrodino foi um enorme sucesso e,
Hazeltine é considerado como um inventor cujas
únicas ferramentas usadas foram o lápis e a régua
de cálculo, permitindo assim que o receptor
tornar-se imune aos indesejáveis silvos e ruídos.
O termo "Neutrodino" foi originalmente cunhado
por Willis H. Taylor, Jr. um participante do
escritório Pennie - Davis - Marvin - Edmond
advogados associados especializado em
patentes. Originalmente o termo foi usado para
que as chamados grupo independente de
fabricantes de radio receptores, contornasse o
problema surgido com litígio de patentes surgido
com o trabalho de Hazeltine. No início, o grupo
independente consistia basicamente os seguintes
fabricantes: F.A.D Andrea (FADA), Freed-
Eisemann and Garod. O termo "Neutrodino", foi
inserido como "trademark" tão logo os primeiros
receptores foram lançado no mercado pela FADA em 1923.
3.5 - A EVOLUÇÃO ILUSTRADA DO RECEPTOR
A partir de 1920 o rádiorreceptor sofre uma rápida evolução tanto técnica, em função do aparecimento de novos
circuitos elétricos, pois de um simples aparelho artesanal, montado com os mais rústicos tipos de componentes se
torna agora um desejado eletrodoméstico, de forma que para produzi-lo, a indústria passa a empregar uma enorme
gama de materiais além de desenvolver novos conceitos de fabricação.
3.5.1 - OS PRIMEIROS RECEPTORES A CRISTAL
Ilustração de um rádio operando com detector a cristal,
o chamado rádio galena. Aparelho fabricado pela NORA
na Alemanha por volta de 1920. Sua caixa de madeira era
revestida em galalite um tipo primitivo de plástico. A
bobina tipo plug in está à mostra
Ilustração de um rádio a cristal tipo Novelty
usando diodo de germânio como detector
3.5.2 - OS RECEPTORES DO PERÍODO 1920 - 1924
Rádio receptor regenerativo, de origem alemã
feito pela companhia NORA, em 1923
Detalhe de um rádio de fabricação caseira com
circuito tipo rádio freqüência sintonizada .
Um rádio receptor com circuito "Neutrodino" por volta de 1924.
3.5.3 - OS RECEPTORES DO PERÍODO 1924 - 1930
Receptor modelo OE 333 fabricado em 1926 pela
companhia alemã LOWE operando com apenas uma
válvula tipo 3NF.
Esta válvula considerada o primeiro tipo de circuito
integrado continha no seu invólucro três triodos, dois
resistores de anodo, dois resistores de grade e dois
capacitores de acoplamento. Este tipo de receptor
usava apenas uma válvulapara diminuir os impostos
cobrado pelo governo alemão logo apos a primeira
guerra mundial.
Receptor modelo 9W fabricado pela Telefunken em
1927 na Alemanha usando circuito tipo Neutrodino
com 6 válvulas operando nas faixas de frequências
de 150 a 1500 khz.
Rádio receptor modelo 40W, fabricando pela Cia Telefunken em 1929.
Operando em corrente alternada de 115 V. nas freqüências de 140-
1400 kHz. Operava com o seguinte complemento de válvulas: RGN
1154 - RENS 1204 - REN 1004 - REN 1159.
3.5.4 - RECEPTORES DO PERÍODO 1930 - 1940
Receptor marca Philco de origem americana
fabricado em 1932, modelo 89, operando em
corrente alternada. Seu gabinete feito em madeira
envernizada representa o querido e amado rádio
capelinha.
Receptor alemão feito em grande escala no período
de 1933 a 1938 e conhecido como Deutecher
Kleinempfanger ou receptor alemão tipo pequeno.
Fabricado por diversas companias, era usado pelo
governo alemão para difundir a propaganda
Nazista. Por este motivo era chamado de
Volksempfanger ou rádio do povo.
Receptor modelo VU6, feito pela Philips na
Holanda, entre 1934 a 1936.
3.5.5 - RECEPTORES DO PERÍODO 1940 - 1950
Receptor modelo Philharmonic AM - FM
operando com cerca de 33 válvulas,
fabricado pela Scott nos EUA em 1940.
Possuia grandes avanços tecnologicos
incluindo faixa de frequência em FM de 88
- 108 MHz. O modelo Philharmonic é
atualmente considerado um rádio classico
não sómente pelas suas qualidades
tecnológicas como também de estética e
acabamento.
Receptor modêlo consolete fabricado pela
Philips, Holanda no início dos anos 50.
Rádio de cabeceira modelo Olympic
fabricado nos EUA por volta de 1949
para operação a rede elétrica.
Receptor modelo 800B, marca Scott de
origem americana, fabricado entre 1946 a
1949. Consistia de três partes básicas, o
tuner, a seção amplificadora e o conjunto
de alto falantes.
A seção de áudio com amplificador de alta
fidelidade com saída de 20W em push pull
usando tetrodo de potência tipo 6L6.
Sonofletor de 15 polegadas
tipo triaxial provido com o
respectivo divisor de
freqüências.
4.0 - A EVOLUÇÃO DOS COMPONENTES ELETRÔNICOS
Os equipamentos eletrônicos são construídos de
componentes os quais são interligados formando os
circuitos. Para efeitos descritivos os componentes podem
ser subdivididos em: Passivos, eletrodinâmicos e ativos.
4.1 - COMPONENTES PASSIVOS
Neste grupo incluem-se os chamados componentes básicos como resistores e,
os capacitores, os quais são definidos somente por alguns parâmetros elétricos
como resistência, capacitância, tensão máxima e corrente.
4.1.1 - O CAPACITOR
O capacitor é um armazenador de energia de um circuito elétrico. Desde a sua gênese pode ser classificado em
dois grupos ou seja o capacitor do tipo físico-químico e o eletromecânico. No primeiro grupo tem-se o capacitor
de folha, de placa, eletrolítico e o de tântalo. No segundo têm-se capacitores variáveis.
Ilustração de diversos tipos de condensadores
eletrolíticos.
Evolução ilustrada do capacitor variável
A = Condensador variável de placa circular
B = Capacitor variável ortométrico 1926.
C = Capacitor variável de placa circular 1924
D = moderno capacitor variável com várias seções.
4.1.2 - O RESISTOR
A evolução tecnológica do componente de caráter resistivo pode ser analisada considerando-se o
resistor de valor fixo e o variável. Os primeiros resistores usados em eletrônica eram conhecidos
como resistores de fio os quais consistiam de um enrolamento geralmente feito de materiais como o
constantânio, ligas de cobre o qual era alojado sobre uma base de cerâmica. Por sua vez o resistor
variável, também denominado de potenciômetro, uma vez que sua função era a divisão de tensão
como por exemplo, o controle de volume de um rádio receptor.
Diversos tipos de resistores fabricados de 1920 até
1945
Ilustração de diversos tipos de potenciômetros usados
nas mais diversas aplicações eletrônicas.
Em 1827 o Dr. George Simon Ohm
demonstrou matematicamente a
relação existente entre a resistência, a
tensão e a corrente em circuitos
elétricos. A lei de Ohm é fundamental
em todos os cálculos de resistência.
As pesquisas de Ohm foram
publicadas na Alemanha em 1827. Em
1860 o seu livro foi vertido para o
francês por J.M. Gaugain com o título:
Théorie Mathématique des Courants
Électriques. A reprodução das páginas
frontais e o prefácio do autor da edição
francesa deste marco da história da
ciência podem ser vista na seção
Bibliografia Selecionada.
4.2 - OS COMPONENTES ELETRODINÂMICOS
Neste grupo tem-se o alto-falante e o transformador.
Propaganda de um alto-falante em 1928
4.2.1 - O TRANSFORMADOR
No início os transformadores eram simples dispositivos
eletromagnéticos, geralmente apresentando um baixo
desempenho. O seu núcleo era feito de ferro doce, material este
que permitia um elevado grau de magnetização ou indutância,
empilhado em finas placas isoladas uma das outras para
reduzir perdas. Estas perdas eram também conhecidas como
correntes parasitas causadas pela corrente perpendicular ao
campo magnético alternado no núcleo. A constante melhoria
dos circuitos elétricos usados nos vários campos da Eletrônica
como televisão , radiodifusão, áudio, etc. geralmente operando
em altas freqüências exigiam cada vez mais melhores tipos de
transformadores. Desta maneira um dos aspectos
fundamentais para os eu desenvolvimento foi o aparecimento
de novos materiais magnéticos como por exemplo a Ferrita, o
Permalloy, o Alnico e o Ferroxcube.
Matéria prima para fabricação de um transformador de saída de alta qualidade: fio de cobre para o enrolamento e a
chapa de ferro silício grão orientado.
4.2.2 - O ALTO-FALANTE
Na sua infância era apenas um auricular ou fone de ouvido, vindo do telefone porem a necessidade de um
dispositivo mais eficaz para a transformação da energia elétrica em acústica, reproduzindo fielmente os sons
gravados ou amplificados, rapidamente levou ao desenvolvimento do alto-falante.
Alto falante de tromba EUA 1926
Esquema de alto-falante com armação
Um primitivo tipo de auricular, ou fone de ouvido
com impedância de 2000 Ohm de procedencia
alemã.
Alto falante Philips modelo 2007 armação
balanceado
feito em baquelite
Alto falante de armação
Alto falante Sferavox, EUA 1926
Um dos primeiros tipos de alto falante dinâmico
fabricado em 1931 pela Companhia Stewart
Warner
Alto falante de armação balanceada fabricado nos
EUA por volta de 1927 pela Crosley
4.3 - OS COMPONENTES ATIVOS
Apesar da válvula termiônica já ter sido comentada
anteriormente no que tange a sua gênese a seguir serão
comentados aspectos considerando-se a válvula como um
componente ativo usado nos processos de transmissão e
retificação.
4.3.1 - A VÁLVULA DE TRANSMISSÃO
Dentre os seus principais grupos, a válvula de recepção
e a de transmissão, basicamente diferem quanto a sua
operação posto que para a primeira o fator mais
importante é a amplificação sem distorsão, enquanto que
para a segunda, a sua potencia de saída. Desta maneira,
a válvula de transmissão nada mais é do que uma válvula
de recepção adaptada para manusear grandes potências
e, portanto operando com elevada tensão de placa.
Ilustração de algunstipos de válvulas
usadas em transmissão:
A = válvula 801A, triodo de potência tipo
filamento de tungstênio toriado usada
como amplificadora de alta frequência,
osciladora, amplificadora de potência para
rádio frequência.
B = valvula tipo VT 154
4.3.2 - A VÁLVULA RETIFICADORA
Desde a sua invenção em 1904, a válvula de dois elementos ou diodo, para detectar sinais de rádio, logo, verificou-
se, também, a sua habilidade em retificar a corrente alternada. Na realidade o diodo é em essência um retificador.
Entretanto, esta aplicação tanto de ordem prática como do próprio termo - diodo retificador - somente começou
a ser usado em larga escala a partir de 1926, quando os primeiros rádio-receptores alimentados por corrente
alternada substituíram aqueles operados por bateria.
A = Válvula Tungar ou retificadora com gás argônio
e catodo aquecido, com anodo de grafite, para
operação em corrente de 5 A.
B = Reguladora de tensão ou lâmpada de
resistência operando com tensão entre 80 a 200 V
e corrente de 220mA.
Diversos tipos de válvulas retificadoras
A = válvula 80 originalmente designada por UX280 foi
uma das primeiras válvulas em usar filamento recoberto
com óxidos.
B = válvula 886A uma retificadora de meia onda a vapor
de mercúrio.
C = válvula 5Z3 lançada no mercado em 1933 para atender
a demanda de uma retificadora mais potente, no caso
operando com corrente de saída de 225mA para uma
tensão de placa de 450V
A esquerda Ilustração de um primitivo
carregador de bateria operando com
válvula retificadora a gás tipo Tungar
para corrente de 2A fabricado pela GE
nos EUA por volta de 1923.
5.0 - A INTEGRAÇÃO DOS COMPONENTES - O CIRCUITO
O desenvolvimento da Eletrônica somente foi
possível devido a contínua interação entre os
diversos componentes passivos como ativos,
originando os chamados circuitos eletrônicos.
Na topologia eletrônica, ou a técnica dos circuitos,
estes são representados na forma de diagramas ou
esquemas, nos quais os componentes passivos
como ativos são identificados por convenções.
5.1 - A ORIGEM DOS CIRCUITOS
O atual e avançado estado tecnológico dos
circuitos usados nas mais diversas aplicações
como rádio, TV e os sistemas de
processamento de dados, sem dúvida alguma
teve a sua origem de poucas, porém, decisivas
topologias, os chamados circuitos clássicos.
5.2- OS CIRCUITOS CLÁSSICOS
Por sua vez podem ser subdivididos como circuitos retificadores, osciladores, moduladores, amplificadores
e controladores.
5.2.1 - O CIRCUITO RETIFICADOR
Para que se possa entender a importância do circuito retificador, torna-se
necessário um rápido retrospecto sobre um dos primeiros processos de geração
da energia elétrica, seja, aquele usando de reações químicas onde se tem as
pilhas, os acumuladores e as baterias.
O aproveitamento do processo de geração da energia elétrica em corrente
contínua surgiu Entretanto, as pilhas e, posteriormente os acumuladores bem
como as baterias, apesar de uma contínua evolução tecnológica, apresentavam
ainda vários problemas técno- operacionais como a
Circuíto retificador de meia onda no qual o capacitor é carregado para o pico máximo da tensão de
linha. Neste circuíto a ondulação é grande . Uma ves que é usada apenas a parte positiva da
senóide. Este circuíto é usado para os receptores para operação tanto em corrente alternada como
contínua.
Circuíto reftificador de onda completa, onde tanto a parte positiva como negativa da senóide são
utilizadas.
polarização e, mesmo a manutenção dos seus elementos constituintes, agora,
também denominados de placas. Desta maneira, como era imperativo que tanto a
válvula termiônica como posteriormente o transistor, para que pudessem operar
como elementos amplificadores devessem ser alimentados em corrente contínua,
surge, então no final dos anos 20 os chamados circuitos retificadores permitindo que a corrente alternada fosse
transformada em corrente contínua.
Desde então os aparelhos eletrônicos passam a ter um novo estágio compreendido pelo circuito de retificação,
agora, denominado de fonte de alimentação. Nestes primeiros circuitos, usavam-se válvulas retificadores de alto
vácuo ou a gás sendo que mais tarde forma substituídas pelos diodos semi-condutores.
Ilustração da bateria secundária ou
acumulador de M. Planté fabricada
na França em 1860
5.2.2 - O CIRCUITO OSCILADOR USANDO TRIODO
Circuítos osciladores com tríodos desenvolvidos por:
1 - E.H. Armstrong
2 - Edwin Colpitts
No início da década de 1910, vários engenheiros como Reginald Fessenden, H.J.Proud, desenvolveram o
primeiro circuito oscilador usando a então incipiente válvula termiônica, o triodo.
Desta forma aplicando-se uma realimentação positiva, com um triodo atuando como um gerador de energia,
obtinha-se um sinal na freqüência de ressonância do seu circuito sintonizado, permitindo a emissão de ondas
contínuas e, por conseguinte a comunicação em um único canal. Este tipo de circuito foi longamente
aperfeiçoado por outros pesquisadores como E.H. Armstrong e E. Colpitts e R.V.L. Hartley.
5.2.3 - O CIRCUITO MODULADOR DE CORRENTE CONSTANTE
Circuíto modulador de corrente constante
Inventado e, 1912 por R. A Heising. Conforme o esquemático o indutor L impede qualquer mudança de corrente
nas placas das válvulas V1 e V2; o sinal modulado é aplicado para a placa do circuito oscilador de rádio
freqüência, de forma que as variações de áudio-frequência na saída do modulador tendem a produzir variações
semelhantes na corrente de placa do oscilador.
5.2.4 - O CIRCUITO DE CONTROLE DE VOLUME AUTOMATICO
Circuíto de controle automático de volume
Mais conhecido no jargão eletrônico também, como AGC, este circuito originalmente desenvolvido pelo engenheiro
americano Harold A. Wheeler, sendo um dos primeiros a usar das propriedades da realimentação negativa no
controle automático do ganho de receptores de rádio. Este circuito, permite portanto, manter o volume de saída de
áudio constante, independentemente da grande gama de níveis de sinais de rádio-frequência captados pelo
receptor.
5.2.5 - O CIRCUITO DE REALIMENTAÇÃO NEGATIVA
Circuíto amplificador com realimentação negativa
Mais conhecido no jargão eletrônico também, como AGC, este circuito originalmente desenvolvido pelo
engenheiro americano Harold A. Wheeler, sendo um dos primeiros a usar das propriedades da realimentação
negativa no controle automático do ganho de receptores de rádio. Este circuito, permite portanto, manter o
volume de saída de áudio constante, independentemente da grande gama de níveis de sinais de rádio-frequência
captados pelo receptor.
5.2.6 - O CIRCUITO DE CONTROLE DE FREQUÊNCIA AUTOMÁTICO
Desenvolvido em 1935 através das pesquisas de Charles Trevis e S.W. Seeley tornou possível a fácil sintonia dos
sinais de FM captados e, assim, criando condições para a popularização do rádio em FM.
5.3 - APLICAÇÕES ILUSTRADAS DOS CIRCUITOS CLÁSSICOS
O complemento de válvulas do receptor modelo 2515 com
a seta indicando a retificadora de alto vácuo tipo 506 cujas
principais características eram: tensão de filamento de 4
volts, 1A; tensão de placa 300 volt e corrente de saída
0,75A
Um dos primeiros rádios receptores para operação a rede
elétrica de 110 ou 220V, CA, modelo 2515, fabricado em
1930, pela Philips na Holanda. O aparelho com três
válvulas empregava uma das primeiras retificadoras de
alto vácuo tipo 506 indicada como a seta.
Rádio receptor de coberturageral, modêlo GR-78
fabricado pela Heath Co. em 1961 nos EUA. a seta do
painel do receptor mostra o controle automático de
volume
Diagrama do amplificador modêlo 80AZ mostrado na
linha pontilhada o enlace de realimentação negativa usada
na topologia do circuíto
O receptor portátil modelo Royal 3000-1, com 9 faixas de
onda fabricado pela Zenith, EUA em 1963. O aparelho ja
possuia uma faixa de onda para FM de 88 a 108MHz, e,
provido também, com contrôle automático de frequência
Detalhe do painel frontal do radio receptor modelo Royal
3001-1 mostrando o controle automático de freqüência.
Acima, amplificador de alta fidelidade, modelo 80AZ,
fabricado em 1957 pela Fischer Company, EUA
Diagrama de bloco do rádio receptor modelo GR-78 mostrando no quadrado pontilhado o circuito de controle automático de volume.
6 - ASPECTOS PICTÓRICOS DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO EM
ELETRICIDADE E ELETRÔNICA
Quer em Eletricidade como em Eletrônica, as medidas quantitativas são fundamentais, como também essencial
a sua precisão.
Assim, considerando-se estes aspectos, os instrumentos de medidas elétricas foram desenvolvido ao longo dos
anos para atender uma enorme gama de aplicações e, portanto, tornando-se sobremaneira importante o
conhecimento da sua evolução tecnológica.
Galvanoscópio vertical
6.1 - A GÊNESE DOS INSTRUMENTOS
Voltímetro de fabricação americana conhecido
como relógio de bolso, para medir tensões em
baterias usadas nos primeiros receptores de
rádio por volta de 1926
Miliamperímetro tipo "Cardan" fabricado na
França no final de 1890
Na realidade instrumento de medição elétrica tal se conhece atualmente sempre acompanhou o desenvolvimento
científico. Desta maneira, o conceito da medição elétrica originou-se primeiramente com os trabalhos do
físico Charles Coloumb que através do seu instrumento conhecido como balança de Coloumb estabelece as
leis fundamentais da Eletricidade que posteriormente serviriam de base para aumentar o conhecimento sobre a
relação entre a Eletricidade e o magnetismo a qual foi somente demonstrada em 1820 através das experiências
do físico dinamarquês Oersted.
As conseqüências da experiência de Oersted foram imediatas, pois desta forma ainda em 1820, Ampére mostra
que em dois condutores paralelos quando percorridos por um corrente e, estando próximo um do outro, exercem
entre si ações de repulsão e atração, de acordo com o sentido recíproco das duas correntes. Logo em seguida,
Arago inventa o eletroímã fazendo passar uma corrente em um condutor enrolado em torno de um pequeno
pedaço de ferro doce, bem como Faraday estuda os campos magnéticos produzidos por circuitos de diferentes
formas.
Por volta de 1823, Ampére construí o primeiro galvanômetro, termo este originado do nome do físico italiano Luigi
Galvani. Com este aparelho pode-se então medir a intensidade da corrente Entretanto, é interessante notar que
se os instrumentos de medição oriundos da evolução do eletromagnetismo foram importantes, o
posterior desenvolvimento do osciloscópio, sem dúvida alguma foi a maior contribuição da Eletrônica no campo
da medição dos parâmetros elétricos. O feixe eletrônico gerado no tubo de raios catódicos pode ser comparado
ao ponteiro de um instrumento de medição clássico, porém agora, atuando como um indicador que segue as
variações das quantidades medidas em velocidade quase que infinitas, além do que pode ser usado como um
registrador. O moderno osciloscópio usado atualmente em pesquisa e desenvolvimento em todos os campos da
eletrônica é uma evolução tecnológica oriunda do tubo de Braun, mais tarde chamado de tubos de raios catódicos
existente de de 1897, muito antes do aparecimento da válvula termiônica. O tubo de Braun foi, também a origem
do atual cinescópio, usado nos modernos televisores.
6.2 - A EVOLUÇÃO PICTÓRICA DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
A esquerda: Tubo de Crookes inventado pelo físico
inglês William Crooks em 1870, permitia detectar a
presença de eletrons rápidos. Este fluxo de elétrons
originário do catodo mais tarde foi denominado de
raios catódicos.
A direita: Tubo de raios catódicos provido de sistema
de deflexão eletrostática, fabricado nos USA no ínicio
da década de 1940.
Primitivo provador de válvula fabricado por volta de
1925.
Ponte para a medição de indutância, resistência e
capacitância fabricada na Checoslováquia em 1930
o primeiro osciloscópio comercial, introduzido pelos
empresa Allen B. DuMont em 1930. As conexões para
deflexão do feixe eletrônico eram feitas diretamente no
tubo de raios catódicos. O consolo lateral atuava
somente como uma fonte de alimentação de alta
tensão.
7.0 - A ORIGEM DA REPRODUÇÃO SONORA
Desde a invenção do fonógrafo de Edison, a reprodução do som natural foi uma perene busca para os
engenheiros.
No início da eletrônica, as tênues modulações eram ouvidas através dos fones de ouvido.
Com o advento da válvula, tinha-se então, um dispositivo para a amplificação das tênues correntes elétricas.
A partir de 1920, a capacidade de amplificação dos sinais pela válvula foi aliada ao microfone, advindo da
telefonia, e, portanto, originando os primeiros sistemas de reprodução sonora baseada no então incipiente
cinema falado.
O lançamento em 1928, pela Warner Brothers, EUA do
primeiro filme sonoro, O cantor de Jazz
A válvula amplificadora quando
aliada ao microfone revolucionou a
reprodução dos sons naturais.
7.1 - O MICROFONE
O microfone é uma palavra de etimologia grega significando: micro = pequeno e, fone = som.
O microfone surgiu do transmissor telegráfico inventado simultaneamente por Elisha Gray e Alexander Graham
Bell em 1876.
Esquemático mostrando o transmissor
telefônico inventado por Bell.
O primeiro transmissor telefônico tipo
magnético inventado por Bell,
apresentado pelo inventor no instituto
Essex , em fevereiro de 1877.
Ilustração de um transmissor
telefônico empregando eletro-imã
inventado por Bell em 1876.
7.1.1 - A EVOLUÇÃO ILUSTRADA DO MICROFONE
O microfone de M Boudet de origem
francesa tipo resistência variável.
Microfone de uso militar tipo
T-32, fabricado para as
forças armadas americanas
por volta de 1943.
O microfone modelo 520, conhecido
como green bullet, fabricado pela
Shure, EUA no início de 1950.
Um moderno microfone tipo
condensador com padrão de resposta
tipo cardióide fabricado pela AKG,
Áustria.
Microfone de alta impedância, série
710, fabricado pela Shure Brothers,
EUA, em 1953.
O microfone de Paul Bert e
D'Arsonval de origem francesa
o receptor telefônico de Ader do tipo
magneto-elétrico. A direita, corte
esquemático do aparelho mostrando as
bobinas e os bornes de ligação
O microfone de velocidade, modelo V-
1, fabricado pela Electro Voice, EUA
em 1953.
Corte esquemático de um dos últimos
tipos de transmissor telefônico
7.2 - A VÁLVULA COMO ELEMENTO AMPLIFICADOR
Originalmente desenvolvida para uso por radio-amadores
em 1920, a válvula triodo denominada de Audion RAC3,
fabricada pelo engenheiro americano Elman B. Mayers,
mostrando os contatos de metal para sua fixação no
circuito.
Notar que esta válvula também leva o nome de Audion. No
inicio da termiônica nos EUA, muitos foram os fabricantes
de válvulas que importunaram DeForest com sua patente
de 1907. Mayersfoi um deles e desenvolveu esta válvula
para fins mais do rádio amadorismo do que para
transmissão. Acontece que por volta de 1920 a toda
poderosa RCA tomou conta deste mercado. O poderoso
Sarnoff, diretor da RCA, através da justiça, mandou prender
todos aqueles que não pagam licença para fabricar
válvulas. Não deu outra, Mayers um ativo engenheiro
montou sua fabrica cerca de 15 km da fronteira americana,
no Canadá, e começou a vender suas válvulas por
encomenda. Muitos seguiram os passos de Mayers, usando
a mesma estratégia e foram denominados na história da
termiônica como fabricantes independentes.
Reprodução da página frontal do manual de instruções e montagem
da válvula RAC3
Elman B. Mayers inventor da válvula Audion RCA3, demonstra a
sua lâmpada especial de quartzo-mercúrio, tipo luz fria com cerca
de 3000 cp para aplicações em televisão por volta de 1932.
Electronics
7.2.1 - A AMPLIFICAÇÃO COM TRIODO
A partir de 1913, a válvula sofre contínuas modificações. Novos materiais são usados na fabricação dos seus
elementos estruturais. Assim têm-se catodos revestidos com óxidos, técnica esta desenvolvida por Wehnelt.
O tungstênio e o óxido de bário são empregados nos filamentos culminado com o aparecimento do filamento de
liga de tungstênio tório inventado por Langmuir em 1921.
Surgia assim o triodo uma válvula com três elementos estruturais, ou seja, o catodo, a placa e, o terceiro eletrodo
ou grade de controle ou simplesmente grade, responsável pelas suas propriedades de aplicação.
Na amplificação com triodo, se aplica na grade uma alta tensão CC a qual não consome corrente apreciável. Os
elétrons atraídos pela placa dependem agora do efeito combinado das polaridades da grade e da placa. Quando
esta última é positiva, a tensão de grade se torna progressivamente mais negativa e, portanto, a placa se mostra
menos receptiva em atrair elétrons; assim, a corrente de placa diminui.
Entretanto, a medida que a grade se torna menos negativa, a placa atrai rapidamente os elétrons, aumentando a
corrente anódina. Por conseguinte, quando a tensão de grade varia de acordo com um sinal, a corrente de placa
também varia com o mesmo. Como uma pequena tensão aplicada à grade é capaz de controlar uma corrente de
placa comparativamente elevada, o sinal é então amplificado pela válvula.Nesta fase de conhecimento do
comportamento elétrico do triodo tem-se então o desenvolvimento dos primeiros circuitos amplificadores, como
por exemplo o circuito de polarização negativa de grade, do conceito de transcondutância proposto pro van der
Bilj, bem como dos gráficos ou curvas com as características anódinas ou de placa. O triodo foi usado largamente
nos sistemas de reprodução sonora até os meados da década de 1930.
Estrutura da válvula triodo
Corte esquemático de uma válvula
triodo mostrando os seus elementos
estruturais.
Ilustração de uma curva com as características
anódinas ou de placa de um triodo onde:
Ia = corrente de anodo
Va = tensão de anodo
Vg tensão do catodo
Vários tipos de triodos primitivos de origem americana:
a)Tipo 205D fabricado pela WE em 1924
b)Tipo UV 201-A usando filamento de tungstênio puro
c)Tipo UX-201-A com filamento recoberto por óxido
Vários tipos de triodos de origem européia, fabricados entre
1920-1930:
a) Tipo E424N, Philips usado como detector e amplificador
b) Tipo REN 904, Telefunken semelhante ao tipo E424N
c) Tipo A131, Philips usado em estágios de rádio-freqüência
7.2.2 - AMPLIFICAÇÃO COM TETRODO
O tetrodo ou válvula de 4 elementos, foi
inventado para compensar um fenômeno
inerente ao triodo conhecido como
capacitância inter-eletródica.
Este quarto elemento, denominado de grade
secundária, era montado na estrutura da
válvula entre a grade e a placa atuando como
uma blindagem eletrostática entre ambos, bem
como reduzindo a sua capacitância inter-
eletródica.
Entretanto, esta configuração estrutural do
tetrodo mudou o comportamento das
características do anodo devido o efeito da
emissão secundária que na realidade é
causada pelo bombardeamento da grade pelos
elétrons vindo do catodo. A proximidade deste
eletrodo com a placa cria uma forte atração
sobre os elétrons secundários, mormente se a
tensão de placa for menor que aquela da grade.
Este efeito diminui a corrente de placa
limitando as variações das tensões anódicas
permitidas ao tetrodo e assim, causando
distorsões no sinal de saída.
O tetrodo logo foi substituído por válvulas
mais aprimoradas como o pentodo.
Diversos tipos de tetrodos de origem americana, fabricados entre 1925-1933:
a) Tipo 124
b) Tipo 35
c) Tipo 36
Tetrodo de origem européia tipo A442
usado em estágios de RF, fabricado pela
Philips em 1928
7.2.3 - AMPLIFICAÇÃO COM PENTODO
Em 1926, B. Tellegan, trabalhando nos laboratórios da Philips, na Holanda inventa o
pentodo, ou seja, uma válvula com um quinto eletrodo o qual era colocado entre a grade
e a placa. Assim, denominado de grade supressora. Este novo arranjo estrutural permitiu
atenuar os efeitos da emissão secundária encontrada no tetrodo, pois agrade
supressora geralmente ligada ao catodo, devido ao seu potencial negativo com relação
à placa retarda a velocidade dos elétrons fazendo que os retornem a placa e, portanto
não mais influindo em suas características.
Nos pentodos de potência, a supressora torna possível ainda se obter maior
amplificação de saída com menor tensão excitadora de grade bem como de placa. Estas
excepcionais características são devidas ao grande ciclo de tensão de placa, pois esta
poderá ser tão reduzida ou mesmo menor ainda do que a tensão do "screen" sem
contudo representar perda considerável sobre o rendimento ou ganho do sinal.
Válvulas tipo pentodo de origem européia
fabricadas pela Philips entre 1928-1935:
a)tipo B433 primeira válvula tipo pentodo fabricada
no mundo
b)tipo AF-3 pentodo de um variável para RF com
soquete tipo P
Válvulas Pentodo fabricadas nos EUA entre 1928-
1935:
a)type 51
b)type 2 A5
7.2.4 - A AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA COM VÁLVULAS DE FEIXE
DE ELÉTRONS
Nos primórdios da Eletrônica, inventores, engenheiros, cientistas e
mesmos fabricantes se envolveram em constantes e longos
processos jurídicos relativos a violação de direitos de fabricação
como de patentes cobrindo não somente aparelhos, componentes,
bem como circuitos eletrônicos.
Assim, no campo da Termiônica não fugiu a regra e, por volta de
1939, no intuito de evitar a violação de patentes que protegiam a
válvula pentodo, fez com que alguns fabricantes após intensas
pesquisas de laboratório lançassem no mercado a primeira válvula
de potência por feixe de elétrons, mais conhecido como tetrodo por
feixe dirigido.
Na realidade, este tipo de válvula pode ter tanto a configuração
estrutural de um tetrodo como de um pentodo e recebeu essa
denominação por ser construída de forma que os elétrons circulem
em feixes concentrados do catado através das grades até a placa.
Assim, as principais diferenças entre esta válvula, quando
comparada aos tetrodos e pentodos convencionais, residem no fato
que nela os espaços entre as espiras das grades são alinhados,
possui duas placas formadores de feixes e, geralmente o espaço
entre a grade de blindagem e a placa maior. Como os espaços entre
as grades encontram-se alinhados, poucos elétrons que colidem
contra a grade de blindagem e, por conseguinte, a corrente anódina
é maior que quando comparada aos pentodos.
Neste tipo de válvula a emissão secundária é reduzida devido à carga espacial entre a grade de blindagem ea placa.
A carga espacial é um fenômeno resultante da frenagem dos elétrons quando passam das grades de blindagem de
elevado potencial para as placas onde o mesmo é menor. Assim, a carga espacial formada na frente da placa é
suficiente para expulsar os elétrons secundários da mesma, emitidos como resultado da colisão dos elétrons
primários.
Ilustração das diversas variações da válvula de potência por feixe de
elétrons tipo 6L6 de fabricação americana onde se tem da esquerda
para direita: com bulbos de vidro tipo GC, G e metálico
Ilustração da configuração estrutural de uma válvula
de potência por feixe de elétrons
Famosa válvula por feixe de elétrons tipo KT-66 fabricada
na Inglaterra pela MO-Valve.
7.3 - OS CIRCUITOS DE AMPLIFICAÇÃO
Com a válvula atuando como um elemento de amplificação confiável o desenvolvimento de novos tipos de
circuitos foi uma tarefa permanente para os engenheiros. Ao longo dos anos muitos foram os circuitos de
amplificação que apareceram na literatura técnica dentre os quais os quais os mais representativos são:
1913 - Circuito push-pull:
Concebido por E. Colpitts, o qual basicamente é um circuito balanceado onde
duas válvulas operaram em diversas classes de amplificação, por exemplo A,
AB ou B, fornecendo grande potência de saída e, ao mesmo tempo, cancelando
sobremaneira a distorsão.
Esquema simplificado do circuito de
saída de um amplificador
convencional operando em push-pull.
1927 - Circuito de realimentação negativa:
Desenvolvido originalmente por H.S. Black, vide seção "os circuitos clássicos".
1947 - Circuito ultralinear:
D.T.N. Williamson, na Inglaterra, projetou este circuito para operação ultra-
linear.
Esquema do circuito Williamson, usado
em amplificadores de alta qualidade.
1949 - O circuito push-pull simétrico:
F.C. McIntosh patenteia um eficiente circuito de amplificação. Este circuito
consiste basicamente de tetrodos de feixe dirigido operando em conjunto com
um transformador de saída provido de enrolamento tipo bifilar onde as placas
das válvulas estão em ligação cruzadas.
O circuito desenvolvido por
F.C.McIntosh.
1950 - O circuito Hafler-Keroes:
David Hafler e Herbert I. Keroes, desenvolveram uma configuração de
amplificador ultralinear, no qual, o sinal da grade da válvula retorna para o
transformador de saída em um ponto representado em 18,5% da impedância do
enrolamento do primário. Este circuito representa um modo de operação
intermediário, dando ao amplificador a potência de uma válvula pentodo e, a
baixa impedância de saída de um triodo.
Esquema ilustrando as ligações no
transformador no circuito Hafler-
Keroes
7.4 - OS HOMENS POR TRAZ DOS CIRCUITOS
Muitos foram os inventores, engenheiros e cientistas que atuaram no desenvolvimento tecnológico da válvula
não somente como elemento de amplificação bem como na própria topologia de circuitos. Dentre os quais e
destacam:
- Lee DeForest:
Pai do rádio; inventou a válvula Audion, a base da Termiônica.
- John Stone Stone:
Físico americano, interessado em Eletrônica, foi um dos pioneiros dos primeiros receptores. Em 1912 ajudou a
demonstrar a operação da válvula Audion como um elemento de amplificação para os engenheiros da American
Telephone and Telegraph Company.
- Irving Langmuir:
Foi considerado o "Homem dos Materiais", um cientista altamente especializado na pesquisa de novos materiais.
Em 1915, trabalhando nos laboratórios General Electric, desenvolveu o filamento de tungstênio toriado. Uma liga
de tungstênio com 3% de tório que possui maior eficiência que o tungstênio puro. Este novo tipo de material foi
usado para a fabricação de lâmpadas e válvulas.
- Hendrik Johannes Van Der Bijl:
Físico renomado, também conhecido como o mago da Termiônica. Suas pesquisas sobre a emissão de elétrons
permitiram o desenvolvimento das características matemáticas da válvula.
7.5 - A EMISSÃO FOTO-ELÉTRICA NA REPRODUÇÃO SONORA
A emissão Termiônica é o processo empregado pelas válvulas, no qual os elétrons alcançam energia suficiente
para liberarem da superfície do emissor por meio do calor. Da mesma forma, quando a luz atinge a superfície de
certos materiais pode, também, ocorrer à emissão de elétrons, efeito este denominado de emissão fotoelétrica.
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez em 1839, na França , por Alexander Edmond Becquerel,
quando ao iluminar a junção de um eletrólito, notou que havia geração de uma pequena corrente elétrica.
Entretanto, , este fenômeno foi realmente compreendido bem mais tarde.
Por volta de 1920, a tecnologia de fabricação de válvulas estava bem mais avançada e, este conhecimento ajudou
sobremaneira na elaboração de dispositivos usando o efeito fotoelétrico.Primeiramente foram desenvolvidos
para a captação de sinais contidos nos fotogramas dos primeiros filmes falados, originando o que se conhece
hoje em dia com trilha sonora.
Estes dispositivos consistiam basicamente de uma placa metálica, ou catodo, e um segundo eletrodo, ambos
montados no interior de um tubo de vidro revestido com material fotossensível. Quando este último for atingido
por um feixe luminoso, os elétrons são deslocados e, ao mesmo tempo atraídos pelo segundo eletrodo ou anodo,
devido o seu potencial positivo gerando, portanto, uma pequena corrente, proporcional ao nível de luz que atinge
o foto-catodo.
Devido a esta configuração, os primeiros dispositivos de emissão fotoelétrica foram chamados de foto-tubos e,
como material foto sensível era usado o hidreto de potássio.
Curiosamente, no cinema falado, onde o incipiente foto tubo foi usado primeiramente para a sincronização da
imagem com o som pela leitura da chamada trilha sonora ótica, logo foi suplantado pela trilha sonora magnética
devido a praticidade e qualidade desta ultima advinda da evolução da gravação magnética.
a) No projetor uma fonte luminosa é
aplicada sobre a trilha de som. As
modulações são coletadas pela foto-
célula, cujos os sinais são amplificados
e finalmente reproduzidos pelo alto-
falante.
Ilustração do principio de operação usado nos primeiros
filmes falados:
b) A trilha sonora
No projetor a fonte luminosa é focalizada sobre a trilha
sonora, cujas modulações excitam uma fotocélula de forma
que os sinais gerados são amplificados e reproduzidos pelo
alto-falante
Diversos tipos de fotocélulas e foto-tubos de origem americana:
a) Tipo 9A com dois anodos e sensibilidade de 10 micro Ampère/lumen
b) Tipo 919, geralmente usado em fotômetros
c) Tipo 918, foto-tubo a gás usado em projetores com sensibilidade de 10 micro Ampere/lumen
d) Tipo CE-A26, foto-tubo a gás usado para equipamentos de reprodução sonora
7.6 - A EVOLUÇÃO DA GRAVAÇÃO MAGNÉTICA
A técnica para registrar, armazenar e reproduzir magneticamente os sons foi inventada em 1898 pelo dinamarquês
Valdemar Poulsen denominado de telegrafone. O aparelho usava como meio de gravação um fio de aço. No início
de 1920, Oberlim Smith desenvolve um processo que usava como material
magnetizável limalha de ferro aplicada sobre uma base flexível. Logo em seguida
E.Fritz Pfleumer obteve patente sob nº 500900, do Instituto Alemão de Patentes,
para o processo de fabricação da fita magnética, que consistia em impregnar-se
uma fita de papel com pó de ferro magnetizável dando origem ao Blaterfone.
Entretanto, a fita magnética usando papel era bastante quebradiça de forma que em
1933, as primeiras tentativas para usar um meio flexível capaz de suportar as
tensões inerentes ao processo de gravação começam ser feita na Alemanha pela
BASF.
Baseadonestes desenvolvimentos, em 1935 surge o magnetofone originalmente
fabricado pela AEG Telefunken onde o conjunto gravador fita consistia
basicamente da cabeça magnética, tipo anular, que imprimia a orientação das
partículas magnéticas fixadas em um suporte de material plástico, utilizando uma
corrente de polarização.
Entretanto, o preço do magnetofone era ainda alto de forma que foi somente após
a segunda guerra mundial quando em 1946, A M. Poniatoff funda nos EUA a empresa AMPEX iniciando assim
uma das primeiras linhas de produção em série de gravadores de fita.
Nos anos subseqüentes a tecnologia da gravação magnética sofre grandes inovações culminando com o
aparecimento do sistema cassete desenvolvido pela Philips na Holanda em 1965. Compacto de fácil manuseio o
sistema cassete culminou com a popularização da gravação magnética.
A partir de 1970 surgem diversos tipos de circuitos supressores e, novos materiais magnéticos, como o oxido
de cromo, permitindo registros de níveis de sinais elevados com baixíssimas distorções e ruídos.
Cronologia da evolução da fita magnética
Ano Evento
1932 Primeiras experiências para se desenvolver a produção industrial de fitas magnéticas.
1934 As primeiras fitas magnéticas são apresentadas na exposição de rádio de Berlim.
1936
Orquestra sinfônica de Londres regida pelo maestro Sir Thomaz Beecham grava o primeiro concerto em
fita magnética.
1940 Braunmühl e Weber aprimoram a faixa dinâmica.
1944 As primeiras fitas utilizando folha de PVC rígida denominado de Luvitherm.
1950 Popularização do processo de gravação.
Fotomicrografia mostrando a distribuição das
partículas magnéticas usadas em uma
moderna fita cassete.
O principio da gravação magnética
mostrando a ação das cabeças gravadoras e
reprodutoras atuando sobre a fita
Corte esquemático de uma fita magnética
Esquemático mostrando o mecanismo de transporte de
um gravador com as respectivas cabeças
desmagnetizadoras, gravação e reprodução.
Por volta de 1930 Eduard Schüller inventa
a cabeça magnética anular
Ilustração da evolução dos meios de gravação por processo
magnético:
a)arame ou fio metálico magnetizável
b)fita magnética usando suporte de papel
c)primeira fita magnética usando suporte de plástico
d)fita magnética para reprodução monofônica
e)idem porem em formato de 3 polegadas
f)fita magnética estereofônica em 4 pistas
Gravador de fio modelo 268-1 fabricado em
1948 pela Webster, Chicago, EUA.
Ilustração da fita cassete, fabricada em
1965, pela Philips.
Ilustração da evolução dos meios de gravação por processo
magnético:
A) Arame ou fio metálico magnetizável
B) Fita magnética usando suporte de papel
C) Primeira fita magnética usando suporte de plástico
D) Fita magnética para reprodução monofônica
E) Idem porem em formato de 3 polegadas
F) Fita magnética estereofônica em 4 pistas
7.7 - O DIFUSOR ACÚSTICO
O som gravado e amplificado é, então reproduzido pelo alto-falante. Para
melhorar o seu desempenho acústico foi desenvolvido o difusor, ou seja onde o
alto-falante é agora acondicionado num invólucro mais conhecido como caixa
acústica que obedecendo a parâmetros eletro-acústicos definidos.
O difusor acústico (em corte), modelo
Klipschorn desenvolvido nos EUA pelo
engenheiro Paul Wilbur Klipsch por
volta de 1940 e, fabricado até hoje.
7.7.1 - A RESPOSTA DE FREQÜÊNCIA E OS TIPOS DE ALTO-
FALANTES
Para a correta transferência das ondas sonoras no
ambiente torna-se necessário conhecer a
resposta de freqüência do alto falante.
A resposta de freqüência é determinada
aplicando-se ao alto-falante uma corrente
alternada constante de freqüência variável e em
seguida, medindo-se a tensão gerada num
microfone posicionado a uma certa distância do
mesmo.
Desta forma obtém-se as chamadas curvas de
resposta de freqüência geralmente feitas em salas
anecóicas ou seja, uma câmara inerte, isenta de
reflexões sonoras.
A: Alto-falante para reprodução das baixas freqüências (woofer) e a sua respectiva curva de resposta de
freqüência.
B: Alto-falante para reprodução das médias freqüências (squawker) e a sua respectiva curva de resposta de
freqüência.
C: Alto-falante para reprodução das altas freqüências (tweeter) e a sua respectiva curva de resposta de
freqüência.
7.7.2 - A EVOLUÇÃO DO DIFUSOR ACÚSTICO
A finalidade da caixa acústica além de suportar os alto-falantes tem a função de mantê-los em fase, ou seja,
acusticamente alinhados de tal forma a permitir uma transição linear entre as diversas gamas de freqüência.
Na realidade, estas são porções definidas do espectro de áudio, basicamente compreendendo as gamas de : 30-
100Hz, 500-5000 Hz e 5000-20000 Hz respectivamente para as faixas de baixa, média e alta freqüência as quais
são ajustadas eletricamente por filtros de caráter passivo como ativo.
Com o lançamento do primeiro filme sonoro, "O cantor de Jazz", pela Warner Brothers, EUA, em 1928, estabelece-
se os padrões técnicos básicos para a reprodução sonora em cinemas e auditórios, mais tarde estendendo-se
para aplicações domésticas.
Difusor acústico para reprodução de
baixas freqüências tio corneta de
acoplamento direto
Para reprodução
de baixas freqüência uma corneta
deveria ter um comprimento de 10
metros. Este inconveniente foi
contornado pelos engenheiros
dobrando-se a sua estrutura no
O difusor acústico escantilhado é uma
derivação mais compacta da corneta
dobrada pois utiliza os cantos do
ambiente para aumentar o tamanho
efetivo da corneta.
interior do difusor acústico de maneira
a torna-la compacta.
Ilustração do:
A esquerda: - difusor acústico tipo
plano infinito
A direita: - difusor acústico tipo
suspensão acústica
Variações do difusor acústico tipo
bass reflex mostrando o pórtico ou duto
de sintonia.
A - a corneta tipo direto
B - a corneta radial setorial
C - pequena corneta exponencial
D - a corneta cônica
E - a corneta radial multi-celular
F - a corneta dobrada
Ilustração do alto falante coaxial
lançado no mercado americano em
1943 pela firma
Altec-Lansing
7.7.3 - ASPECTOS ILUSTRADOS DO DIFUSOR ACÚSTICO
Desde a sua origem, nos primeiros sistemas de
reprodução sonora, usados em cinemas e
auditórios, o difusor acústico sofreu rápidas e
contínuas modificações conceituais, quer de caráter
elétrico, acústico bem como estético.
O difusor acústico tipo Hartsfield fabricado nos EUA na década de 1950 pela
firma JBL. Desenvolvido da experiência adquirida pela empresa na sonorização
de grandes ambientes. Difusor de grande eficiência, consistindo de alto-falante
difusor de altas freqüências tipo corneta com padrão de dispersão horizontal e
vertical de ordem de 140º x 45º e um transdutor para baixas freqüências de 15
polegadas. Ambos montados em gabinete escantilhado.
Em 1954, o engenheiro americano Edgard Villchur desenvolve um novo tipo de
difusor acústico operando pelo princípio de suspensão acústica. O modelo AR-
1 consistia de um alto-falante de 12 polegadas para reprodução das baixas
freqüências, acondicionado em uma caixa acústica perfeitamente selada e,
geralmente usando em separado um corneta tipo eletrostática para a
reprodução das médias e altas freqüências.
Ilustração do difusor experimental operando pelo principio de suspensão
acústica desenvolvido pelo engenheiro Edgard Villchur, por volta de 1954.O difusor acústico mais conhecido como "a voz do teatro" consistindo de
um alto-falante de 15 polegadas e uma corneta setorial para reprodução das
altas freqüências.
7.8 - PIONEIROS DO MODERNO DIFUSOR ACÚSTICO
Muitos foram os engenheiros e inventores responsáveis pela evolução do
moderno difusor acústico. Dentre eles os nomes que mais se destacaram pelo
seu pioneirismo e criatividade tem-se:
Edgard M. Villchur
Engenheiro americano, fundador da empresa
Acustic Research. Desenvolveu o difusor
acústico usando o princípio de suspensão
acústica. Um sistema compacto utilizado até
os dias atuais em sistemas domésticos de
reprodução sonora.
James Bullough Lansing
Inventor, nascido em 1902 nos EUA. Apesar da
sua pouca instrução técnica foi um dos mais
criativos inventores desenvolvendo
inovações na fabricação de alto-falantes como difusores, bobinas enroladas
com fio laminado, o sistema de reprodução sonora ICONIC, o alto-falante
coaxial, além de outras técnicas revolucionárias onde se tem a moldagem de
diafragmas metálicos. Morreu de forma trágica, cometendo suicídio em 24 de
setembro de 1949.
Paul Wilbur Klipsch
Nascido nos EUA em 1904, engenheiro conhecido
pela sua excentricidade e esmero artesanal na
fabricação de difusores tipo corneta, do qual
patenteou o famoso sistema denominado de
KLIPSCHORN.
Peter Walker
Inglês, fundador em 1936, da Acoustical Manufacturing Co., ou QUAD, como é mais
conhecida. Em 1957 lançou seu famoso difusor eletrostático de gama total, ainda
fabricado e conhecido pelos especialistas, como um difusor acústico padrão.
Rudolph Thomas Bozak
1910-1982, engenheiro americano que desenvolveu várias técnicas de fabricação de
alto-falantes, dentre as quais tem-se a prensagem de cones usando uma mistura de lã
com papel, dando assim, melhor consistência ao cone. Os alto-falantes e difusores acústicos fabricados por
Bozak eram feitos de forma quase que artesanal primando pela qualidade e acabamento.
Paul Wilbur Klipsch, um paradigma
da moderna reprodução sonora.
Peter Walker
8 - O RÁDIO VAI À GUERRA
Desde os mais remotos tempos, a comunicação militar sempre foi um aspecto fundamental para os exércitos e forças armadas. Ao longo dos
anos, muitos foram os métodos de comunicação usados para o envio de informação quer por mensageiros, pombos correios, ou mesmo
sinalização visual. (abaixo)
A partir do século XIX, a comunicação militar sofre os primeiros avanços tecnológicos. Primeiramente com o emprego do telégrafo de Samuel
Morse (b) e, posteriormente com o telefone inventado em 1876 por Alexander Bell (c)
No século XX, as comunicações militares se desenvolvem rapidamente baseadas em novas tecnologias que surgiram com a radiotelefonia e
do rádio oriundo da válvula termiônica.
(b) Ilustração do receptor telegráfico inventado em 1840
pelo americano Samuel Morse.
(c) Ilustração de uma primitiva central telefônica.
1903 - Estação movel de Radio, com Marconi sentado no
degrau do caminhão a vapor THORNYCROFT
Um antigo tipo de manipulador de telegrafia usado
para ensino e treinamento de operadores tanto
para fins civis como militares.
8.1 - A ELETRÔNICA NA COMUNICAÇÃO MILITAR
Em 1904, Valdemar Poulsen, o mesmo cientista dinamarquês que inventou o processo de gravação magnética
efetua a primeira transmissão de voz pelo rádio, através do telegrafone, que na realidade foi um avanço do
telefone.(a)
Entretanto, as comunicações pelo rádio somente foram possíveis com a invenção e o aprimoramento da válvula
termiônica.
Assim, a sua aplicação na comunicação militar esta ligada a vários desenvolvimentos tecnológicos como:
- válvulas usadas como repetidores em telefonia
- válvulas metálicas
- válvulas miniaturas
- válvulas para alta freqüência.
(a) Reprodução do princípio do telegrafone inventado pelo
dinamarquês Valdemar Poulsen em 1904.
Valdemar Poulsen
8.1.1 - VÁLVULAS USADAS COMO REPETIDORAS EM TELEFONIA
Os primeiros repetidores telefônicos eram de natureza eletromecânica e assim, insuficientes para atender a
crescente expansão das linhas telefônicas.
Os engenheiros logo notaram que precisavam de um novo tipo de repetidor telefônico que além de atuar como
elemento amplificador de sinais, deveria também atender uma série de requisitos técnicos, operacionais e
comerciais como:
- amplificar toda a gama de freqüência existente;
- ter resistência, durabilidade e confiabilidade de funcionamento;
- fabricação em escala industrial para redução de custo;
- intercambiabilidade, ou seja, em caso de defeito ser rapidamente substituído por outro semelhante.
Portanto, pôr volta de 1910, a válvula triodo ainda não tinha as condições necessárias
para atender estes requisitos.
Assim sendo era fundamental transforma-la de um simples tubo termiônico semigasoso
num real dispositivo para a descarga de elétrons.
Por volta de 1916, a válvula já tinha sofrido enormes modificações quer estrutural como
operacionais. Dentre os seus principais avanços tecnológicos tem-se:
- filamento ou aquecedor: um dos primeiros tipos, foi o recoberto por óxidos, técnica
esta inventada por Wehnelt. Logo seguida surge o filamento feito em liga de tungstênio e
tório. (a)
Entretanto, estes novos tipos de filamento exigiam o funcionamento em atmosfera com
maior rarefação uma vez que a presença de oxigênio interferia sobre maneira na emissão
de elétrons.
- a técnica do gettering: esta deficiência foi contornada com a vaporização ou queima no
interior do bulbo de vidro, de substâncias quimicamente ativa como o fósforo ou
Irwing Langmuir
magnésio no processo final de evacuação do ar eliminando, assim, todo o vestígio do ar atmosférico.
O getter, podia ainda continuar ativo durante toda a vida da válvula, absorvendo pequenas quantidades de
partículas gasosas emitidas devido a desgaseificação incompleta dos elementos estruturais da válvula. (b)
- os elementos estruturais: das primeiras válvulas usadas como repetidoras em telefonia foram
substancialmente melhorados eliminando a sua fragilidade operacional. Assim, novos materiais foram usados
na fabricação da base da válvula e dos elementos internos originando uma técnica de montagem conhecida
como Iron Clad onde os mesmos eram perfeitamente alinhados. Os elementos estruturais montados e alinhados
eram, então encapsulados num bulbo de vidro. (c)
- o bulbo de vidro: a lâmpada incandescente foi a origem e, portanto, a base tecnológica para das primeiras
válvulas. ( d )
Nas primeiras válvulas, o ar era removido do bulbo de vidro pela sua parte superior cuja selagem era feita por
uma pequena ponta na forma de pérola. (e) Logo em seguida, devido a novos processos de produção de
vácuo, o bulbo sofreu várias modificações na sua forma como, também, no emprego de diversos tipos de vidro
dentre os quais tem-se aquele a base de chumbo e carbonatos, como de borosilicato.
Desta maneira, o bulbo agora não era mais soprado como nos primitivos processos de fabricação e, sim,
moldados em máquinas ou tornos permitindo uma uniformização das suas paredes de forma que a partir de
1928, a configuração dos bulbos é padronizada.
Durante a primeira guerra mundial, 1914 - 1918, as condições operacionais da válvula já eram totalmente
conhecidas, advindas da experiência adquirida na fabricação daquelas destinadas ao emprego em telefonia o
que sem dúvida alguma trouxe inúmeros benefícios para a produção de congêneres para aplicações em
equipamentos de comunicação para fins bélicos.
Entretanto, este tipo de válvula tinha que operar em condições extremamente adversas variando de
temperaturas abaixo de zero numa sala de rádio noÁrtico até o escaldante calor de uma sala de guerra de um
destróier nos trópicos. Assim , a mesma deveria ter rigidez suficiente para suportar as mais extremas e
adversas condições operacionais. Estes aspectos, aliados ao tamanho e portabilidade dos equipamentos de
radio comunicação militar culminou com o aparecimento de outros tipos mais avançados de válvulas como por
exemplo, a válvula metálica.
(a) triodo de potência de origem americana
usando filamento revestido com óxidos.
(b) a válvula tipo 201, com base de
porcelana mostrando a parte espelhada
devida o processo do gettering;
(e) À direita, válvula tipo 201 com base de
latão mostrando bulbo de vidro onde na parte
superior era removido o ar; a direita, mesma
válvula porem com bulbo de vidro esférico
espelhado devido a técnica do gettering
c) montagem primitiva dos
elementos estruturais onde:
a) placa
b) grade
c) filamento
d) árvore de vidro
8.1.2 - VÁLVULAS METÁLICAS
Em 1930, a válvula ainda usava técnicas de fabricação oriunda da lâmpada elétrica, onde o vidro era o elemento
fundamental para a construção dos bulbos usados como invólucro dos seus elementos estruturais. Entretanto,
logo após a 1ª guerra mundial, como as válvulas de transmissão passaram a ter maior potência, necessitavam
também de maior
refrigeração. Assim, estas primeiras válvulas foram
fabricadas de forma que parte do seu
anodo era quase que exposto fora do
bulbo de vidro para aumentar a
dissipação térmica. Estas válvulas
eram fabricadas de forma que o anodo
na forma de um cilindro de cobre era
fundido na porção inferior do bulbo de
vidro. Assim, estes tipos de válvulas
logo foram denominadas de "CAT",
acrônimo em inglês: Cooled Anode
Transmitting.Na realidade, foi o
embrião das primeiras válvulas
metálicas, que surgiriam alguns anos
mais tarde, em 1933, lançadas na
Europa, pelas companhias Marconi e
Osram. Estas válvulas além de usarem
anodo de cobreexterno,os eletrodos
eram agora dispostos em círculo,
selados através da seção inferior do
bulbo de vidro,não mais usando a
antiga técnica de prensagem da
estrutura metálica tendo como suporte uma árvore de vidro
tornando, assim, obsoleto o tradicional processo de fabricação
oriundo da lâmpada elétrica. Pela similaridade com os
primitivos congêneres este novo tipo de válvula passou a ser
chamada de válvula CATKIN (a)
Coincidência ou não, em 1934 os americanos
lançam, também a suas primeiras válvulas
metálicas fabricadas de um acordo secreto
entre as companhias GE e RCA. O principio de
construção era diferente do processo europeu
pois nas válvulas americanas estas podiam
ser consideradas como um encapsulamento
totalmente metálico. Na sua fabricação foram
empregados materiais especiais de forma que
os mesmos tivessem o mesmo coeficiente de
expansão térmica. O conjunto assim
fabricado era então, encapsulado pelo bulbo
metálico que além de imprimir blindagem
elétrica ainda tornava a válvula
mecanicamente robusta.(b) Por sua vez a
base era provida de um pino ou
chavetapermitindo um encaixe preciso e
correto da válvula no soquete.(c)
O aparecimento da válvula metálica revolucionou os métodos de fabricação, lançando novos
padrões de eficiência, precisão e rigidez tão necessários para os projetos e produção de novos
equipamentos de comunicação dentre os quais se destacavam (d) válvula metálica RV2P800,
usada em rádios de comunicação do exército alemão.
(b) Esquemático de uma válvula metálica de origem
americana.
Válvula metálica tipo
6J7, pentodo de corte
abrupto. Conhecida também
nas seguintes denominações:
VT-91, VR-56, CV-1074
(a) a válvula tipo
CATKIN
( c ) Diversos tipos de válvulas metálicas de origem
americana:
( a ) Tipo 6H6, duplo diodo
( b ) tipo 6SJ7, pentodo de corte abrupto
( c ) Tipo 6SA7, válvula conversora - de médio um
( d ) Tipo 6SK7, pentodo de corte remoto
( e ) tipo 6J5, triodo
(d) Válvula metálica RV2P800, usada em
rádios de comunicação do exército alemão.
(e) Válvula metalica MG
8.1.3 - VALVULAS MINIATURAS
Como o espaço sempre foi um aspecto fundamental no projeto de equipamentos de comunicação para fins
militares, em 1939, no começo da segunda guerra mundial, engenheiros trabalhando nos laboratórios da RCA
americana desenvolveram a chamada técnica miniatura e, assim surgindo a válvula miniatura. (a).
Nesta nova técnica, os eletrodos feitos em liga
DUMET, ferro/níquel revestido com cobre, eram
selados na base do bulbo de vidro e, em seguida
soldados com os pinos de contato feito com fio de
níquel. Estes por sua vez eram em número de sete
contatos permitindo um encaixe preciso firme da
válvula no soquete auxiliado pelo diminuto tamanho
e leveza da mesma. (b)
Apesar da sua excelente performance o processo de
fabricação da válvula miniatura era ainda complexo,
exigindo grande habilidade dos operadores na sua
linha de produção.
Assim, em 1951, durante a guerra da Coréia, foram
feitos grandes esforços para a padronização dos
diversos tipos de equipamentos de comunicação dos
membros da ORGANIZAÇÃO DO TRATADO DO
ATLÂNTICO NORTE - OTAN - Isto resultou em um
novo tipo de válvula, dando origem à técnica
NOVAL. Assim, a válvula NOVAL tinha um bulbo com
formato melhorado de forma que a exaustão do
ar era feita pela sua parte superior. A rigidez
mecânica da válvula foi, sobremaneira
melhorada, pelo emprego de espaçadores de mica
apoiado nas paredes internas do bulbo. ( c)
A válvula miniatura foi precursora de um outro tipo de dispositivo termiônico - O NUVISTOR - que surgiria em
1960.
(a) Corte esquemático
da válvula miniatura tipo
6SA6, pentodo de rádio
freqüência.
(b) dois tipos de válvulas miniaturas; à
esquerda tipo 6AL5, duplo diodo.
(c) ilustração de uma série de válvulas
NOVAL.
8.1.4 - VÁLVULAS PARA ALTA FREQUÊNCIA - MICROONDAS
Por volta de 1930, a capacidade de geração das válvulas de transmissão estava limitada as freqüências de 30 - 400
Mhz, conhecidas como faixa de VHF - Very High Frequency. Assim, as primeiras pesquisas para
transmissões simultâneas de sinais de áudio e vídeo estavam sujeitas a esta gama
de freqüência.
Para atender a demanda destes novos canais de transmissão, o espectro de radio
freqüência foi expandido para até 900 MHz originando a faixa de UHF - Ultra High
Frequency. O triodo foi o primeiro tipo válvula para operação em freqüências até
4000 MHz. O triodo tinha boa performance para transmissões de sinais de vídeo.
Entretanto, devido a várias deficiências como capacitância, auto-indutância,
lentidão no deslocamento de elétrons entre o catodo e a grade, o triodo era
limitado para operar dentro do conceito de densidade de modulação. (a)
Para contornar esta dificuldade inerente ao triodo, foram desenvolvidos novos
tipos de válvulas para geração de altas freqüências, onde agora se considerava a
velocidade de deslocamento dos elétrons entre o catodo e o anodo princípio este
conhecido como velocidade de modulação. Assim foram desenvolvidas as
válvulas conhecidas como
(a) triodo de UHF usado em Radar
KLYSTRON E MAGNETRON.
A válvula KlYSTRON é um amplificador de potência
de microondas operando pelo principio de
velocidade de modulação para transmissão de
sinais de vídeo e radar em freqüências de até 3500
MHz.
Nesta válvula, a velocidade dos elétrons é
submetida a oscilações periódicas de forma que os
elétrons em seu percurso do catodo para o anodo
atravessam por dois pares de grades ou cavidades
ressonantes, adquirindo energia e, assim,
conseqüentemente a válvula atuacomo elemento
amplificador.
Entretanto, as primitivas válvulas KLYSTRON não
eram capazes de fornecer alto ganho, bem como
rendimento apropriado. Assim, logo em seguida,
surgiu a válvula KLYSTRON de potência de
múltiplas cavidades. Esta por sua vez tinha uma
configuração mais robusta, permitindo maior
emissão de elétrons através de um catodo de forma
côncava, para facilitar a focalização do feixe de elétrons. Finalmente, no lugar de usar diversos ressoadores ou
cavidades um novo conceito de válvula foi desenvolvido onde o fluxo de elétrons passava diversas vezes através
de uma única cavidade surgindo, assim o KLYSTRON REFLEXO (b)
Em 1943, no auge da segunda guerra mundial, os
alemães conseguiram capturar dos ingleses, um
novo tipo de válvula de alta freqüência usada nos
primeiros radares. Era o MAGNETRON de
cavidade, criado pelo esforço de guerra inglês.
Apesar deste feito de espionagem, o alto
comando alemão não considerou a possibilidade
dos ingleses já estarem usando este tipo de
válvula em aparelhos para detecção de objetos a
longa distância, o então denominado radar
centimétrico.
Este erro estratégico custou muito caro à
marinha alemã pelo holocausto dos seus
submarinos causados pelo emprego dos radares
ASV - Airborne Detection of Surface Vessels - ou
seja, radares instalados em aeronaves.
A história da válvula MAGNETRON, começou em
1918 com as pesquisas do físico americano
Albert Hull para controlar o fluxo eletrônico em
um diodo sob a influência de um campo
magnético.
Basicamente, o MAGNETRON, é uma válvula
termiônica de alto vácuo, consistindo de um
filamento posicionado no centro de um anodo cilíndrico de forma que os
elétrons ficam sujeitos à ação de um campo magnético produzido
externamente por uma bobina que envolve a válvula e, assim, usada para
controla o fluxo unidirecional da corrente.
Os primeiros MAGNETRONS produziam pouca energia de rádio-freqüência
de forma que entre 1920 a 1936 muitos foram os estudos e pesquisas
efetuados para melhorar os seu desempenho, dentre os quais se destacam
(b) válvulas KLYSTRON; a esquerda tipo 723A em bulbo metálico sintonizada
por um tipo de cavidade interna; a direita tipo 726B, com potência de 150 mW
para freqüências de 2,9 e 3.4 GHz.
(c) moderno MAGNETRON
usado em radares
aeronáuticos onde:
a)imã de alta coercitividade
b) conectores
c) saída de rádio-freqüência.
válvula Klystron, tipo WL-417 ou VT-277, para
operação em faixas de freqüências de 2650-3330
MHz. Fornecida em base octal, com tomada
para cabo coaxial e sistema de sintonia
mecânica.
a aquelas realizadas na Inglaterra por John Randal e Henry Boot
trabalhando no departamento de Física da universidade de
Birmingham. Assim surge o MAGNETRON de múltiplas cavidades
baseado no conceito de cavidades ressonantes proposto
originalmente pelo físico A. Samuel dos laboratórios Bell nos EUA.
Neste novo tipo de válvula, o anodo consistia de um anel de cobre
espesso no qual são conformadas as cavidades cilíndricas que se
comunicam por meio de fendas com um filamento de tungstênio puro.
Desta maneira, em cada cavidade fendida, ocorrem as oscilações em
função da freqüência de ressonância de cada uma delas devido ao
rápido movimento circular dos elétrons. A energia de alta freqüência
é então armazenada por um anel colocado numa das cavidades. No
início de 1940, já se dispunha este tipo de válvula com 6 cavidades
usando filamento de tungstênio toriado a qual tinha capacidade de
dissipação de 400 W operando em regime contínuo de frequências de
9.9 cm. Entretanto, a produção de vácuo era ainda feita por uma
bomba externa. Devido à crescente pressão da guerra que eclodia em
várias frentes, obrigou que os ingleses desenvolvessem armas cada
vez mais precisas e sofisticadas. Assim, no final de 1941, o físico
inglês E. Megaw, trabalhando em conjunto com o Almirantado e a
General Electric britânica, desenvolve um MAGNETRON totalmente
metálico, com imã permanente, usando filamento de tungstênio
toriado capaz de produzir 1 kW em freqüência de 10 cm.
Desde então o MAGNETRON evolui rapidamente permitindo o
desenvolvimento de uma nova arma, o Radar, e, assim, originando a chamada guerra eletrônica. (c )
Varias válvulas de alta freqüência para
emprego militar:
A) Tipo Jan CG 2C40 - triodo planar
fabricado pela GE para operação em
freqüências de até 3 GHz usadas em
equipamentos de reconhecimento aéreo tipo
IFF, Identification Friend or Foe.
B) Tipo 717 a, pentodo de RF fabricado pela
W. Electric usada em estágios de áudio-
freqüência e alta e extremamente alta
freqüência, para RADAR e altímetros.
C) Tipo 404 - pentodo miniatura fabricado
pela W. Electric, usada em amplificadores de
VHF de alto ganho.
Válvulas tipo Acorn desenvolvidas
originalmente pela RCA, EUA para uso em
estágios de VHF e UHF.
À esquerda tipo 954, pentodo e à direita tipo
955, triodo com potência de 1.6W ambas
usadas em equipamentos de RADAR.
8.2 - A GUERRA ELETRÔNICA
A evolução da Eletrônica nas primeiras décadas do século XX
influiu consideravelmente na filosofia militar,originando
achamada guerra eletrônica. As forças armadas tinham agora
um eficiente processo de comunicação pela transferência de
sinais de radio em diversas modalidades de transmissão como:
fonia, código, teletipo, fac-símile e pulsos. Durante as
transmissões estes sinais eram ainda monitorados, cifrados
como contra-informados, que era o campo da inteligência
eletrônica. Além disso outras formas de armamento eletrônico
surgiram como o SONAR, o RADAR e a, RADIONAVEGAÇÃO.
8.2.1 - A RADIONAVEGAÇÃO
A radionavegação é o emprego de rádio sinais para o
posicionamento, orientação e comunicação de navios e
aeronaves. Para efeitos práticos pode ser subdividida na
radiotelefonia, radiogoniometria e no rádio-alinhamento.
Equipamento de radio comunicação em aeronaves por
volta de 1939. (Radio News)
8.2.1.1 - A RADIOTELEFONIA
Logo após a 1ª guerra mundial, a radiotelefonia passou a ser
largamente empregada na comunicação aérea, a qual já adotara
algumas técnicas originalmente usadas pela marinha a partir de
1914 onde se tem, por exemplo, o código de 3 letras, conhecido
como código Q desenvolvido pela UIT - União Internacional de
Telecomunicações. (a)
No final da década de 1930, os equipamentos de radio estavam
bem desenvolvidos operando com circuitos tipo
superheterodino em AM, em faixas de freqüências de 1,9 a 3 m,
ou seja, de 100 a 156 Mhz divididas em vários canais. Os
transceptores para fins aeronáuticos eram bastante compactos
e providos de inovações como o circuito SQUELCH destinado a
suprimir o ruído da falta da portadora. (b)
(a) o código de 3 letras ou código Q
QRA NOME DO OPERADOR
QRM INTERFERÊNCIA DE OUTRA ESTAÇÃO
QRN INTERFERÊNCIA POR ESTÁTICA ATMOSFÉRICA
QRO AUMENTAR A POTÊNCIA DA ESTAÇÃO
QRU VOCE TEM ALGO PARA MIM?
QSO COMUNICADO OU CONTATO
(b) ilustração de um primitivo equipamento de
radiotelefonia usando válvula tipo E, de origem
francesa, em 1917.
8.2.1.2 - A RADIOGONIOMETRIA
A evolução da Eletrônica nas primeiras décadas do século XX influiu
consideravelmente na filosofia militar, originando achamada guerra
eletrônica. As forças armadas tinham agora um eficiente processo de
comunicação pela transferência de sinais de rádio em diversas
modalidades de transmissão como: fonia, código, teletipo, fac-símile
e pulsos. Durante as transmissões estes sinais eram ainda
monitorados, cifrados como contra-informados, que era o campo da
inteligência eletrônica. Além disso outras formas de armamento
eletrônico surgiramcomo o SONAR, o RADAR e a,
RADIONAVEGAÇÃO.
Ilustração do princípio da radiogoniometria desenvolvido em 1910 por
Bellini-Tosi.
Ilustração parcial do mecanismo de uma bússola giroscópica,
mostrando o giroscópio, usado em sistemas de navegação inercial
8.2.1.3 - O RÁDIOALINHAMENTO
O uso de sinais de rádio para o correto posicionamento de navios e aeronaves foi
originalmente desenvolvid o em 1930 pelos engenheiros americanos J.
Dillinger, H. Diamond e E. Dumore. Basicamente
consistia em usar rádio
faróis direcionados, transmitindo sinais em
código Morse, modulados em freqüências de
ondas longas. (a)
No inicio da segunda guerra mundial, a força
aérea alemã, LUFTWAFF, já dispunha do seu
próprio sistema de radioalinhamento conhecido
sob o codinome de KNICKENBEIN, literalmente
perna torta. Originalmente projetado pelas
firmas Lorenz e Telefunken, destinado a
orientar aviões bombardeiros quando em
missões noturnas sobre a Inglaterra utilizando-
se de dois radio faróis localizados nas costas do
mar do Norte e do canal da Mancha.
Entre 1938 a 1945 surgiram vários tipos de
radioalinhamento dentre os quais se destacam os sistemas de radionavegação por
pulso modulado que tinha a vantagem de fornecer a indicação direta da aeronave ou
navio com excelente precisão; como exemplo tem-se os sistema de origem
inglês GEE e DECCA, bem como do americano, LORAM, Long Range Navigation Aid.
Basicamente nestes dois sistemas de
radionavegação media-se sobre a tela de
um osciloscópio as diferenças no tempo
de chegada ao receptor, dos pulsos de
radiofreqüência, transmitidos
simultaneamente ou em intervalos
definidos de um conjunto de
transmissores localizados em terra. O
sistema GEE operava em freqüências de
20 - 80 MHz e o DECCA em 100 MHz. Por
sua vez o sistema LORAN operava em
freqüências de ondas longas, na faixa de
1900 kHz. (b)
Em 1946 surge o sistema de
radionavegação multidirecional por
comparação de fase, conhecido por VOR ou VHF Omini Direcional Range, que
permita que a aeronave voasse ao longo de uma rota pré-determinada dentro
de uma zona aproximação cujos sinais do radiofarol eram captados em
distâncias de 100 a 200 Km. Assim, além do radiofarol transmitir contínuas e
inúmeras trilhas eletrônicas o sistema tinha ainda a vantagem de dispor de um
equipamento aerotransportado bastante simples, podendo, também, operar simultaneamente com os
transceptores da aeronave. (c)
a) Aparelho usado em
radioalinhamento modelo
DW-1 com dial azimutal,
rotativo, fabricado pela
Bendix, Radio em 1941,
EUA.
b) Indicador de bordo com escala
azimutal e a antena rotativa que era
fixada na fuselagem da aeronave.
c) Indicador de bordo da aeronave
mostrando o seu dial ou escala
calibrada em 360º.
(a) Rádio receptor usado no sistema
LORAN.
(b) Radio operador a bordo de
aeronave usando sistema de radio
navegação, por volta de 1939. (Radio
News)
(a) Ilustração do sistema de radionavegação DECCA,
mostrando as coordenadas, os pontos com os rádiofarois e
os instrumentos indicadores do rádio-sinal no painel da
aeronave.
Radioalinhamento, uma estrada invisível no céu.
(b) Instrumento no painel da aeronave
usado no sistema VOR.
(c) Primitivo instrumento para
posicionamento e orientação de vôo .
8.2.2 - O RADAR
RADAR é uma acrossemia de RADIO DETECTING AND RANGING,
ou seja, detecção por telemetria radielétrica, termo este adotado
pela primeira vez em 1941, pela marinha americana. Na realidade é
uma técnica que utiliza emissão de sinais modulados em
microondas, cuja análise dos pulos refletidos permite a
localização e determinação da velocidade como a natureza de
objeto móveis ou estacionários(a).
Foi originalmente desenvolvido como um processo para detectar
aproximação de aviões de ataque a longas distâncias e, assim,
permitir uma defesa ou contra ataque em tempo hábil.
Entretanto,
devido ainda
possuir as
vantagens de
medir a distância
como a direção
do alvo foi,
também,
largamente empregado no campo da vigilância e aquisição
de dados sobre o alvo (b).
Em 1900, Tesla propõe pela primeira vez o conceito atual da reflexão e detecção de ondas sobre um corpo. Em
1904, Christian Hulsmeyer inventa o primeiro aparelho com aplicações práticas para a detecção de objetos a
distância. Denominado de TELEMOBILOSCPIO, e fora concebido para evitar colisões entre navios. Consistia de
um transmissor por centelha, operando na freqüência de
650 MHz, cujas emissões eram feitas por meio de duas antenas
parabólicas respectivamente, para emitir como captar o sinal
refletido. Assim, quando um objeto estivesse a uma certa
distância, o sistema captava o sinal refletido e disparava um
alarme sônico. Entretanto, por operar em freqüências de ondas
contínuas e, não pulsos, o aparelho não podia determinar a
distância do objeto. Para contornar esta dificuldade a antena foi
direcionada para a superfície da água, assim, as ondas refletiam
na mesma e atingiam o objeto cuja distância podia, agora ser
calculada conhecendo-se o ângulo de inclinação da antena como
a sua altura acima da superfície da água. Apesar da simplicidade
e praticidade do TELEMOBILOSCÓPIO, mínimo foi o interesse
em sua aplicação. Porém, foi somente a parir de 1930 que se
intensificam as pesquisas para obtenção de um aparelho
operacional para detecção de objetos a longas distâncias. Elas
foram feitas simultaneamente em vários países sob diversas
denominações como, por exemplo, FUMG, Funkmess
(a) - O princípio de operação do RADAR.
b) - Ilustração da disposição dos sinais ou pulsos emitidos
e refletidos na tela do tubo de raios catódicos de um
receptor de RADAR.
(c) - O radar ASV consistia de um
transmissor-receptor provido com
duas antenas tipo YAGI. Este tipo de
antena foi desenvolvido em 1921, pelos
Gerät, na Alemanha, DEM ouDetection, Eletromagnetique em França e na
Inglaterra, RDF, Radio Direction Finding. Todavia, foi na Inglaterra que R. A.
Watson-Watt e A.F. Wilkins, fazem a histórica experiência sobre o RADAR
demonstrando finalmente a suas grandes possibilidades práticas.
Em 1938 o panorama de guerra já era uma realidade no continente europeu como asiático de forma que os
principais países envolvidos na geopolítica da época. A Alemanha, o Japão e a Inglaterra se preparavam
militarmente. Na Alemanha os estudos sobre o RADAR começaram em 1933, sob a supervisão do Dr. Rudolph
Kuhnold. As suas forças armadas já dispunha dos RADARES tipo FREYA, SEETAK, LICHTENSTEIN e
WURZBURG. Este último foi a base para o desenvolvimento dos RADARES japoneses tipo TAKI-6 e TAKI-1.
Por outro lado, a Inglaterra através dos estudos de Watson-Watt
já possuía grande conhecimento sobre o RADAR que aliado ao
avançado estado evolutivo das novas válvulas de alta
freqüência, como o KLYSTRON e o MGNETRON DE PULSO lhe
dava uma grande vantagem tecnológica. Assim, a partir de 1937,
inicia as instalações de uma cadeia de radares costeiros
conhecida como: BRITISH HOME CHAIN FOR EARLY WARNING
STATIONS. Este notável sistema de RADAR desempenhou papel
fundamental durante a guerra, principalmente na batalha da
Inglaterra, pois esta linha de defesa eletrônica podia detectar
rapidamente os aviões alemães em altitudes de 3000 m, em
distâncias de 180 km, permitindo assim, um contra ataque
eficaz. Durante oconflito, os ingleses desenvolveram ainda
vários tipos de radares, destinados às mais diversas aplicações
tanto de ordem tática como estratégica. Dentre eles tem-se o
tipo "Gun Laying", o "Chain Home Low Flying", paradetectar
aviões voando em baixa altitude,o sistema "IFF" - Indentification
Friend or Foe" que podia identificar se a aeronave era de
procedência amiga ou inimiga, o famoso RADAR ASV, "Airborne
Search For Surface Vessels" (c) que na realidade foi o
responsável pela destruição da frota alemã de submarinos. E,
finalmente o RADAR PPI ou "Plan Position Indicator" o qual na
realidade foi uma inovação do RADAR CHL (d) (e). Como visto,
premidos pela guerra que ameaçava o seu território, os ingleses
num curto espaço de tempo, que foi o período de 1939-1940,
desenvolveram quase que sozinhos, grande parte da tecnologia
do RADAR, cujos reflexos são sentidos atualmente (f).
(e) - Ilustração de um RADAR tipo PPI
em operação.
(f) - Um moderno RADAR PPI.
pesquisadores japoneses H. Yagi e S.
Uda da universidade de Tohuku.
(d) - Princípio de operação de um RADAR PPI,
mostrando o diagrama polar com os diversos círculos de
distância e o pulso ou sinal do objeto detectado.
8.3 - A EVOLUÇÃO ILUSTRADA DA RÁDIOCOMUNICAÇÃO
MILITAR
A partir da 1ª guerra mundial, a forças armadas
constataram a enorme aplicação da
radiocomunicação que em caráter tático, na
zona de combate, como estratégico, na rápida
comunicação entre o quartel general e a linha
de frente. Assim, o exército, a marinha e a
aeronáutica, aproveitaram o seu conhecimento
e experiência, equipando-se, portanto, com
aparelhos oriundos das mais variadas e
avançadas tecnologias eletrônicas.
8.3.1 - EQUIPAMENTOS DE RADIOCOMUNICAÇÃO DA 1ª GUERRA
MUNDIAL
Os equipamentos usados na radiocomunicação militar da 1ª guerra mundial refletiam a tecnologia eletrônica da
época e, portanto, ainda não possuíam vários requisitos fundamentais para o seu desempenho operacional como
por exemplo rigidez.
Entretanto, lançaram as bases para futuros desenvolvimentos que ocorreriam nos anos subseqüentes a este
conflito.
a) Transmissor modelo B Mark II,
usando duas válvulas tipo E, de
origem inglesa, com potência de 20 W
para operação na faixa de 65 m.
Ilustração gentilmente cedida pela
revista Radio Bygones.
b)Transmissor por centelha ,para uso
aeronáutico, fabricado em 1915 pela
companhia inglesa Sterling. Ilustração
gentilmente cedida pela revista Radio
Bygones.
8.3.2 - EQUIPAMENTOS DE RADOCOMUNICAÇÃO DA 2ª GUERRA
MUNDIAL
A segunda guerra mundial foi o cenário para um dos maiores
desenvolvimentos da Eletrônica aplicada para finsbélicos. Os
engenheiros lograram criar os mais precisos sistemas de
navegação, novos métodos de detecção de submarinos como
o SONAR, além de sofisticar a inteligência eletrônica, através
de complexos métodos de criptografia e contra-medidas
eletrônicas.
(a)Rádiorreceptor modelo BC-
348 fabricado para as forças armadas
americanas em várias versões.
(b)Tranceptor modelo BC-611-J,
fabricado nos EUA, pela Galvin
Mfg. Co.
(c)Transmissor portátil de emergência
modelo SCR-578 conhecido no jargão
militar americano como Gibson girl.
(c)Transmissor portátil de emergência
modelo SCR-578 conhecido no jargão
militar americano como Gibson girl.
(e)Microfone modelo nº 7
para uso em transceptores de
carros de combate do
exército americano.
ilustração reproduzida do manual de instruções, AN-09-10-209 mostrando em
vista explodida as principais partes do radio receptor modelo BC 348.
à esquerda, telefône de campanha modelo EE-8-B e, à direita, um
modelo mais moderno, TA 43/PT, fabricados respectivamente pela
Kellog Corporation e W.Electric, EUA.
Ilustração reproduzida do manual de instruções, AN-08-10-209 mostrando o
sistema de alimentação denominado de Dynamotor, usado pelo radio receptor
modelo BC-348
À direita rádio-receptor modelo SLR-M, também fabricado na
versão SLR-F. Destinado a instalação em navios ou estações
costeiras. Era conhecido como receptor moral, ou seja um
receptor destinado ao entretenimento de tropas em áreas em
conflito. Quando instalado em navios tinha os seus circuitos
providos com blindagem especial de forma a bloquear a
rádio-freqüência emitida pelo oscilador que podia ser
detectada por aparelhos de radiogoniometria instalados nos
submarinos inimigos e assim indicando a posição do navio.
O principio de bloqueio ou circuito blindado de rádio-
freqüência foi inventado pelo engenheiro americano Marvin
Hobbs sob patente nº 2.314.309, quando trabalhando para a
Scott Radio Laboratories, fabricante deste receptor.
8.4 - OS CIENTISTAS NA GUERRA
Muitos foram os engenheiros e cientistas cujos trabalhos de pesquisa e desenvolvimento nos mais diversos
campos da ciência e da tecnologia influíram consideravelmente para o surgimento de inúmeras inovações na
Eletrônica voltada para fins bélicos. Dentre os seus principais nomes destacam-se:
Alec Reeves
1901-1971, professor do Imperial College em Londres e, posteriormente engenheiro da W.
Electric International. Inventou em 1937 o processo de modulação por impulso além de
desenvolver o RADAR sob codinome de OBOE.
Ernest Krammar
Nascido na Áustria em 1902, começou a trabalhar na Sociedade Lorenz em 1921 quando ocupou o cargo de
diretor do seu departamento de navegação. Desenvolveu um sistema de auxílio a rádio-navegação conhecido
como ELECTRA.
Henri Busignes
Foi engenheiro do Federal Telecommunication Laboratories quando chegou a presidência da empresa em 1949.
No decurso da sua carreira teve cerca de 140 patentes principalmente no campo da rádio-navegação, quando em
1941 inventa o sistema inercial de navegação.
Lloyd Espenschied
Nascido em 1889, era físico e começou a trabalhar muito cedo na companhia United Wireless
Telegraph. Após dois anos de estudo no Pratt Institute, atuou como engenheiro assistente na
subsidiária da Cia. Telefunken nos EUA. Em 1918 realizou a primeira ligação telefônica por
corrente portadora entre Baltimore e Pittsburgh, EUA. Em 1929 inventa um sistema de
correntes portadoras usando cabos coaxiais.
Luis Walter Álvarez
Nascido em 1911, foi primeiramente professor da Universidade de Califórnia e premio Nobel
de Física em 1968. Em 1942, trabalhando no Instituto de Tecnologia de Mssachusetts,
desenvolveu o sistema GCA, Ground Control Approach, controle de aproximação orientado
em terra.
Robert Watson-Watt
Nascido em 1892, foi professor da universidade de Dundee na Escócia e chefe do centro
depesquisas de rádio do National Physical Laboratory. Em 1942 foi eleito conselheiro
científico para a área de telecomunicações junto ao governo britânico. É considerado o pai
do RADAR.
8.5 - CURIOSIDADE SOBRE O RÁDIO VAI A GUERRA
Anteriormente traçou-se um panorama sobre a evolução científica e tecnológica da Eletrônica na comunicação
militar. Entretanto, dentro deste avançado contexto tecnológico destaca-se um aspecto sobremaneira
interessante, não somente pela sua simplicidade, engenhosidade, porém, também, pela sua versatilidade que
somente o Rádio como meio de comunicação poderia oferecer, no caso o chamado RECEPTOR DE TRINCHEIRA.
A primeira vista pode-se pensar que tratava-se de um sofisticado aparelho desenvolvido nos mais avançados e
secretos laboratórios das forças armadas, porém, na realidade nada mais é do que um simples receptor a cristal
ou como é mais conhecido "o rádio galena".
Este por sua vez opera usando como detector das ondas Hertzianas um pequeno pedaço do mineral conhecido
como galena ou seja o Sulfeto de Chumbo.
O receptor a cristal, como visto detecta as ondas de rádio pelo princípio da retificação, descoberto em1903, pelo
pesquisador americano Greenleaf Whittier Pickard.
Assim sendo, o RECPTOR DE TRINCHEIRA é suis generis, pois no lugar do cristal de galena usava como detector
apenas uma lamina de barbear (a famosa Gilete). Sim, isto mesmo uma gilete! Hoje substituída pelos barbeadores
descartáveis. A gilete tinha a capacidade de detectar ondas de rádio devido às características estruturais do aço
empregado na sua fabricação que atua como elemento de retificação, ou seja condução em um sentido.
Na sua concepção básica o RECPTOR DE TRINCHEIRA consistia de uma gilete, uma pequena ponta de grafite,
usada como sensor de contato - ou o famoso bigode de gato - e, um fone de ouvido de alta impedância.
No teatro de operações, os soldados dos exércitos aliados avidos de obter notícias sobre o estado da guerra ou
mesmo de casa, inventaram este tipo de receptor usando peças primitivas, como exemplo, uma gilete. A peça
mais complexa, no caso o fone de ouvido, era emprestada dos equipamentos de rádio comunicação militar.
Evidentemente que por ser um instrumento primitivo, o RÁDIO DE TRINCHEIRA, como era conhecido, podia
captar estações situadas apenas a pequenas distâncias. Entretanto, era o suficiente para que os soldados
pudessem tomar conhecimento das últimas notícias. Caso seja de interesse do visitante, este fantástico
receptor, pode ser facilmente construído usando-se de materiais simples.
O componente mais difícil seria o fone de ouvido. Entretanto, com certa dose de paciência pode-se obter uma
cápsula de telefone antigo. Esta por ter alta impedância adapta-se perfeitamente à finalidade e, geralmente é
encontrada nos auriculares destes aparelhos.
Experimente! É uma sensação fantástica, pois para nós habituados a comunicação instantânea que você esta
usando agora - o computador- internet - poderemos sentir o que este rádio representava para os pracinhas numa
zona de combate! (a)
a) Esquema do Receptor de Trincheira
A - conector para a antena;
B - base de madeira com 10 x 10 cm;
C - bobina, feita num bloco de madeira com 9 cm de comprimento por 50 mm de largura e 6 mm de espessura;
D - área da bobina lixada onde corre o cursor de sintonia;
G - terminal de terra;
J - conector para o fone de ouvido usando clipes de papel, fixados por meio de taxas na base do aparelho;
P - sensor detector (bigode de gato): construído usando-se um bastão de grafite, obtido de um lápis, onde se
enrola um fio de cobre fino. Notar que para a correta detecção torna-se necessário aplicar uma pequena pressão
da ponta de grafite sobre a gilete;
R - lamina de barbear, gilete, presa à base do aparelho por meio de taxas;
S - parafuso ou prego usado como pivô para o braço de sintonia;
AS - braço de sintonia feito de clipe de papel;
T - taxas usadas na fixação dos diversos componentes do receptor;
W- bobina feita com aproximadamente 175 espiras de fio esmaltado de cobre nº 26.
Este tipo de RECEPTOR DE TRINCHEIRA, foi muito usado pelos soldados das forças armadas aliadas, durante
a segunda guerra mundial, no teatro de operações do Pacífico, cujo esquema foi tirado da revista americana
QST, exemplar de Setembro de 1945.
8.6 - PALIÇADA INVISÍVEL
Paliçada, termo usado para designar uma fortificação militar. Desde os primórdios, em qualquer conflito armado,
muitas são as táticas, estratégias, logísticas e, mesmo equipamentos empregados contra o adversário, porém,
a sua ação de coação separada ou em conjunto, geralmente cessa após o término das hostilidades. Entretanto,
dentre elas, as operações secretas da guerra, aqui cognominada de paliçada invisível, por sua sutil e subversiva
natureza tem uma atuação prolongada.
A ação da guerra secreta nunca cessa, sendo sentida na retaguarda inimiga com atos de sabotagem, intrigas
políticas e coleta de informações. Para evitar ao máximo esta ação deletéria do inimigo, as agências de
segurança orientam a população para evitar a revelação dados relevantes sobre o esforço de guerra do país.
Geralmente estas ações de contra espionagem são feitas pela publicação de cartazes e selos de
esclarecimentos, afixados em lugares públicos ou mesmos em mercadorias como livros, ferramentas, etc
semelhante aquele aqui ilustrado, impresso nos EUA durante a segunda guerra mundial.
Assim, durante o conflito, é sentida na retaguarda inimiga com atos de sabotagem de guerrilha e intrigas
políticas, forçando decisões por meio da coerção psicológica ou ações terroristas, além dos procedimentos
padronizados de inteligência. Por outro lado em tempos de paz sua função é combater o inimigo roubando seus
segredos e abatendo seu moral.
A guerra secreta é tão antiga quanto à humanidade. Um dos seus estratagemas mais conhecidos é aquele da
lenda do cavalo de Tróia.Conta à história que após um cerco militar infrutífero que se arrastava por mais de 10
anos à cidade de Tróia, os gregos concluíram que possivelmente pela astúcia, seria mais fácil vence-la do que
pela força. Assim, construíram um cavalo de madeira, dentro do qual esconderam uma força de ataque.
Simulando uma retirada, os gregos abandonaram na planície adjacente à cidade o cavalo de madeira com
uma traiçoeira inscrição: “Para seu retorno a casa, os gregos dedicam esta oferenda para Atena”, a deusa da
sabedoria.
Movidos pela curiosidade, os troianos trouxeram o cavalo para dentro das muralhas e na calada da noite foram
surpreendidos pela camuflada força de ataque.
Para se ter uma idéia da influência deste sutil porém fatal estratagema, ainda hoje, em plena idade digital,
aproveitando da mesma conotação traiçoeira da lenda grega, um dos famigerados e devastadores vírus
produzidos na internet leva o nome de “cavalo de tróia”, que ao ser disseminado na rede através de uma ingênua,
camuflada porém destrutiva mensagem de e-mail, causa enormes prejuízos às empresas e internautas.
Reprodução do famoso cavalo de madeira da lenda grega.
Cortesia: Warner Brother
O famoso episódio da lenda grega ilustra claramente as entranhas desta secreta e subversiva tática bélica,
conhecida, e gerida por apenas por um seleto grupo de pessoas, cujo mecanismo operacional se baseia
fundamentalmente em comunicação.
8.6.1 - A ELETRÔNICA NA GUERRA CLANDESTINA
Como visto na seção introdutória deste capitulo, a comunicação sempre foi um aspecto fundamental para exércitos e forças
armadas. Sem dúvida alguma a monitorização e avaliação eficiente de sinais somente foi possível com a evolução da
eletrônica nas primeiras décadas do século XX quando influenciou sobremaneira nos mecanismos da guerra clandestina.
Assim sendo dada a enorme facilidade gerada pela eletrônica nas suas diversas formas de comunicação: onda contínua,
fonia, teletipo, fac-símile, pulso, etc, estes sinais passaram a ser monitorados, analisados e devidamente codificados para
torna-los oculto ao inimigo.
Fig 215 a 1.1 - Durante a segunda guerra mundial as ondas
de rádio dos países em conflito eram monitoradas
continuamente através da radiogoniometria para a
localização de transmissões clandestinas nas diversas
modalidades de modos de transmissão, fonia, onda
contínua ou mesmo radiodifusão em AM. Devido a falta de
operadores treinados geralmente este trabalho de
inteligência eletrônica era feito por radioamadores.
Ilustração: Hallicrafter
O radio monitoramento móvel de transmissões
clandestinas por volta de 1944.
8.6.1.1 - CODIGOS E CIFRAS - A ORIGEM DA CRIPTOGRAFIA
Códigos e cifras são tão antigos quanto à civilização. Entretanto, começaram a ser usados com mais freqüência
nas comunicações humanas há cerca de dois mil anos atrás. Os códigos foram responsáveis pela ascensão,
queda como morte de reis, rainhas e lideres.
A OPERAÇÃO VINGANÇA
O almirante Isoruko Yamamoto foi um líder militar japonês, e o responsávelpela
organização e desfecho do ataque surpresa a Pearl Harbor em 7 de dezembro
de 1941, forçando os EUA a entrar definitivamente na segunda guerra mundial.
Com a perda da superioridade japonesa no Pacífico, pela sua
derrota na batalha de Midway em junho de 1942, o almirante
Yamamoto foi obrigado a reagrupar o que havia sobrado das
suas forças. Em abril de 1943, decidiu fazer uma rápida visita
de inspeção e, também, para levantar o moral das tropas
japonesas em suas bases nas ilhas do setentrional
arquipélago Solomon. Para tanto enviou aos seus pares os
detalhes do seu itinerário, cuja mensagem foi interceptada e
decodificada pelo serviço de inteligência americano que
naquela altura já havia finalmente conseguido decifrar o
então impenetrável código militar japonês JN-25. Com estes
dados disponíveis o alto comando militar americano liderado
pelo almirante Chester Nimitz planejou uma emboscada aérea
conhecida como "operação vingança" e, assim, a 7:44 h. do dia 18 de abril de
1943, o avião que conduzia o almirante Yamamoto, um bombardeiro denominado
no jargão militar americano como "Betty", foi abatido na altura da localidade de
Bougainville por uma esquadrilha de caças P-38 que havia decolado da base de
Handerson Field cerca de 400 milhas de distância. Sem dúvida alguma a
criptoanálise mudou os rumos da guerra no Pacífico
A saga do Almirante Yamamoto.
Cortesia: US Navy Historical Centre.
A MORTE ATRAVÉS DAS CIFRAS
Tela pintada pelo sargento Vaughn A. Bass baseado nas informações do tenente-
coronel Thomaz G. Lanphier Jr. ilustrando o momento que o bombardeiro que
conduzia o almirante Yamamoto, codinome "Betty", é abatido pelo caça do
coronel Lanphier. Apesar da ferrenha escolta aérea feita pelos famosos caças
"Zero" não impediu o êxito desta ação militar ocorrida em 18 de abril de 1943, que
foi uma conseqüência direta da decodificação das mensagens japonesas, feita
pelo serviço de inteligência naval americano.
A morte através das cifras.
Cortesia: US Navy Historical Center EUA.
Nunca se usou tanto o expediente de códigos e cifras como atualmente. Qualquer simples operação bancária
em um caixa eletrônico exige o emprego de uma senha ou código pessoal.
Logo se materializa o conceito de se enviar mensagens enigmáticas, onde o seu sentido verdadeiro é conhecido
somente pelo remetente e destinatário. Para efeito de alocação histórica, ela tem início na renascença, quando
são estabelecidos os seus fundamentos teóricos.
Surge, assim, a criptografia, ou a ciência da escrita enigmática através do emprego do código e da cifra.
No código, as palavra ou palavras que compõe uma determinada frase é substituída por uma chave formada por
palavras ou números - [palavra e ou número chave] que por sua vez são relacionados no tão conhecido e
decantado "livro de código".
Para decifrar a mensagem ou criptograma é, portanto, necessário em se ter o "livro de código" pois caso em
contrário a mesma se torna ininteligível.
TEXTO-FRASE CHAVE NUMÉRICA CHAVE POR PALAVRA
A 9213 OFHX
BRIGADA 5392 DAIN
ENVIAR 6788 AMCE
PARA 7492 IGZY
RADIORRECEPTOR 5390 PQLN
Por conseguinte, a mensagem: ENVIAR UM RADIORECEPTOR PARA A BRIGADA, é convertida para o seguinte
criptograma:
CHAVE NUMÉRICA CHAVE POR PALAVRAS
6788 5390 7492 9213 5392 AMCE PQLN IGZY OFHX DAIN
Desta forma a principal diferença entre o emprego de um código e de uma cifra é que enquanto o primeiro atua
com palavras ou frases completas, esta última apenas com letras individuais aplicando-se os princípios da
transposição e substituição.
Nas comunicações militares, a mensagem cifrada por transposição é um processo mais simples, pois sendo na
realidade um anagrama, consiste na reordenação das letras do alfabeto que será usado para se grafar o texto.
Anagrama - uma palavra de origem grega onde Ana = voltar ou repetir e grafo = escrever. Quando o
objetivo e o anagrama resultante formam uma frase completa, um til (~) é comumente utilizado ao invés de
um sinal de igualdade; e.g., Semolina ~ is no meal
Assim, por exemplo, em um determinado texto original, a palavra: SECRETO, ao ser cifrada passa agora a ser
grafada como RSEETCO.
Por outro lado, na cifra por substituição o alfabeto é primeiramente modificado, de forma que cada letra
corresponda agora a um símbolo, número ou mesmo uma letra diferente, onde, por exemplo: b=x e x=b, onde a
palavra: SECRETO, torna-se agora: HVXIVGM.
ALFABETO CONVENCIONAL ALFABETO CIFRADO
a l
b D
c F
d N
e P
- -
- -
- -
- -
i G
- -
- -
o U
- -
r X
Dentro deste conceito, a palavra RÁDIO é grafada como XINGU. Entretanto, no alfabeto com cifras simples, com
neste exemplo, o criptograma apresenta um caráter enigmático repetitivo o que diminui consideravelmente a
sua eficiência de sigilo.
Para aumentar a sua eficiência enigmática, os analistas em criptografia lançam mão do processo de substituição
através de um poli alfabeto.
Assim, em vez de cada letra do texto ser substituída por apenas uma única cifra, neste processo combinado ela
pode assumir qualquer uma das 26 letras do alfabeto e, por conseguinte adquirindo 26 diferentes tipos de cifras.
Na realidade este processo de codificação é oriundo da conhecida taboa de Vigenère que facilita o agrupamento
das cifras que corresponde a cada caractere do alfabeto original.
Por exemplo, se a palavra RÁDIO for escolhida como a chave e, se no texto original for composto somente da
letra A, a codificação é feita da seguinte maneira:
CHAVE R A D I O R A D I O R A D I O
TEXTO ORIGINAL A A A A A A A A A A A A A A A
CODIFICAÇÃO U D K S V U D K S V U D K S V
Desta forma, a letra A, adquire, agora cinco caracteres enigmáticos diferentes, ou seja U-D -K-S-V. Por outro lado
se a chave escolhida possuir dez diferentes tipos de letras, conseqüentemente ela assumirá 10 diferentes
caracteres enigmáticos correspondentes no texto original, garantido deste modo um elevado nível de sigilo do
criptograma.
Desde sua origem na renascença, com os trabalhos pioneiros de Giovanni Battista Porta e Blaise de Vigenère, a
criptografia evoluiu, permitindo o aparecimento de complexos sistemas de codificação, onde grupos de palavras
ou números chaves são previamente camuflados.
Assim, os livros de códigos são na realidade pequenos vocabulários ou dicionários organizados em ordem
alfabética com os respectivos equivalentes criptografados que são agrupados em letras ou números de acordo
com a extensão do código usado. Como em qualquer dicionário bilíngüe possui duas partes distintas; ou seja,
aquela para a operação de codificação e, outra, para a decodificação, bem como os erros de transcrição foram
previamente avaliados e removidos o que melhora a sua eficiência e praticidade.
Entretanto, em certas complexas operações de transposição e substituição, bem como devido à premência das
transcrições, geralmente exigida pelo grande fluxo de mensagens nas comunicações militares, é necessário
tornar ainda mais fácil a sua aplicação prática.
Criptologistas militares em ação.
Uma das formas encontradas foi o emprego de processos automáticos de codificações, geralmente,
denominadas como máquinas de codificação assistida.
8.6.1.2 - MÁQUINAS DE CODIFICAÇÃO ASSISTIDA
Um dos primeiros conceitos de máquina de codificação assistida foi desenvolvido no século XV por Leone
Battista Alberti através do seu conhecido disco de cifras. Em sua concepção básica consiste de dois discos com
diâmetros diferentes montados concentricamente, onde estão gravados as escalas com o alfabeto de forma que
ao move-los em torno do eixo comum, as mesmas se relacionam entre si.
Assim, o disco de cifra permite de uma forma prática e fácil mudar as cifras, pois ao se deslocar às escalas entre
si uma letrapode ser representada de 26 maneiras diferentes dependendo inteiramente da sua posição em
relação à escala alfabética do disco central.
Para usa-lo é necessário primeiramente que a chave ou cifra
chave seja designada. Por exemplo, a letra A no alfabeto
convencional pode ser relacionada como G no alfabeto
codificado.
Sem duvida o disco de cifras inventado por Alberti permitiu
o aparecimento do processo de codificação usando cifras
polialfabeticas, bem como, mais tarde, vêm influenciar
outros em empregar o seu conceito de codificação assistida,
como aquele desenvolvido em 1795, pelo então secretário de
estado norte americano Thomas Jefferson.
A máquina de codificação assistida desenvolvida por
Jefferson consistia de 25 discos de madeira os quais giram
em torno de um eixo comum. Para torna-los individuais, em
cada disco de madeira as 26 letras do alfabeto foram
gravadas de forma aleatória.
Apesar de ser um sistema de codificação assistido
revolucionário para a época, não foi bem compreendido, de
forma somente um século mais tarde foi reinventado pelo
criptologista francês Etienne Bazeries.
Conhecido como cilindro de Bazeries, era composto de um conjunto com cerca de 20 ou mais discos numerados
onde em seus rebordos estavam gravados diferentes alfabetos codificados. Como são montados em um eixo
comum, por sua vez os discos podem ser reordenados nas mais variadas seqüências numéricas. Assim, cada
nova seqüência se define a cifra chave do conjunto de discos.
Para codificar a mensagem, o texto original é reproduzido por uma
determinada fila de discos. Em seguida por meio de outra fila é
selecionado o texto cifrado. Para a sua decodificação, os discos são
colocados na mesma pré-estipulada seqüência numérica; em seguida
eles são girados de forma que a mensagem codificada possa ser agora
visualmente desmembrada em torno desta linha de discos.
Na realidade a velocidade era a única vantagem destes simples
dispositivos de codificação. Como anteriormente visto, devido à
premência das transcrições, geralmente exigida pelo grande fluxo de
mensagens nas comunicações militares, cada vez mais os exércitos e
forças armadas sentiram a necessidade de novos tipos de máquinas de
codificação assistida.
Assim logo após a primeira guerra mundial elas foram produzidas nos
mais diversos países e, a partir de 1935 atingiram um sofisticado grau de
eficiência.
Muitos destes aparelhos foi produzido na Alemanha e Suíça, cujo
conceito básico era a codificação assistida por meio de substituição poli-
alfabética, empregando extensas cifras chaves, alguns com milhares de
séries de letras incoerentes.Fornecidos em vários tipos, os menores de
operação manual não podiam imprimir mensagens enquanto que os
maiores, eram eletricamente acionados e possuíam um teclado idêntico
aos usados nas máquinas de escrever.
Ilustração do disco de cifras inventado em 1795 pelo então
secretário de estado norte americano Thomas Jefferson.
Cortesia :Nacional Security Agency - EUA
Uma máquina de codificação assistida,
compactas, semelhantes a
uma máquina de escrever portátil no final da
segunda guerra mundial.
Cortesia: Coleção Antonio Fucci.
No final dos anos trinta a maioria das grandes nações já possuía em suas forças armadas máquinas de
codificação assistida, muitas delas bastante compactas semelhantes a uma máquina de escrever portátil.
Durante a segunda guerra mundial surgem as máquinas de codificação assistidas usando de teletipos ligados a
uma caixa de codificação automática. Dentre as mais famosas destaca-se aquela desenvolvida pelos japoneses,
conhecida no jargão militar como "PURPLE".
A famosa máquina de codificação assistida desenvolvida pelos japoneses e
conhecida sob o nome de código - "Purple".
Cortesia: Nacional Security Agency - EUA
Painel mostrando a chave de cifras de operação
eletromecânica da máquina de codificação assistida
"Purple".
Cortesia: Nacional Security Agency - EUA
Entretanto, todos os sistemas de códigos, cifras bem como as máquinas de codificação assistida anteriormente
comentados ainda operavam com o sistema lógico, conhecido como algoritmos de chave simétrica, no qual
cifra-chave na forma de um algoritmo diferenciado, era necessário tanto para codificação como decodificação
da mensagem e, portanto, deveria ser mantido em sigilo.
Algoritmo (al-Khwärizmï), em palavras simples consiste de uma seqüência de instruções bem definidas,
necessárias para realização de uma determinada tarefa. Etimologicamente o termo adveio de (al-Khwärizmï)
sobrenome do matemático persa - Abu 'Abd Allah Muhammad ibn Müsä al-Khwärizmï.
Na década de 1970, surge um novo conceito de codificação conhecido como algoritmos de chave assimétrica.
Nele, o criptograma é feito por meio de chaves matematicamente relacionadas de forma que cada qual decodifica
a mensagem usando uma outra. Desta forma algum dos algoritmos usado tem uma propriedade adicional onde
um par de chaves não pode ser deduzido de outro por qualquer método conhecido a não ser por tentativa e erro.
Portanto, para um determinado criptograma ao se designar as duas cifras-chaves sendo uma sigilosa e, a outra
como pública, a transmissão pode ser feita por meio de qualquer canal de comunicação, pois enquanto perdurar
o sigilo da cifra-chave, aquela definida como pública pode ser usada indefinidamente sem comprometer a
segurança da mensagem. Na realidade com algoritmos de chave assimétrica é possível comunicação segura
através de um canal inseguro.
É interessante notar que este novo conceito de codificação desenvolvido em conjunto por Whitfield Diffie e
Martin Hellman em 1976 ao popularizar o uso dos princípios da codificação deu novos rumos políticos a
criptografia, pois sem dúvida quebrou o longo monopólio até então de competência somente dos governos.
Atualmente o domínio público da criptografia pode ser sentido em diversos avanços tecnológicos modernos.
Dentre eles se tem os sistemas de codificação: A5/1 e A5/2 usados em telefones celulares operando na
tecnologia GSM; Content Scramble System (CSS) para codificação e controle de dados gravados em discos DVD
ou digital video disc.
8.6.1 3 - ILUSTRAÇÃO DE TIPOS DE MÁQUINAS DE CODIFICAÇÃO
ASSISTIDA
Máquina de codificação assistida, SIGABA, também
designada pelo código ECM Mark II ou conversor M-134
. Desenvolvida para operação pelo exército e marinha
americana na segunda guerra mundial e, mantida em
operação até 1950. Consistia de um sistema
eletromecânico de rotores para a codificação das
mensagens.
Cortesia: National Security Agency.
Máquina de codificação assistida portátil, ENIGMA usada
comercialmente desde 1920 e, assim adotada pelos serviços
governamentais e militares de diversos países. Consistia de um
sistema eletromecânico de rotores para a codificação e decodificação
de mensagens e, foi feita em vários modelos e configurações das quais
a mais conhecida é aquela usada durante a segunda guerra mundial
pelas forças armadas alemãs. Neste modelo usado pelo exército
alemão são mostrados detalhes do painel de comutação, as lâmpadas,
o teclado e, na parte anterior do painel o botão de acionamento dos
três rotores.
Cortesia: Coleção Antonio Fucci
Detalhes do painel de comutação da máquina de codificação
assistida ENIGMA .
Cortesia:Coleção Antonio Fucci.
A máquina de codificação assistida ENIGMA.
Cortesia:Coleção Antonio Fucci.
Máquina de codificação assistida, FIALKA usada
pelo serviço secreto russo durante o período da
guerra fria. FIALKA em russo significa violeta e,
consistia de um sistema de codificação
eletromecânica assistida,operando com 10 rotores
onde estão gravados os caracteres em cirílico, cada
qual provido com 30 contatos em vez de 26, como na
maioria de congêneres ocidentais que empregam o
alfabeto latino.
Cortesia: coleção Antonio Fucci.
A Máquina de codificação assistida, NEMA, uma acrossemia vinda do alemão
significando: NEeu Maschine, ou máquina nova. Também conhecida como
T-D (Tasten-Druecker-Maschine), ou máquina com teclado de percussão. Na
realidade é uma máquina de codificação assistida eletromecânica com 10
discos de codificação desenvolvida durante a segunda guerra mundial pelo
capitão Arthur Alder para operação no exército suíço de maneira a substituir
o congênere ENIGMA modelo K.
Em sua concepção básica o aparelho consiste de 10 discos de codificação
sendo que 4 deles são de acionamento elétrico provido com os clássicos 26
contatos.
Cortesia: coleção Antonio Fucci.
Detalhe mostrando os discos de cifras da máquina de codificação
assistida, NEMA.
Cortesia: coleção Antonio Fucci.
Fig. 215 a 11 - dispositivo eletromecânico para codificação
de mensagens em onda contínua modelo AN/GRA-71 de
procedência americana por volta de 1964. Após a
codificação a mensagem é transferida na razão de 300
palavras por minuto para um transmissor.
Cortesia: coleção Antonio Fucci
Dispositivo de codificação NA/GRA-71, mostrando
os seus componentes onde no canto a esquerda
tem-se o sistema de codificação que na realidade é
uma taboa de Vigenère usada na operação de
codificação.
Cortesia: coleção Antonio Fucci
Máquina de codificação assistida, TRC-85 de
origem francesa por volta de 1970.
Cortesia: coleção Antonio Fucci.
8.6.1.4 - OS HOMENS POR TRAZ DAS CIFRAS E CÓDIGOS
A criptografia esta intimamente relacionada com os mecanismos da escrita e, desde cedo foi objeto de intensos
estudos e pesquisas. Como anteriormente visto seu marco evolutivo ocorreu na renascença e, desde então
muitos foram aqueles que contribuíram para o seu aperfeiçoamento dentre os quais se destacam:
- Blaise de Vigenère
Considerado uns dos pais da moderna criptografia, nasceu em 5 de abril de 1523, em Saint-Pourçain, França.
Foi diplomata e criptologista. Escreveu diversos livros. Em 1585 publica Traicte de Chiffres no qual descreve o
emprego da cifra por autochave.
- Charles Wheatstone
Cientista inglês conhecido por muitas invenções dentre as quais se inclue-se o chamado método de codificação
conhecido como cifra Playfair, muito usado até a primeira guerra mundial.
- Claude Elwood Shannon
Matemático e engenheiro eletricista americano conhecido como o pai da teoria da informação e pioneiro do
desenvolvimento do circuito digital. Em 1948, publica o trabalho "A Mathematical Theory of Communication"
que aborda novas tendências para melhorar a codificação de informações.
- Etienne Bazieres
Nascido em Port-Vendres, França em 1846. Criptologista militar, foi um pioneiro no desenvolvimento de
máquinas de codificação assistida, através do seu dispositivo conhecido com cilindro de Bazieres, uma versão
melhorada do congênere inventado um século antes pelo americano Thomaz Jefferson. Em 1901 publica o
trabalho: Lês Chiffres Secrets Dévoilés ("Secret Ciphers Unveiled").
- Frederick Marryat
Oficial da marinha britânica. Em 1817 inventa um código através do qual as mensagens eram transmitidas por
meio de bandeiras. A ele denominou de semafórico.
- Friedrich Wilhelm Kasiski
Oficial de infantaria prussiana. Em 1863 publica o livro intitulado: "Die Geheimschriften und die Dechiffrierkuns
- Secret Writing and the Art of Deciphering". Este foi o primeiro tratado publicado sobre a decodificação de
mensagens usando do princípio de cifras por substituição com poli alfabeto, dentre os quais se tem o sistema
de autochave inventado por Vigenère. Por isso Kasiski é considerado como o precursor da moderna análise
criptográfica.
- Giovanni Battista Porta, ou Giambattista della Porta
Matemático napolitano, em 1565 publica o livro: "De Furtivis Literarum Notis". Nele, Porta aborda um sistema de
cifras usando o princípio de substituição onde uma letra qualquer contida na mensagem original podia ser
grafada de onze maneiras diferentes.
- Girolamo Cardano
Médico e matemático italiano; em 1556 inventa um revolucionário dispositivo para uso de cifras, conhecido como
a grade de Cardano. Basicamente o dispositivo consiste de um gabarito, provido com vários furos os quais são
numerados aleatoriamente e correspondem ao número de letras na mensagem secreta. Para enviar a mensagem
a grade é posicionada sobre o papel, e as suas letras são agora impressas através de cada furo, obedecendo a
ordem em que foram numeradas no gabarito. Para a decodificação, basta se colocar sobre o papel uma grade
semelhante e ler as letras reveladas através dos furos.
- Herbert Osborne Yardley
Criptologista americano; em 1931 publica o livro: "American Black Chamber" no qual foi a base para o
desenvolvimento do serviço de criptanalise americano e, também, responsável pela decodificação do código
diplomático japonês, importantíssimo para as negociações na conferência naval ocorrida em Washington em
1921.
- Johannes Trithemius
Monge beneditino que viveu na Alemanha. Em 1518, publica o primeiro livro sobre criptografia intitulado
Poligraphia onde aborda o emprego de cifras por substituição.
Ilustração do livro Poligraphia
Cortesia Nacional Security Agency - EUA
- Leone Battista Alberti
Arquiteto, filósofo, poeta e criptologista italiano. Nascido em Genova em 1404, inventou o princípio de cifras
usando o poli alfabeto, conhecido como cifra de Alberti e, também, uma das primeiras máquinas de codificação
assistida, usando do seu disco de cifras. É considerado como um dos precursores da criptografia ocidental.
- Samuel F.B. Morse
De origem americana, em 1838 inventa o telégrafo eletromagnético e concomitantemente o código Morse. Na
realidade um processo de no qual as letras do alfabeto são substituídas por pontos e traços.
O código inventado por Samuel Morse, mostrando a transcrição
do alfabeto em pontos e traços e a correspondente
representação fonética.
8.6.2 - A RÁDIO TRANSCEPÇÃO CLANDESTINA
As transmissões de informação para fins de espionagem na retaguarda inimiga sempre foram uma das principais
finalidades da guerra secreta, Entretanto, a sua eficiência somente se tornou possível com o advento do rádio
como elemento de comunicação à distância. Ele foi largamente usado a partir da segunda guerra mundial,
quando os países em conflito não pouparam esforços para desenvolver rádio transceptores que operando em
diversos modos de comunicações foram capazes de atender esta furtiva finalidade.
Assim, no desenvolvimento deste tipo de radiocomunicação os projetistas passaram a considerar vários fatores
logísticos como operacionais dentre os quais tem-se:
FATORES CONSIDERAÇÕES
PORTABILIDADE E
RIGIDEZ
Importantíssimo devido as mais diversas condições de uso e
transporte do radio transceptor.
MODO DE
TRANSMISSÃO
Geralmente onda contínua em CW ou Modulação por
amplitude, pois exigia mínima largura de faixa não maior
que, 0,2 KHz quando comparada com transmissões em
radiotelefonia em média de 6 KHz.
FAIXA DE
FREQÜÊNCIA
Devido às distâncias envolvidas entre a estação base e o
transceptor portátil, geralmente acima de 2000 km, aliadas
às condições ionosférica da radio propagação, se
empregava freqüências entre 3 a 8 MHz.
POTÊNCIA DE
TRANSMISSÃO
Entre 1 a 10 Watt, limitada não somente pela portabilidade
do aparelho,porém, principalmente para evitar a radio
localização pelas estações inimigas de radiogoniometria
pela diminuição das ondas estacionárias geradas.
ANTENA
O transceptor tendo apenas 1 a 10 Watt de potência de
transmissão exigia uma antena altamente eficaz permitindo
uma de radiação eficiente, entre 2 a 4 Watts em condições
operacionais camufladas.
ESTABILIDADE DE
FREQUÊNCIA
Com variação mínima, obtida pelo emprego de filtros de
quartzo, necessária devido à pequena potência de
transmissão do aparelho, e aliada à necessidade de
transmissões curtas par evitar ao máximo a rádio
localização pelas estações inimigas de radiogoniometria.
ALIMENTAÇÃO
Rígida e estável tanto em CC como CA, pois o êxito da
radiocomunicação dependia da flexibilidade operacional do
transceptor.
Instruções impressas nos manuais
de rádios militares quando o
material era abandonado em área de
combate.
8.6.2.1 - ILUSTRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS USADOS NA GUERRA
CLANDESTINA
Origem:
Inglaterra
APLICAÇÃO:
Receptor de comunicação miniatura para
aplicações especiais
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO MCR-1 - Oficialmente 36/1/ fonte de alimentação 38/1
FABRICANTE Philco - Inglaterra
ANO DE FABRICAÇÃO 1943 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 150 – 150 kHz-MHz 4 faixas
MODO DE TRANSMISSÃO AM – Onda contínua - AM /R/T - CW
TOPOLOGIA DE CIRCUITO superheterodino -
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO - - Transmissor separado do modelo Mk 3 II – B2
ANTENA Fio m carretel
ALIMENTAÇÃO 7,5/90V V Bateria seca
ALIMENTAÇÃO 107/127/205/235 V Fonte de alimentação
DIMENSÃO 5 x 24 x 8 cm Receptor
DIMENSÃO 5 X 22 X 9 cm Fonte de alimentação
DIMENSÃO 5 X 19 X 5 cm Bateria seca
PESO 0,9 kg Receptor com uma bobina
PESO 1,7 kg Fonte de alimentação CC/CA
PESO 1,0 kg Bateria seca
ORIGEM:
Inglaterra
APLICAÇÃO: transceptor portátil para uso de
organizações clandestinas, forças especiais,
agentes, do Special Operation Executive - SOE
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO 3 Mk II - B2
FABRICANTE
Radio Communication
Department
-
SOE - Special Operation
Executive
ANO DE FABRICAÇÃO 1942 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 3.1 - 15.5 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 3 - 16 MHz Transmissor
MODO DE TRANSMISSÃO Onda contínua - Receptor e transmissor, CW
TOPOLOGIA DE CIRCUITO Mix/Osc/IF/BFO, Det/AF Receptor
TOPOLOGIA DE CIRCUITO Amplificador de RF - Transmissor,onda contínua, CW
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO 16 - 20 W
ANTENA Fio,L invertido m 18 X 4
ALIMENTAÇÃO 97-140 / 190-250 V Fonte de alimentação 40 - 60 Hz
ALIMENTAÇÃO 6 V Bateria
DIMENSÃO 12.3 x 24 x 11.5 cm Receptor
DIMENSÃO 12.3 X 24 X 16 cm Transmissor
DIMENSÃO 13 X 27 X 10 cm Fonte de Alimentação
DIMENSÃO 13 x 27 x 8.5 cm Caixa com acessórios
PESO 2,3 kg Receptor
PESO 2,8 kg Transmissor
PESO 4,6 kg Fonte de alimentação
PESO 1,6 kg Caixa com acessórios
ORIGEM: Itália
APLICAÇÃO: Transceptor portátil usado
pelo serviço de inteligência italiano;
agentes e inteligência militar.
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO RRN-6/TRN-6/ARN-6 -
Receptor, Transmissor e Fonte de
Alimentação
FABRICANTE Nova Radio - Milão
ANO DE FABRICAÇÃO 1942 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 7.1 - 16.7 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 5.1 - 9.4 / 9.1-16.7 MHz Transmissor CW
MODO DE TRANSMISSÃO Onda contínua AM - Receptor e transmissor, CW
MODO DE RECEPÇÃO AM - Receptor
TOPOLOGIA DE CIRCUITO
RF / DET / AF / VFO AMPLF.
RF
-
Estágios: RF, Detecção, Áudio,
VFO, Amplificador de RF
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO 25 - 40 W
ANTENA Fio m Carretel
ALIMENTAÇÃO 110/120/145/160/220 V Fonte de alimentação
DIMENSÃO 13 X 20 X 21,5 cm Receptor
DIMENSÃO 13 x 20 x 30 cm Transmissor
DIMENSÃO 13 x 16 x 31,5 cm Fonte de Alimentação
PESO 2,5 kg Receptor
PESO 3,1 kg Transmissor
PESO 4,6 kg Fonte de alimentação
PESO 5,3 kg Caixa com acessórios
ORIGEM: Itália
APLICAÇÃO: Transceptor portátil
usado pelo serviço de inteligência
italiano; agentes e inteligência
militar.
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO RC-2 -
FABRICANTE Magneti Marelli - Milão
ANO DE FABRICAÇÃO 1941 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 3.2 - 7.7 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 3.2 - 4.5/4.5 - 7,6 MHz Transmissor
MODO DE TRANSMISSÃO Onda contínua AM - Receptor e transmissor, CW
MODO DE RECEPÇÃO AM - Receptor
TOPOLOGIA DE CIRCUITO Detector regenerativo - Receptor e Transmissor - onda contínua
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO 10 W
ANTENA Fio m Carretel
ALIMENTAÇÃO 110/120/145/160//220 V Fonte de alimentação
ALIMENTAÇÃO 6 V Acumulador
DIMENSÃO 9.5 x 22.5 x 21.5 cm Receptor / Transmissor
PESO 2,4 kg Receptor / Transmissor
ORIGEM: Itália
APLICAÇÃO: Transceptor portátil usado pelo
serviço de inteligência italiano; agentes e
inteligência militar.
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO TXO - OC3 -
FABRICANTE Societa Anônima Geloso - Milão
ANO DE FABRICAÇÃO 1941 / 42 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 3.5-8.6 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 4.2-8.6 MHz Transmissor
MODO DE TRANSMISSÃO Onda contínua - Transmissor, CW
MODO DE RECEPÇÃO AM - Receptor
TOPOLOGIA DE CIRCUITO RF / DET / AF - Receptor / Transmissor
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO 3 W
ANTENA Fio m Para comprimento de onda 1/4 ou 3/4
ALIMENTAÇÃO 110/120/145/160//220 V Fonte de alimentação
ALIMENTAÇÃO 6 V Fonte de alimentação por vibrador
DIMENSÃO 17 x 30 x 46 cm Transceptor completo
PESO 13 kg Transceptor completo
ORIGEM: EUA
APLICAÇÃO: transceptor portátil usado pela
Central Intelligence Agency; agentes
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO RS6 -
Transmissor RT-6
Receptor RR-6
Fonte de Alimentação RP-6/RA-6
FABRICANTE GTE - Possivelmente
ANO DE FABRICAÇÃO 1951 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 3-6.5 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 3-7.0 / 7-16.5 MHz Transmissor, CW
MODO DE TRANSMISSÃO Onda contínua - CW
TOPOLOGIA DE CIRCUITO RF / MIX / OSC / DET / AF - Receptor
TOPOLOGIA DE CIRCUITO
Oscilador a cristal e amplificador de
RF
- Transmissor
POTÊNCIA DE
TRANSMISSÃO
6 - 10 W
ANTENA Fio m
Carretel. Unidade de ajuste de
impedância
ALIMENTAÇÃO 70/95/120/150/190/230/270 V 40 - 400 Hz
ALIMENTAÇÃO 6 V Bateria, 12A
DIMENSÃO 5.7 x 17.1 x 12.7 cm Receptor
DIMENSÃO 5.3 X 17.1 X 12.7 cm Transmissor
DIMENSÃO 5.6 x 20.5 x 10.2 cm Fonte de Alimentação
DIMENSÃO 5.1 X 20.5 X 10.2 cm Unidade de filtro e acessórios
PESO 1,4 kg Receptor
PESO 1,3 kg Transmissor
PESO 2,6 kg Fonte de alimentação
PESO 1,7 kg Unidade de filtro e acessórios
ORIGEM: Alemanha
APLICAÇÃO: transceptor portátil para agentes e
forças especiais
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO SP15 -
Transmissor FS 7 ou FFS 7 ou BN
58
Receptor FE 8 ou BN 58
FABRICANTE Wandel & Goltermann -
Reutlinger, H.Pfitzner, Bergen-
Enkheim
ANO DE FABRICAÇÃO 1960 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 2.5-9.1 / 9.1-24 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 2.5-3 / 3-4 / 4-5 / 5-8 / 8-14 / 14-24 MHz Transmissor
MODO DE TRANSMISSÃO Onda continua - FSK -
CW-FSK
(Frequency ShiftKeying)
TOPOLOGIA DE CIRCUITO
Superheterodino com dupla
conversão
- Receptor - Filtro Mecânico
TOPOLOGIA DE CIRCUITO Sintetizador, amplificador de RF - Transmissor, CW ou FSK
POTÊNCIA DE
TRANSMISSÃO
8 - 20 W
ANTENA Fio m Carretel
ALIMENTAÇÃO 95-235 V 60 Hz
ALIMENTAÇÃO 12 - 24 V Fonte de Alimentação
DIMENSÃO 4.5 X 17 X 12 cm Receptor
DIMENSÃO 4.5 X 17 X 12 cm Transmissor
DIMENSÃO 4.5 X 17 X 12 cm Fonte de Alimentação
PESO 1,5 kg Receptor
PESO 1,2 kg Transmissor
PESO 1,9 kg Fonte de alimentação
PESO 1,2 kg Bateria
ORIGEM: URSS
APLICAÇÃO: Transceptor portátil usado por agentes,
forças de reconhecimento e missões especiais URSS e
países membros do pacto de Varsóvia.
CORTESIA:
Coleção Antonio Fucci
CARACTERISTICAS UNIDADE OBS.
MODELO R353 -
FABRICANTE Não especificado - -
ANO DE FABRICAÇÃO 1965 - -
FAIXA DE FREQUENCIA 2.98-5.72/5.68-10.83/10.78-16.02 MHz Receptor
FAIXA DE FREQUENCIA 3.47 - 16 MHz Transmissor
MODO DE TRANSMISSÃO Onda continua - CW
TOPOLOGIA DE CIRCUITO Superheterodino, dupla conversão - Receptor e Transmissor
POTÊNCIA DE TRANSMISSÃO 10 W
ANTENA Fio 4 m Receptor
ANTENA Fio 2 X 12 m Transmissor
ALIMENTAÇÃO 90 - 240 V CA
ALIMENTAÇÃO 12 V Fonte de Alimentação, CC
DIMENSÃO 27 x 9 x 33 cm Transceptor completo
PESO 3 kg Transceptor completo
Acessórios para o transceptor modelo R-353
8.6.3 - A FICÇÃO RETRATA A REALIDADE DA GUERRA
CLANDESTINA
Desde a sua invenção o cinema vem produzindo muitas historias sobre
aventuras, comédias, dramas mistérios e certamente como na
eletrizante trama de espionagem contada pelo filme "Patrolling the
Ether", literalmente "Patrulhando o Éter, lançado em 1944 pelos
estúdios MGM". Neste filme onde atuam Richard Crane, Don Curtis end
Connie Gilchrist narra a saga de um experiente radioamador que
trabalhando para o serviço de inteligência de radio escuta, consegue
detectar mensagens clandestinas enviadas por agentes nazistas
atuando nos EUA e, assim abortar um plano para atacar comboios
americanos pela esquadra de submarinos alemães atuando no oceano
Atlântico durante a segunda guerra mundial.
A espionagem como tema é explorada de forma dramática neste thriller lançado em 1944 pelos estúdios MGM
sob o título "Patrolling the Ether"
Fotografia do cartaz do filme "Patrolling the Ether", quando o
experiente radio amador é convidado para participar do serviço
de inteligência de radio escuta americano.
QST, maio 1944.
Cena do filme "Patrolling the Ether", quando agentes do serviço de
inteligência de radio escuta monitoram os sinais emitidos pelo
transmissor clandestino nazista.
QST, maio 1944.
9 - A TELEVISÃO
Analogamente à sinapse, o fenômeno intercelular de transmissão dos estímulos elétricos e químicos ao cérebro,
a TV, como um prolongamento do sistema nervoso, mantém hoje a humanidade num perene contato psíquico e
emocional, transformando o mundo moderno naquilo que se pode chamar de aldeia global.
Dos primeiros iconoscópios até o vídeo cassete domestico e, atualmente o DVD, a evolução da TV foi rápida e,
conseqüentemente , dominante como veículo de comunicação de massa.
(a) Um primitivo tipo de receptor de TV
domestico de origem americana,
composto de: um dispositivo de
varredura mecânica Jenkins, um sistema
óptico e um rádio receptor em 1928.
Radio News
(b) Dr. C. Francis Jenkins, um
pioneiro pesquisador da televisão
na sua estação de transmissão em
1928. Radio News
9.1 - A EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE TRANSMISSÃO DA IMAGEM
Com finalidade de alocação histórica, a idade da televisão inicia-se em 1876 quando se descobriu que a
resistividade de uma placa de Selênio variava com a incidência de luz sobre a mesma.
Desde então os pesquisadores começaram á tentar desenvolver métodos de transmissão de imagens por meios
da eletricidade. Assim, enquanto algumas concepções utilizavam um mosaico de detectores de Selênio, outras
se valiam em varrer a imagem por meios mecânicos, através de dispositivos providos com uma ou mais placas
de Selênio.
O primeiro aparelho de televisão de caráter prático foi o telescópio elétrico de Paul Nipkow em 1884. A base
deste aparelho era o então conhecido disco de Nipkow o qual consistia de 24 furos igualmente espaçados ao
longo e uma espiral próxima à periferia do mesmo. (a)
A imagem a ser transmitida era focalizada sobre uma pequena área na periferia do disco o qual por sua vez girava
a uma velocidade de 600 rpm. (b)
À medida que o disco girava, a seqüência de furos variava a imagem em uma linha reta. Uma lente colocada atrás
da área da imagem coletava as amostras da luz seqüencial focalizando-as sobre uma única célula de Selênio.
Esta por sua vez produzia uma sucessão de correntes, cada uma das quais proporcionais à intensidade de luz
oriunda das diferentes áreas da imagem.
Na recepção, Nipkow propôs o uso de um dispositivo modulador de luz do tipo magneto-óptico para variar a
intensidade da imagem reconstituída. Para formar a imagem havia um segundo disco, idêntico ao primeiro,
girando sincronizado com aquele do transmissor.
Infelizmente a invenção de Nipkow restringiu-se apenas a teoria. Entretanto, o princípio da varredura mecânica
de Nipkow lançou as bases para futuros sistemas de televisão dentre os quais um dos mais notáveis foi aquele
desenvolvido pelo inventor britânico John Logie Baird. (c)
Em 1908, Alan Archibald Campbell-Switon descreve o primeiro sistema de transmissão de imagens totalmente
eletrônico tal qual se conhece hoje em dia, usando um dispositivo eletrônico que mais tarde foi denominado de
tubos de raios catódicos.
(a) Ilustração de diversos tipos de discos de varredura mecânica onde:
a - disco plano com dois conjuntos de furos
b - disco plano com três conjuntos de furos de varredura
c - disco singelo com dois conjuntos de furos para receber sinais de estações, empregando dois números
diferentes de linhas por imagem
d - tambor de varredura com furos dispostos em espiral
e - esteira de varredura flexível
(b) Ilustração do princípio de varredura mecânica originalmente inventado por Paul Nipkow em 1884.
(c) Esquemático do sistema de transmissão e recepção de sinais de vídeo usando o princípio do disco de
varredura mecânica. Reproduções do livro Radio Physics Course, 1933.
(d) Ilustração de um dispositivo de varredura mecânica, vendido para experiências de amadores em 1930. Radio
News.
9.2 - O TUBO DE RAIOS CATÓDICOS
O tubo de raios catódicos foi possível graças aos trabalhos de vários pesquisadores. Assim, a primeira aplicação
dos raios catódicos, ou seja a emissão de elétrons do filamento aquecido em vácuo ou devido ao
bombardeamento do catodo pela ação de íons positivos em um tubo de descarga com a finalidade de medição
foi apresentada por Karl Ferdinando Braun em 1897 quando projetou o tubo que leva o seu nome. (a)
Este consistia de um catodo (K), um anodo (A) inserido lateralmente e, um diafragma (c) para a conformação
anular do feixe eletrônico o qual incide sobre o anteparo de mica (D), cuja face é recoberta com uma substância
mineral fluorescente que, ao sofrer bombardeamento dos elétrons, projeta sobre a tela (E) um ponto
luminescente. Por sua vez, o ponto pode ser defletido em qualquer direção, vertical e horizontal, por meio de um
campo magnético ou eletrostático, de maneira a reproduzir na tela fluorescente dois fenômenos elétricos
interrelacionados, como por exemplo, o aumento linear de uma corrente em função do tempo, dando assim
origem ao oscilógrafo de raioscatódicos (b)
Mas além de ser usado nesses tipos de medições, o tubo de Braun podia ainda ter outras aplicações. Assim, o
zigue-zague do feixe eletrônico sobre a tela, originando o chamado efeito varredura, devido à influência do
campo magnético ou eletrostático, servia, também, para reproduzir imagens em preto e branco, na forma de um
padrão de linhas variando-se sua intensidade de acordo com a luminosidade do objeto.
Desde a sua invenção em 1894, o tubo de Braun sofreu constantes modificações tecnológicas contribuindo para
o aparecimento do moderno cinescópio. ©
No início da década de 1950, os tubos de raios catódicos eram ainda circulares com telas não maiores que 23
cm, produzindo imagens muito reduzidas. Para compensar estas deficiências, os primeiros receptores de TV
eram do tipo tela projetada: no qual a imagem do tubo de raios catódicos era projetada sobre uma tela opaca
através de um sistema ótico que, em contrapartida, reduzia consideravelmente sua luminosidade. (d)
Atualmente, as telas são recobertas com complexas misturas de Fósforo em presença de ativadores, que
aumentam a eficiência luminosa. Recebem ainda um tratamento superficial denominado de "metal backing" que
consiste de uma tênue camada de Alumínio que atua como elemento refletor, concentrando o feixe luminoso. (e)
Devido ao constante desenvolvimento tecnológico, o cinescópio tradicional logo estará sendo substituído pelas
novas telas empregando a tecnologia LCD e de Plasma.
As telas em LCD empregam milhares de sensores de cristal líquido, cuja resposta luminosa ultra-rápida será
controlada por filtros de cor. Um dispositivo estado sólido semelhante a um transistor transparente, na forma de
uma película com espessura de 0,3 micrometro fornecerá as tensões apropriadas em intervalos de milésimos de
segundo, possibilitando obter imagens coloridas de alta resolução, em dimensões extremamente reduzidas. (f)
(a) Esquemático do tubo de Braun, projetado em 1897.
The Saga of Vacuum Tube
(b) A descoberta dos raios catódicos:
Foi oriunda do desenvolvimento da teoria atômica. Por volta de 1830, Faraday desenvolve a teoria da
materialidade das cargas elétricas onde cada valência química de um átomo deveria estar associada a uma
partícula portadora de uma determinada quantidade fundamental de eletricidade. Esta hipótese foi mais tarde
confirmada pela experiência de Crookes que consistia em se ligar os pólos de uma fonte elétrica de alta tensão a
duas placas metálicas situadas dentro de um tubo de vidro provido com uma bomba de vácuo. Ao se fazer à
rarefação no tubo de vidro aprecia uma coluna luminosa ao mesmo tempo em que as suas paredes emitiam uma
fraca luz esverdeada denominada de fluorescência que na realidade era devida a uma radiação invisível emitida
pelo catodo originando assim o termo: raios catódicos.
(b2) O tubo de Crookes
c) Esquemático de um moderno tubo de raios catódicos.
d) Esquemático de um tipo de projeção de imagem de TV.
(e) Ilustração de um tubo de raios catódicos modelo MW6-2 fabricado pela
Philips e, usado nos primeiros televisores de tela projetada.
(f) O princípio de operação de uma micro-tela provida com sensores ce cristal
líquido.
(g) Propaganda da revista Communication, Fev. de 1939.
9.2.1 - O TUBO DE SINTONIA
Mais conhecido como OLHO MÁGICO, é uma derivação do tubo de raios catódicos, usados para indicar à correta
sintonização de um rádio receptor. Na sua concepção o olho mágico é um tipo de válvula termiônica consistindo
basicamente de três eletrodos.
Desta forma tem-se um catodo e um anodo
metálico o qual esta revestido com um material
fotossensível na forma de uma tela tornando-
se fluorescente quando sob ação de uma
corrente de elétrons.
Por sua vez, o terceiro eletrodo, com uma
conformação especial, esta montado entre o
catodo e o anodo, tendo como finalidade a
focalização do feixe de elétrons em função da
tensão aplicada sobre o mesmo.
No receptor, o olho mágico esta ligado ao seu
estágio de controle de ganho automático (AGC),
de forma que quando a tensão gerada no
mesmo é aplicada diretamente ao terceiro
eletrodo, a área luminosa do anodo revestido,
ou tela fluorescente varia proporcionalmente, e
portanto, indicando se o nível do sinal de
recepção esta fraco ou forte. (a)
Quando comparado aos primeiros tipos de
indicadores de sintonia de natureza
eletromecânica, o olho mágico, apresentava
enormes vantagens, pois sendo um dispositivo
eletrônico, era isento da inércia inerente
aqueles primeiros. (b)
É interessante notar que por volta de 1930, o termo: OLHO MÁGICO, foi originalmente criado pela RCA como
um jargão de vendas.
(a) Ilustração de vários tipos de tubos de sintonia ou olho mágico
(b) Corte esquemático mostrando a montagem do tubo de sintonia no
receptor.
9.3 - O CONVERSOR DE IMAGEM
Para a geração da imagem, tornou-se necessário dispor no sistema de transmissão um outro tipo de tubo
denominado de conversor de imagem, ou vídeo câmera.
No final da década de 1920, G.Holst descreveu pela primeira vez um dispositivo deste gênero. Mas os
conversores de imagem fotocatodo foram
desenvolvidos a partir do ICONOSCÓPIO,
palavra de origem grega onde eikon = imagem,
e skopein = ver, inventado em 1930 por Y.K.
Zworykin. Originalmente, era a marca comercial
deste tipo de dispositivo termiônico produzido
pela RCA. (a)
Na realidade o ICONOSCÓPIO é um dispositivo
opto-eletrônico. (b) Assim,a imagem em preto-
branco é focalizada por um sistema óptico sobre
uma placa de mica onde em uma das faces tem-
se um mosaico de partículas fotossensíveis, que
por ação foto-elétrica emitem elétrons. Por sua
vez, um canhão de elétrons na outra
extremidade do tubo projeta um feixe de elétrons
sobre o mosaico. Este é defletido sobre o
mosaico por meio de um conjunto de
bobinas defletoras.
Para compor a imagem, o feixe de elétrons desloca-se pelo mosaico na forma de ziguezague originando um
processo chamado de varredura. (c)
A varredura é obtida pela passagem de corrente pelas bobinas de deflexão horizontal e vertical produzindo o
chamado raster variável. Por exemplo, no Brasil, a imagem é
formada por 625 linhas e, é repetida 25 vezes por
segundo.
Quantidades diferentes de elétrons deixam o feixe
tanto na parte branca como preta da imagem de
forma a variar a corrente em um circuito elétrico
ligado ao canhão de elétrons em relação com as
variações de luz como de tons.
Finalmente, a corrente elétrica variável, ou
sinal, produzido pela câmera é amplificado e
modulado pelo transmissor. (d)
Desde o iconoscópio, tem-se introduzido na
tecnologia da televisão uma variedade de conversores de imagem:
- o emitron, aperfeiçoado na Inglaterra por J.D. McGee; (f)
Dos conversores fotocondutivos destacam-se, ainda:
- o vidicon, semelhante em funcionamento, ao orthicon, porém, possuindo um mosaico no qual a substância
fotoemissora é o Sulfeto de Antimônio. (g)
- no plumbicon, um outro tipo de câmera de TV, emprega-se o Óxido de
Chumbo como revestimento da placa fotoemissora.
Oriunda das pesquisas efetuadas na década de 1940, pela RCA, na busca de
tubos intensificadores de imagens para fins militares, surge o orthicon de
imagem. (h).
(a) Esquemático do iconoscópio, mostrando a disposição dos seus elementos
estruturais.
(b) Ilustração do iconoscópio originalmente inventado por Vladimir Kosma
Zworykin.
(c) Ilustração do processo de
varredura da imagem em ziguezague.
Devido ao seu excelente poder de resolução, baixa inércia e altíssima
sensibilidade, cerca de 100 Lux, tornou-se uma câmera padrão para a televisão
em preto-branco, permitindotomadas de cenas, tanto em estúdios como em
ambientes exteriores.(i)
Em 1970, W.S.Boyle e G.E.Smith trabalhando nos laboratórios Bell, EUA,
desenvolve o semicondutor Charge-Coupled Device, mais conhecido como
CCD. (n)
Desta maneira, ao ser usado como um dispositivo eletro-óptico para conversão
de imagem, tem um princípio de funcionamento totalmente diferente quando
comparado com aqueles anteriormente vistos, como por exemplo o tubo
Vidicon, cuja detecção primária de elétrons é feita por meio de material
fotossensível. Assim, no dispositivo CCD, a detecção agora é feita pela
acumulação de cargas, proporcionalmente absorvidas por pequenos poços ou
elementos discretos distribuídos sobre o CHIP conhecido por PIXEL, que na
realidade, é um acrônimo de PICTURE ELEMENT ou elemento de imagem.
O dispositivo CCD é, atualmente empregado na fabricação de câmeras de TV,
quer para aplicações domésticas, comerciais ou científicas. (o)
(d) O Dr. Vladimir Kosma Zworykin
com a sua invenção o iconoscópio. Foto
arquivo RCA
(e) Ilustração de um aparelho de varredura mecânica usada numa estação
experimental de TV da RCA-NBC em 1928. Foto arquivo RCA.
O Dr. V.K. Zworykin, inventor do
iconoscópio, apresentando o
novo conversor de imagem
lançado no mercado pela RCA
em 1945 e, comercializado sobre
o nome de "Orthicon de
Imagem". Este novo tipo de
cãmera de video foi
originalmente desenvolvido nos
laboratórios da RCA em
conjunto por uma equipe de
engenheiros: Albert Rose, Paul
K. Weimer e Harold B. Law,
oriundo da avançada tecnologia
de tubos de raios catódicos
usados na fabricação de
RADAR, LORAN, SONAR e
alguns tipos de RADIO
DIRECTION FINDERS durante a
segunda guerra mundial.
RCA archives
(f) Esquemático do coletor de imagem, denominado de Super
Emitron lançado no mercado por volta de 1937, que quando
comparado ao iconoscópio distinguia-se pela disposição da
tela.
fotoelétrica, que era separada do anteparo ou mosaico. Nele
tem-se:
1-tela fotoelétrica
2-acelerador
3- mosaico
4-bobina de foco
5-feixe de raios catódicos
6-catodo
(o) Ilustração de uma câmera de TV
com detector tipo CCD
(l) Primitivo tipo de câmera de vídeo. Radio
News
(h) Corte esquemático do Orthicon de imagem.
(i) Ilustração do Orthicon de imagem
fabricado em 1950 pela RCA, EUA
(j) Ilustração do conversor de imagem
modelo XQ 1029R fabricado pela
firma americana Amperex em 1960.
(m) A câmera de vídeo por volta de
1949. Radio-Electronics
9.4 - CONSOLIDANDO A GRANDE SINAPSE
Por meio do conversor de imagem as oscilações
de alta freqüência podiam ser moduladas e, assim
estavam aptas para serem transmitidas a
distância na forma de sinais de imagem e som.
Entretanto, como a conformação da imagem
ocorria em alta velocidade, para se minimizar o
efeito da cintilação, o padrão de linhas deveria ser
reproduzido na tela numa periodicidade de 25
vezes por segundo. Ao mesmo tempo, para
assegurar uma boa qualidade, era necessário que
cerca de 500.000 pontos desta imagem fossem
sistematicamente varridos de forma a totalizar um
conjunto de caracteres reproduzidos na
proporção de 25x500000 = 12,5 milhões de vezes
por segundo. Como visto, o deslocamento do
feixe eletrônico no cinescópio era suficientemente
rápido para tal tarefa, porém, a transmissão dos
sinais de vídeo só era possível caso a freqüência
utilizada fosse um múltiplo daquela da modulação.
Assim. Para a sua transmissão determinou-se por
experiências que a freqüência adequada girava em
torno de 50 MHz correspondendo a comprimentos
de onda de no máximo 6 metros.
Graças ao desenvolvimento do então novíssimo
campo das transmissões de rádio por ondas ultracurtas, deu-se o surgimento das válvulas para alta
freqüência, assim possibilitando atender a magnitude de freqüências exigidas para as transmissões de sinais de
vídeo.
Desde 1929, transmissões experimentais de sinais
de vídeo já estavam sendo feitas na Inglaterra,
usando processos mecânicos com auxilio de
espelhos rotativos. (a) Porém, foi no EUA
que Philo Farnsworth empregava pela primeira
vez de um sistema totalmente eletrônico. (b) Mas
a explosão em 1939 da 2ª guerra mundial provou
um hiato no prosseguimento destas pesquisas.
Por volta de 1946 os primeiros sistemas de
transmissão começaram a ser estabelecidos,
quando padrões de 405, 525, 819 e 625 linhas por
segundo foram adotados respectivamente pela
Inglaterra, EUA, França e, demais países do bloco
europeu. No início da década de 1950 a televisão
em preto-branco já se afirmava como veículo de
comunicação de massa, porém, naquela altura,
outro passo gigantesco estava sendo dado nos
laboratórios de pesquisas para tornar realidade a transmissão de imagens coloridas à distância.
(a) Uma cena de estúdio em 1929, foto raríssima feita nos estúdios da emissora
WGY, uma estação experimental da firma americana General Electric em
Schenectady. Radio News.
(b) O sistema eletrônico de TV de Farnsworth por volta de 1937.
9.5 - A TV COLORIDA
Dominada a tecnologia do processamento de
sinais de vídeo em preto e branco, a indústria
eletrônica, a partir de 1954, nos EUA desenvolveu
os primeiros sistemas padrão para transmissão
de imagens coloridas. O transmissor, em sua
concepção básica, consistia de um conjunto de
espelhos dicróicos, que decompunha a
imagem captada da cena nas três cores
primárias: verde, vermelho e azul, cujos feixes
incidiam simultaneamente sobre três câmeras de
vídeo. (a)
As imagens coloridas, assim formadas, eram
então transmitidas na forma de sinais compostos
e combinados, denominados de luminância e
crominância. A luminância, contendo apenas
alguns componentes das três cores, forma no
receptor apenas uma imagem cromática,
semelhante à transmissão em preto e branco. O segundo sinal, responsável pela coloração da imagem, é
modulado numa portadora adicional, chamada de sub portadora de crominância, cuja freqüência é maior que
aquela do primeiro sinal, de maneira que se superpõe com o mínimo de interferência possível.
Entretanto, como um das principais dificuldades
deste sistema estava na composição óptica da
imagem no receptor, esta foram superadas
graças à invenção de tubos de raios catódicos
com resposta luminosa em tricromia. Estes tubos
foram desenvolvidos, considerando-se que
pontos ou linhas das três cores primárias,
colocadas em proximidade, tendem a criar o
fenômeno da mistura de cor. Estes tubos
lançados primeiramente pela RCA americana
foram originalmente conhecidos como mascaras
de sombra. Assim, diferente do tubo de raios
catódicos em preto e branco, na tela, ao invés de
usar uma camada contínua de fósforo, esta é
agora formada por um conjunto regular de pontos
de substâncias luminescentes, dispostos em
grupos de três diferentes materiais para cada cor,
correspondendo a um furo na mascara.
Por conseguinte, quando o feixe tricrômico atinge
um furo na máscara, por exemplo o feixe
modulado para o vermelho atinge o ponto
vermelho e, assim, sucessivamente para cada cor
primária. Os três feixes são desviados
simultaneamente pelas bobinas defletoras,
fazendo com que as três imagens, um para cada
cor sejam produzidas continuamente.
A televisão colorida hoje em dia é um meio de comunicação de aplicação ilimitada cuja rápida evolução foi
acompanhada por um outro não menos importante segmento tecnológico senão aquele da gravação dos sinais
de vídeo.
(a) Ilustração do princípio do sistema de transmissão e recepção em cores.
Um dos primeiros sistemas de televisão colorida totalmente eletrônico de tela
ampla, desenvolvido pela RCA nos EUA, apresentadopela primeira vez no
Instituto Franklin de Filadélfia em 1947.
9.6 - A GRAVAÇÃO DOS SINAIS DE VÍDEO
Em janeiro de 1926, um imigrante russo, naturalizado inglês, Boris Rtchouloff, patenteou um sistema de registro
de som e imagem, tendo como meio armazenador dos caracteres um fio metálico, baseado no principio da
gravação magnética, originalmente inventada pelo dinamarquês, Valdemar Poulsen.
Até a década de 50, a gravação da imagem era um processo restrito apenas, para fim profissional, conhecido
como VTR, a sigla é do inglês: Vídeo Tape Recorder, ou gravador em vídeo-fita.
Na realidade, o VTR apresentava muitas vantagens quando comparado aos processos anteriores de registro foto-
sonoro, pois permitia que tanto os sinais de vídeo como de áudio fossem gravados simultaneamente, não
havendo, portanto, necessidade de qualquer processamento prévio para obtenção da imagem sonora, como por
exemplo, nas películas cinematográficas.
Além disso, permitia ainda, que as gravações pudessem ser preservadas e repetidas inúmeras vezes sem que
apresentassem qualquer degradação pelo uso, como, também a sua operação era sobremaneira facilitada pela
simplificada do aparelho.
Graças ao contínuo desenvolvimento da fita magnética, com a introdução de novos formatos e formulações,
aliado aquele dos próprios equipamentos, principalmente das cabeças de gravações, começou a surgir no
mercado os primeiros sistemas de gravação de sinais de vídeo destinado para fins domésticos, como por
exemplo, o U-MATIC da Sony, japonesa. Fig (a)
Nos meados da década de 70 havia comercialmente disponíveis quatro sistemas de vídeo-gravação, conforme
ilustrado na tabela (b).
(*) conhecido como VHS ou Vídeo Home System
Tabela 5: mostrando os diversos sistemas de gravação e reprodução de
sinais de vídeo para aplicações domésticas nos meados da década de 1970.
Por volta dos anos 80 a maioria destes sistemas foi, gradativamente, desaparecendo ou incorporado, devido às
contínuas pressões do mercado como, também, dos governos que exigiam uma padronização e uniformização
técnica, consolidando assim, o VCR, ou Vídeo Cassete Recorder, gravador em vídeo cassete, usando o sistema
VHS, Vídeo Home System.
Em 1972 a Philips holandesa demonstrou pela primeira vez um vídeo-disco de longa duração que tinha uma
concepção bem mais avançada que o anteriormente desenvolvido em conjunto com a AEG Telefunken/Decca.
No sistema Philips no lugar de sulcos convencionais emprega pontos sub-microscópicos moldados por uma
trilha espiral, cuja leitura agora era feita por meio de luz coerente ou Laser de forma que permitia uma reprodução
em cores com tempo de 30 a 40 minutos. (b)
(d) um moderno vídeo-cassete usando sistema
VHS, fabricado no Brasil pela Panasonic.
(cortesia da Panasonic do Brasil)
(a) ilustração de uma cabeça de gravação
usada em um moderno vídeo-gravador
doméstico.
(b) o precursor do moderno VCR usando o
sistema BETAMAX, lançado no mercado pela
Sony em 1975.
(c)Um dos primeiros VTR transistorizados em
1964.
9.7 - ASPECTOS ILUSTRADOS DO RECEPTOR DE TV
Dos antigos receptores usando sistemas de retro-projeção, onde a maioria contava
apenas com alguns controles, como volume e seletor de canais, tem-se,
atualmente, aparelhos providos com os mais avançados e sofisticados recursos
como, por exemplo:som estereofônico, PIP (picture in picture), permitindo assistir-
se, simultaneamente, dois canais de transmissão, controles remotos inteligentes
e, mais recentemente, telas de LCD ou cristal liquido.
Sem dúvida alguma, nos últimos 70 anos o receptor de TV sofreu uma enorme
evolução tecnológica, de forma que alguns dos seus principais aspectos são aqui
comentados e, através de uma seqüência de ilustração os seus tipos mais
representativos.
9.7.1 - OS PRIMEIROS RECEPTORES DE TV
Os primeiros receptores de TV eram quase que de caráter experimental, usando sistemas de varredura
mecânica. Com o gradual desenvolvimento da tecnologia eletrônica, por volta de 1939, os aparelhos tinham
como principais características: cinescópio com diâmetros reduzidos entre 5 e 12 polegadas, cuja imagem era
ampliada por meio de conjuntos de espelhos, permitindo, assim, projeções médias de 8x10 polegada. Por sua
vez, o estágio de áudio advinha das topologias de circuitos usadas na maioria dos rádios-receptores da época.
Quanto ao processo de sintonia das estações de transmissão disponíveis, naquela altura em número bem
reduzido, entre dois, ou no máximo de 3 canais, era geralmente feita por meio de circuitos pré-sintonizados,
usando-se seletores de canais por teclas ou rotativos. (b)
(a) o conceito da televisão no início de 1920.
(Radio News, maio de 1926)
(b) consolo composto de rádio-receptor e televisor usando sistema de
projeção de imagem, fabricação americana em 1932.
(d) ilustrações de diversos tipos de televisores primitivos (coleção Steve McVoy, EUA):
(a) o conceito da televisão no início de 1920.
(Radio News, maio de 1926)
(b) consolo composto de rádio-receptor e
televisor usando sistema de projeção de
imagem, fabricação americana em 1932.
c) diversos tipos de consolos compostos do rádio-
receptor e televisão e toca-discos fabricados pela
companhia Fischer Radio Corporation em 1940.
9.7.2 - DO RECEPTOR PRETO-BRANCO AO DIGITAL
Nos meados da década de 50, com exceção das pesquisas sobre a TV em cores, muito pouco havia sido
introduzido na tecnologia do receptor TV prêto-branco, apesar do seu enorme sucesso quer nos EUA como na
Europa.
Entretanto, devido a intensa concorrência e, da própria necessidade de um produto inovador para um mercado
saturado, a PHILCO, nos EUA, após intenso trabalho e pesquisa, lança os receptores da serie PREDICTA e SAFARI,
que trouxeram grandes inovações tecnológicas.
O televisor PREDICTA tinha como principal inovação o seu design industrial que foi o esforço conjunto de vários
estilistas com: Sev Jonassen, Herbert Gosweiler, Richard Whipple. Evidentemente o seu arrojado design foi
possível graças ao emprego do cinescópio de 110º desenvolvido no início dos anos 50 o qual foi posteriormente
re-trabalhado pelos engenheiros da PHILCO de forma a torná-lo mais compacto no seu comprimento pelo emprego
de catodos planos bem como da inserção dos componentes do canhão eletrônico no interior do tubo.
Para aumentar o contraste do cinescópio o mesmo era provido de uma mascara moldada com plástico butiráto.
Apesar de ser convencional, o circuito eletrônico era montado através do novo processo de circuito impresso (b)
O modelo PREDICTA inovou pelo seu design futurístico, por outro lado, o seu congênere SAFARI pela sua
portabilidade. Pois foi um dos primeiros televisores portáteis totalmente transistorizados. Sua concepção
tecnológica era bastante interessante, pois apesar de usar um cinescópio com diâmetro de duas polegadas, pelo
emprego de um sistema óptico, com espelhos, desenvolvido nos laboratórios da PHILCO pelo engenheiro Ernie
Traub, a imagem virtual era projetada cerca de 60 cm atrás da tela e, desta forma, permitia uma área de visão
equivalente a um cinescópio de 14 polegadas.
O aparelho usava 21 transistores e os eu carregador de baterias de 7 V permitia 4 horas de operação em contínuo.
Entretanto, apesar do seu excelente desempenho operacional, como boa qualidade de imagens em distorções
ópticas inerentes ao sistema de retro-projeção, além da sua grande sensibilidade na recepção de sinais distantes,
o modelo SAFARI era relativamente caro para o consumidor, o que limitou em muito a sua venda. (c)
(a) Comparação entre três tipos de cinescópios com telas de diâmetros iguais
mas com ângulos de deflexão diferentes. Nota-e logo a diferença na reduçãodo comprimento do tubo de 110º, o primeiro, com aqueles de 70º e 90º
respectivamente.
b) O televisor série PREDICTA, modelo UG
424M, lançado no mercado americano em 1958.
(c) O televisor série SAFARI, modelo H2010L.
(e) Moderno receptor de TV usando tela plana,
fabricado pela Panasonic.
Receptor de TV colorida com tela de Plasma - Philips
9.8 - ARQUITETOS DA MODERNA TV
Como em toda a história da Eletrônica, as teorias, pesquisas e invenções que culminaram com o estado da atual
tecnologia foi devido ao trabalho de inúmeros pesquisadores, engenheiros, cientistas e mesmos inventores, (a).
Assim, o campo da transmissão da imagem não foge a regra, de forma que dentre os pioneiros da moderna
televisão destacam-se:
Charles Francis Jenkins
Efetuou vários trabalhos sobre projeção de filmes e do fac-símile, o que o conduziu finalmente à televisão onde
em 1925 demonstrou um sistema de varredura mecânica usando um tipo de disco rotativo. Jenkins morreu em 5
de junho de 1934 na cidade de Washington, DC, EUA no limiar da televisão eletrônica.
John Logie Baird
Nascido em 13 de agosto de 1888, em Helensburg, Escócia. Freqüentou o colégio técnico real em Larchfield e a
universidade de Glasgow, onde estudou engenharia. Suas pesquisas sobre a televisão começaram em 1923
quando, três anos mais tarde, demonstrou o princípio da varredura mecânica. Baird inventou ainda, um sistema
de transmissão de imagens usando raios infravermelhos, ao qual denominou de NOCTOVISOR.
Karl Ferdinand Braun
Físico, nascido em 6 de junho de 1840 em Fulda, na Alemanha, foi educado em Malburg e Berlim onde em 1895
tornou-se professor de física e mais tarde, diretor do Instituto de Física de Estrasburgo. Braun desenvolveu o
primeiro tubo de raios catódicos, o qual foi o precursor do cinescópio.
Paul Nipkow
Foi educado em Lauemburg, Pomerânia, de onde era natural. Em 1884, recebeu
uma patente para os eu invento, o então disco de varredura espiral, usado na
maioria dos primitivos sistemas mecânicos de TV. Apesar das suas idéias
avançadas para a época, seu conceito para um sistema de transmissão de
imagem à distância, carecia ainda de outros recursos técnicos como a fotocélula,
o tubo de raios catódicos, bem como, da própria válvula termiônica. Paul Nipkow
morreu em 24 de agosto de 1940 em Berlim, na Alemanha.
Philo Taylor Farnsworth
Foi um pioneiro americano no desenvolvimento da televisão operando pelo
princípio eletrônico. Em 1927, Farnsworth recebeu a patente para um sitema de
transmissão de imagem de concepção totalmente eletrônica, com o
desenvolvimento do chamado tubo dissecador, usado para a varredura da
imagem, o qual operava em conjunto com um outro tipo de dispositivo eletrônico
consistindo de um multiplicador de elétrons, denominado pelo inventor como
MULTIPACTOR, cuja finalidade era aumentar a sensibilidade do dissecador.
Vladimir Kosma Zworykins
Natural de Mouron, Rússia, onde nasceu em 30 de julho de 1889. Em 1912 completou o curso de engenharia elétrica
no Instituto Tecnológico de Leningrado, onde estudou sob a orientação do professor de física Boris Rosing, um
pioneiro nas pesquisas do tubo de raios catódicos aplicado à TV.
Após a primeira guerra mundial imigrou para os EUA, onde após vários estudos e doutoramento, em 1929 inventa
o conversor de imagem conhecido como Iconoscópio.
William Crookes
Químico e físico inglês, nasceu em 17 de junho de 1832 em Londres. Através das suas pesquisas pioneiras
inventou uma forma primitiva de tubo de raios X, mais tarde, conhecido como tubo ou ampola de Crookes, o qual
em 1895, foi usado e aperfeiçoado por Roentgen, observando pela primeira vez a emissão de raios desconhecidos
denominados de raios X. Suas pesquisas conduziram ainda outro cientista, J. J.Thomson, a descobrir o elétron, e
assim, explicar a natureza dos raios catódicos.
a) ilustração de um dos primeiros
sistemas de projeção de imagem.
10 - A ORIGEM DO ESTADO SÓLIDO - DO TRANSISTOR AO CI
Com a clássica experiência do físico alemão Heinrich Hertz, em 1887, ficou provada a existência das ondas
Hertzianas ou, ondas de rádio como são mais conhecidas, vides capítulo desta série: A PRÉ HISTORIA DA
ELETRÔNICA.
Como este tipo de radiação é imperceptível aos sentidos, tornou necessário criar-se meios ou dispositivos capaz
de detectá-las.
Nos primórdios da Eletrônica, os pesquisadores usaram dos mais variados métodos e processos, originando-se
obscuros detectores das ondas de rádio, chegando-se aos cristais naturais que na realidade são materiais proto-
semicondutores.
Neste primitivo estágio da evolução da Eletrônica os cristais eram usados para esta finalidade, porém, pouco
compreendidos pois naquela altura, nada ainda se sabia sobre a natureza da estrutura da matéria o que levou os
pesquisadores a desenvolver a válvula termiônica.
Por muito tempo a válvula foi a espinha dorsal da Eletrônica, atuando como elemento amplificador, detector,
retificador, etc. Porém, é interessante notar que após 1948, com a invenção do TRANSISTOR , ocorrida nos
laboratórios Bell, EUA, descortina-se uma nova fronteira para a humanidade, com o surgimento deste novo tipo
de detector das ondas de rádio, agora não mais empregando cristais naturais, porém, sim, aqueles criados pelo
homem. Inicia-se, assim, a era do estado sólido.
Tabela mostrando tipos primitivos de dispositivos usados para a detecção da radiação
10.1 - A ORIGEM DOS DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
Cimoscópios ou Chips ? Termos peculiares para descrever um dispositivo para detectar radiações
eletromagnéticas. Enquanto o primeiro é bem conhecido hoje em dia, o Cimoscópio - (do grego Cyma = onda e,
skopen = ver), não era tão familiar para os pioneiros da ciência do Rádio. Entretanto, a despeito de termos e teorias
primitivas, o conhecimento científico dos materiais semicondutores começou no final do século XIX, quando
diversos cientistas estudaram os efeitos da retificação voltaica em compostos químicos: os Sulfetos metálicos e
elementos como o Selênio.
Em 1874 o físico alemão Karl Ferdinand Braundescobriu que certos minerais como a galena ou Sulfeto de Chumbo,
tinham a propriedade da condução unidirecional, ou seja, permitiam a passagem de impulsos elétricos de corrente
alternada em apenas uma direção inibindo o seu retorno.
Na realidade os estudos de Braun estabeleceram as propriedades de retificação do contato de um fio metálico
sobre a superfície do mineral galena, criando assim a primeira junção metálica semicondutora.
Baseado nas pesquisas do Prof. Braun, em 1902, Greenleaf Whittier Pickard descobriu o princípio da detecção por
cristal.
É um fenômeno bastante simples, uma vez que opera como um retificador, convertendo a radiação de alta
freqüência da corrente alternada para corrente contínua. O detector de Pickard, conhecido por "bigode de gato",
foi fabricado desde 1906, porém a patente pela sua invenção foi obtida somente em 1908 quando um outro
pesquisador, H.H.C.Dundwoody, usou este tipo de detector de uma forma prática.
O General Dundwoody, trabalhando para o exército dos Estados Unidos inventou, também, em 1906 o detector de
Carborundum para detecção de ondas eletromagnéticas.
A detecção de ondas de radio por meio de cristais foi uma grande inovação devido a sua sensibilidade e
praticidade.
Entretanto, considerando-se que ele não tinha a capacidade de amplificação dos sinais, logo começou a ser
abandonado sendo substituído pelos chamados dispositivos termiônicos, como o diodo de Fleming em 1904 e,
finalmente com o surgimento do triodo, inventado por Lee de Forest em 1906.
Ilustração do princípio da junção
semicondutora.
Ilustração do detector a cristal,
inventado por Pickard, conhecido como
bigode de gato, onde:a) detector mineral
b) soquete para o detector
c) contato metálico
Ilustração de um detector mineral de carborundum
permanente, fabricado na Inglaterra, mostrando os
acessórios para a sua correta instalação. No centro, o
mineral de carborundum, usado na construção do detector,
o qual foi inventado em 1906, pelo general H.H.C.
Dundwoody.
Ilustração de um conjunto de
experiências para estudante de
eletricidade, por volta de 1900,
compreendendo:
- suporte para detector de
radiofreqüência com a réplica do
coesor inventado por Branly.
- eletroscópio de folha de ouro
- dispositivo de fagulhamento rotativo
- detector de carborundum
Ilustração de diversos tipos de
detectores a cristal onde:
a) e c) diversos tios de galena ou sulfeto
de chumbo
b) um detector a cristal comercial,
vendido com o nome de "Cymosite".
Ilustração de um primitivo
rádiorreceptor a cristal mais conhecido
como rádio Galena, mostrando: o
receptor, provido com o bigode de gato
e o soquete para fixação do cristal o
detector a cristal "Cymosite", e o fone
de ouvido.
10.2 - AS BASES DA FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO
Ao se tentar compreender a estrutura da matéria acreditava-se que a natureza poderia ser explicada em termos de
um simples conjunto de blocos os quais ou estavam unidos, ou separados como partes simples. Os antigos gregos
achavam que elas poderiam ser denominadas de átomos dos quais toda matéria era formada.
Ao longo dos anos esta filosofia ancestral levou os cientistas as mais diversas teorias. Entretanto, foi somente em
1900, quando Max Planck postulou sua hipótese do quantum, que os cientistas puderam começar a ter uma base
matemática para estabelecer a moderna teoria atômica e, conseqüentemente explicar o comportamento das
partículas da matéria em um sólido.
Em 1926, um outro físico Erwin Schrodinger formulou a sua famosa equação da mecânica quântica a qual podia
quantificar o comportamento dos elétrons nos sólidos.
Assim, usando-se destes avanços da ciência, após quase 50 anos da sua invenção, o fenômeno da detecção por
cristal pode ser finalmente compreendido, permitindo, o aparecimento de um semicondutor artificial ou seja o
cristal feito pelo homem.
Ilustração de um conceito didático da estrutura de um átomo de acordo coma
teoria proposta pro Niels Bohr em 1940, mostrando a configuração das
partículas em um átomo do elemento químico Boro. As partículas elementares
do átomo compreendem: o núcleo, composto por neutrons e protons e os
electrons, em órbita do núcleo. Hoje em dia, na sua descrição são usados
modelos matemáticos, pois, por exemplo, a posição do elétron não pode ser
definida precisamente e, assim não podendo ser ilustrado como orbitando ao
redor do núcleo. A formulação matemática pode prever a probabilidade de se
encontrar o elétron a diferentes distâncias do núcleo. Esta incerteza sobre a
configuração eletrônica é a saga dos físicos em descrever o comportamento
das partículas do átomo.
Eletrons planetarios em orbita.
Núcleo composto por 5 protons e 5
neutrons.
10.3 - DO DIODO AO TRANSISTOR - O CRISTAL FEITO PELO
HOMEM
Por meio da Física do estado sólido, os pesquisadores descobriram então, que a estrutura atômica de certos
materiais como o Germânio ou o Silício continha alguns elétrons livres os quais escapavam, deixando buracos ou
vacâncias de cargas na matriz do cristal.
Assim formatada a chamada camada de contorno
ou junção P-N, permitia o fluxo da corrente em
apenas uma direção após a aplicação de uma
corrente alternada entre os dois pontos de contatos
no cristal.
Ilustração do princípio de operação do diodo semicondutor onde:
a) estrutura cristalina
b) junção P-N
c) curva mostrando função operacional
Basicamente, este tipo de diodo feito pelo homem consiste em conformar a
estrutura atômica do Germânio adicionando-se a sua matriz pequenas
quantidades de impurezas conhecidas como DOPE.
Estas impurezas são átomos de diversos elementos químicos, geralmente metais,
os quais tem a sua própria configuração eletrônica. Assim, por exemplo,
enquanto alguns elementos químicos como o Fósforo, o Arsênico, e o Antimônio
tem 5 elétrons na sua órbita externa por outro lado o Alumínio, o Índio, o Gálio ou
o Boro somente 3.
Estes átomos são chamados de doadores ou receptores respectivamente devido
a sua capacidade de doar ou receber elétrons.
Ao adicionar-se estas impurezas na matriz do cristal de Germânio, obtêm-se dois
tipos de estrutura cristalina: uma mistura contendo excesso de elétrons livres,
também chamada de Germânio negativo e, outra com falta de elétrons, chamada
de Germânio positivo.
Agora, ou juntar-se estes dois tipos de estrutura
ou seja, o Germânio P e N, ocorre uma
transferência de carga elétrica na camada de
contorno da junção P-N. Desta forma, o cristal P
e N tem um excesso e falta de elétrons
respectivamente. Estas cargas repelem-se entre
si evitando-se uma posterior difusão de elétrons e buracos no cristal, gerando ao
mesmo tempo, uma diferença de potencial.
Na realidade este tipo de arranjo cristalino opera como um retificador, ou seja
quando uma tensão positiva em relação ao cristal P é aplicada ao cristal N, a
mesma é aumentada sem qualquer fluxo de corrente. Por outro lado, se uma
tensão negativa é aplicada ao cristal N, é
neutralizada, permitindo o aparecimento de uma
pequena tensão de forma que a mesma induz o
movimento de elétrons continuamente. Tem-se,
assim, a formação de um diodo cujo cristal ou
material semicondutor é o Germânio.
Em princípio, o diodo de contato pontual era
quase idêntico aos primitivos detectores a
cristal. Sua estrutura consistia de uma pequena
bolacha de Germânio, onde em sua face plana
era feito o contato por meio de um fio de
Tungstênio espiralado, semelhante ao princípio
do bigode de gato inventado por Pickard. Fig 249
O diodo de Germânio quando comparado ao seu
congênere termiônico, tinha várias vantagens
como ausência do filamento, tamanho e custo reduzido, uma vez que podia atuar
tanto como elemento detector como comutador. Assim foi largamente empregado
nos primeiros tipos de televisores e computadores.
Entretanto, como visto o diodo contato pontual nada mais era do que uma versão melhorada do primitivo detector
a cristal.
Desta maneira, foram logo substituídos por dispositivos mais avançados, os chamados diodos sem contato, cujo
principio operacional estava agora intimamente ligado na conformação de espessuras uniformes das junções,
diretamente no material semicondutor.
Macrofotografia mostrando detalhes
de um diodo de Germânio de contato
pontual.
Ilustração do primeiro diodo
termiônico inventado pro Fleming em
1904.
Aspectos da evolução do diodo a cristal
onde:
a) cristal de galena
b) detector de carborundum
c) Um primitivo diodo de Germânio
pontual
Primitivos tipos de diodos de
Germânio usados em circuitos de alta
freqüência para Radar, fabricados no
final da década de 1940.
Macrofotografia do diodo de
Germânio tipo 1N38A.
O diodo de Germânio para uso geral
tipo 1N38A.
10.3.1 - O DESENVOLVIMENTO DO DIODO DE JUNÇÃO
O desenvolvimento destes dispositivos adveio em grande parte das pesquisas fundamentais feitas sobre o
comportamento dos materiais semicondutores.
10.3.1.1 - O DIODO DE BARREIRA SCHOTTKY
Walter Schottky foi um dos primeiros pesquisadores a notar
a existência de vacâncias na estrutura de materiais
semicondutores. Na realidade, são vazios que ocorrem na
rede do cristal devido à movimentação de partículas para
a superfície do mesmo.
Este tipo deestrutura
com vacâncias foi mais
tarde denominado de
"defeito Schottky".
Baseado nestes estudos
preliminares, em l938,
postula uma teoria que
explicava o
comportamento da
retificação ocorrida pelo
contato exercido entre um metal e um material
semicondutor, como dependente da formação de uma
barreira obtida por uma camada na superfície de contato
entre aqueles dois materiais.Este princípio foi logo usado para a fabricação dos chamados diodos de barreira
SCHOTTKY. Sua concepção consiste em se ter uma camada metálica, por exemplo de Alumínio, em contato direto
com um substrato de Silício tipo N. Assim, o diodo se comporta como uma junção P-N, de forma que o fluxo da
corrente é formado originalmente pela maioria das cargas e, portanto, tendo uma inerente rápida resposta. O diodo
de barreira é largamente empregado em topologias de circuitos como comutadores, alta freqüência ou
misturadores de baixo ruído. Na senda do seu desenvolvimento logo em seguida depara-se com um novo tipo de
diodo, cujo principio de funcionamento podia agora ser comparado aquele de uma válvula triodo gasoso, o Tiritron.
Ilustração e uma válvula
Tiratron de quatro
elementos com grade
blindada onde:
a) anodo
b) catodo
c) grade de controle
d) grade blindada
e) isolador
f) isolador
Ilustração do diodo de barreira tipo
Schottky.
10.3.1.2 - O DIODO RETIFICADOR DE SILÍCIO
Em 1957, engenheiros do laboratório de pesquisa da "General Electric" desenvolve um tipo de diodo cuja
configuração consistia de uma junção tipo PNPN, fabricado em matriz de Silício, surgindo assim o diodo retificador
de Silício - SCR" (Silicon Controlled Rectifier). Denominado, também, de "Tiristor de bloqueio
reverso",
cujo principio operacional básico
consiste no bloqueio do fluxo da
corrente positiva vindo do anodo
e catodo pela ação de controle
exercido pela porta ou gate, daí
originando a sua designação:
retificador controlado a Silício.
Devido às características em
suportar temperaturas mais
elevadas e, tendo assim maior
poder de dissipação térmica, este
tipo de diodo tem na sua principal aplicação atuar como elemento
retificador em circuitos de potência. Na realidade o termo "Tiristor"
é um nome genérico para uma família de dispositivos
semicondutores conhecidos como "DIACS", "TRIACS" e, dos
diodos de quatro camadas. Semelhante ao ocorrido com o desenvolvimento dos dispositivos anteriormente vistos
é interessante notar que um dos casos clássicos do resultado da pesquisa fundamental sobre semicondutores foi
o aparecimento do diodo de túnel.
Diversos tipos de diodos retificadores de Silício.
Ilustração de alguns tipos de TRIACS.
10.3.1.3 - O DIODO DE TÚNEL
. Em, 1929, este tipo de dispositivo já havia
sido previsto por George Gamow - físico
americano que iniciou estudos pra explicar a
grande emissão de neutrinos vindas de
explosões termonucleares do interior solar - e,
recebeu esta denominação devida seu
principio operacional estar relacionado com um
conceito da mecânica quântica, cuja
probabilidade do elétron afunilar-se através de
uma barreira de energia a qual não
pode superar. O diodo de túnel surge em 1958
advindo das pesquisas do cientista japonês Dr.
Leo Esaki efetuadas nos laboratórios de
desenvolvimento da Sony Corporation, no
Japão.
Sua concepção consistia na formação de uma
junção bastante abrupta entre as regiões P e N
de uma matriz de Germânio com alto teor de impurezas, obtendo-se uma área de
depleção bem fina, da ordem de centésimos de mícron.
De uma forma geral o comportamento deste tipo de diodo, correspondia ao efeito
de resistência negativa, o que permitia o seu emprego em topologias de circuito para aplicações em alta freqüência,
amplificação ou mesmo comutação. .
Devido a sua extrema velocidade de processamento de sinais, cerca de 100 pico segundo, descortinou-se um
grande futuro para o diodo de túnel.
Entretanto, este interesse logo se desvaneceu não somente pelo rápido desenvolvimento da tecnologia de
processo de fabricação de transistores, mas, também, pelo aparecimento do circuito integrado que tornou o
elemento fundamental para fabricação da memória dos computadores, área esta que fora originalmente o alvo do
diodo inventado pelo Dr. Esaki.
Como visto, a necessidade de dispositivos semicondutores de repostas ultra-rápidas e, para operar em
freqüências elevadíssimas, na faixa compreendida além do espectro visível, ganhava grande impulso no início da
década de 1960. Assim muitos destes dispositivos foram oriundos de novos materiais de tecnologia avançada,
como o Arsenieto de Gálio e, o Fosfêto de Índio, os quais foram as bases para o desenvolvimento do diodo de
emissão de luz, ou L.E.D. (Light Emitting Diode).
Dr. Leo Esaki, inventor do diodo de
túnel. (Electronic World)
Ilustração do diodo de túnel.
10.3.1.4 - O DIODO EMISSOR DE LUZ - LED
Em 1955, R. Braunstein notou pela primeira vez a geração de radiação
infravermelha produzida pela ação de cargas aplicadas em materiais como o
Arsenieto de Gálio e o Fosfêto de Índio. Através dos seus estudos, concluiu que
a geração da radiação era conseqüência direta da recombinação de pares de
elétrons livres e formação de vacâncias.
Entretanto,foi somente a partir de 1960 que os físicos
ingleses, J.W.Allen e P.E.Gibbons conseguiram desenvolver
o primeiro diodo emissor de luz de contato pontual - Light
Emitting diode, LED - feito de uma combinação de Fosfêto-
Arsenieto de Gálio produzindo intensa luz vermelha com
potência de 30-100 mWatt.
Assim o diodo emissor de luz é um dispositivo que converte
a energia elétrica em luminosa, consistindo de um diodo
convencional, provido de uma janela ou lente que ao
concentrar a luz sobre a junção P-N libera elétrons criando,
assim elétrons livres e vacâncias.
Com o foto diodo surge a Opto-eletrônica, um novo campo da
microeletrônica cujas pesquisas descobriu em 1958, que o principio da amplificação em microondas por emissão
estimulada de radiação - MASER - podia ser aplicado em produzir luz coerente - LASER - por meio de junções
semicondutoras. Desta maneira o emprego de semicondutores para gerar e detectar microondas levou ao
desenvolvimento de um novo tipo de diodo.
Ilustração de diversos tipos de diodos
emissores de luz.
10.3.1.5 - O DIODO GUNN
No início da década de 1960, J.B.Gunn, dos laboratórios da companhia IBM,
descobre que em certos semicondutores como o Arsenieto de Gálio, os elétrons
podem existir tanto num estado de baixa velocidade/massa elevada como no seu
estado natural, de alta velocidade/baixa massa, de forma que podem ser
forçados a um estado de massa elevada pela ação de um campo elétrico
constante fazendo com que a corrente flua como uma série de pulsos.
Conhecido como efeito GUNN, é o principio operacional de um diodo fabricado
de uma camada epitaxial de Arsenieto de Gálio-N crescida em um substrato do
mesmo material. Agora, se uma pequena tensão for aplicada aos terminais
ôhmicos da camada-N, e do substrato, produz o campo elétrico responsável pela
formação dos pacotes de pulsos.
A freqüência dos pulsos de correntes assim gerados depende não somente do
tempo de deslocamento através da camada-N como, também, da sua espessura.
Desta maneira, se o diodo assim conformado for montado em uma cavidade
ressonante sintonizada, a excitação por choque gera oscilações de radio
freqüência com potencia de até 1 W em amplitudes de 10 a 30 GHz.
O diodo GUNN é usado na fabricação de transmissores de baixa e média potencia, sistemas de sensoriamento de
proximidade, e em topologias de circuito como oscilador local e de bloqueio.
O diodo tipo Gunn.
10.3.2 - O TRANSISTOR
Por volta de1926, o comportamento dos elétrons nos sólidos já havia sido quantificado pelo físico austríaco
Schrodinger, permitindo, assim unificar todos os enigmáticos fenômenos do estado sólido observados até então.
Assim, enquanto os teóricos se preocupavam em explicar matematicamente conceitos sobre o elétron, teoria de
bandas, valências, etc, cientistas mais práticos - Mevil F. Mott, na Inglaterra, Alexander Davydov, na União Soviética
e, como já visto Walter Schottky, na Alemanha - empregando os mais diversos tipos de cristais tentavam
experimentalmente explicar o mecanismo da retificação.
De uma forma geral todos concordavam que a
retificação ocorria:
Quando o material condutor tornava-se
vacuidade de cargas na junção, que criava uma
barreira para o equilíbrio do fluxo de elétrons
através da mesma. A aplicação de um campo
elétrico reduzindo a ação da barreira permitiria o
fluxo de elétrons, enquanto que, de forma
inversa ocorreria menor depleção de cargas no
material semicondutor e, assim, aumentando a
barreira ao fluxo dos elétrons.
Como visto, desde o final do século XIX, os esforços para se conseguir um
dispositivo amplificador estado sólido exeqüível, foi a saga de muitos inventores,
engenheiros e cientistas.
Entretanto, foi somente em 1948 que uma equipe de físicos, trabalhando nos laboratórios Bell, EUA, William
Shockley, John Bardeen e Walter H. Brattain, definiram numa base teórica que em tal tipo de dispositivo
semicondutor, o fluxo da corrente enviada através de dois contatos podia ser
controlada por meio de uma corrente, enviada por um terceiro contato
semelhante ao comportamento encontrado numa válvula termiônica ou triodo.
Este dispositivo foi denominado de TRANSISTOR, um
acrossemia para: TRANSFERÊNCIA e RESISTÊNCIA.
Em termos de um circuito elétrico, o TRANSISTOR
consiste num conjunto de dois diodos operando em
oposição, de forma que a estrutura cristalina N-P-N é
provida com três pontos de contatos ou eletrodos
denominados de EMISSOR, COLETOR, os quais, por sua
vez estão ligados aos dois cristais N, enquanto que o
terceiro ou BASE esta ligada à parte positiva ou cristal P.
Este dispositivo semicondutor é chamado de
TRANSISTOR bipolar. Em sua operação normal a junção
base emissor é polarizada para frente enquanto que a
junção coletor base na direção oposta. O termo transistor
foi originalmente, proposto por John R. Pierce,
considerando a dualidade deste dispositivo com a válvula termiônica. Enquanto que na
válvula a transcondutância é um parâmetro sobremaneira importante, no transistor o ganho é feito pela trans-
resistência, daí o seu nome.
Ambos os tipos de transistores N-P-N ou P-N-P
operam de forma idêntica diferenciando apenas
que polaridades invertidas.
Desta forma, os elétrons fluem do emissor para
o coletor, e, do coletor para o
emissor, respectivamente para a junção do tipo
N-P-N e P-N-P.
Apesar da sua enorme potencialidade, os
primeiros TRANSISTORES de germânio eram
incapazes de manter estreitas tolerâncias com
relação as suas características elétricas. Através
da melhoria das técnicas de fabricação esta
situação foi logo contornada e, desta forma, o
TRANSISTOR como um amplificador do estado sólido logo atingiu o desempenho
de uma válvula termiônica.
Ilustração do circuito denominado de
base aterrada comparado com aquele
de grade aterrada em um triôdo
termiônico.
Ilustração do circuito denominado
emissor aterrado, comparado com
aquele de catodo aterrado em um
triôdo termiônico.
Esquemático ilustrando a reversão das
polaridades encontradas em um
transistor N-P-N e P-N-P.
Ilustração do
amplificador estado
sólido, mostrando os seus
três pontos de contato:
Emissor (e), Coletor (c) e
base (b).
Ilustração de um aparelho traçador de
curvas para transistor mostrando o
comutador para conversão das
polaridades P-N-P e N-P-N.
Ilustração do transistor ou dispositivo
semicondutor com três pontos de
contato comparado com um primitivo
diodo de Germânio.
Assim, por volta de 1958, para combater a evolução do estado sólido a companhia RCA lançou no mercado
um dispositivo termiônico miniaturizado o NUVISTOR.
Ilustração do princípio de operação do Transistor
N-P-N em função do arranjo inter cristalino do
cristal usado na sua fabricação. Na realidade
consiste de uma camada N ligada ao emissor E; a
camada P a qual esta ligada à base B e, por fim uma
segunda camada N ligada ao coletor C. Em termos
de circuito tem-se assim dois diodos em oposição
(b). Em repouso, o sistema tem falta de elétrons na
junção à esquerda ou E-B, enquanto que falta de
vacâncias, na junção à direita.
Se uma tensão positiva em relação a E for aplicada
em B, a diferença de potencial será suplantada de
forma que o diodo E-B torna-se condutivo pelo fluxo de elétrons para a Base, havendo um aumento de corrente
com a tensão.
Por outro lado, como a camada P tem menor quantidade de impureza que a camada N, faz com que os elétrons
não consigam encontrar vacâncias suficientes para serem neutralizados na Base acumulando-se na mesma. Se
uma tensão positiva em relação a E for aplicada a C, o diodo B-C impedira o fluxo de corrente. Como E-B é
condutivo fornecendo uma tensão relativamente alta os elétrons cumulados em B serão atraídos por esta tensão
externa. Desta forma uma pequena parte dos elétrons aplicados em E fluirão para B: sua maior parte para C, porém
a quantidade de elétrons fornecidos por E dependerá da tensão existente entre B e C. Tendo-se assim a
amplificação, a corrente em relação ao coletor é muito maior que aquela da base, porém depende da tensão ou
corrente através da base respectivamente.(70 Years of Electronic Components - Philips)
10.4 - O NUVISTOR, O OCASO DA TERMIÔNICA
Em 1960, a companhia americana RCA lançou no mercado mundial um novo tipo de válvula feita em material
cerâmico, sem partes de vidro ou mica com dimensões extremamente reduzidas, cerca de 2 cm, a qual foi
denominada de NUVISTOR.
Este novo tipo de componente termiônico foi um esforço final da indústria
para competir como então TRANSISTOR que surgia, cujo desenvolvimento
iniciou-se em 1955 nos laboratórios de pesquisa da RCA, tendo como
engenheiro responsável George Rose.
Desde o inicio da termiônica, sabia-se que o tamanho das válvulas era sobre
dimensionados podendo ser reduzidos caso a tecnologia da época assim
permitisse.
Desta forma, ao se diminuir o tamanho dos elementos estruturais da válvula
algumas das suas características podiam ser mantidas constantes,
enquanto,outras melhoradas ou mesmo pioradas. Assim, por exemplo,
enquanto não ocorrem alterações tanto na transcondutância com na
resistência de placa, a eficiência do catodo e o desempenho em alta
freqüência melhoram. Por outro lado, devido a elevação da densidade da
corrente do catodo, tanto a grade como a placa trabalham em temperatura
mais elevada, o que atua de uma forma adversa tanto para segurança como
da própria vida da válvula.
Assim, pela diminuição das distâncias entre os eletrodos ou elementos
estruturais pode-se evitar estes efeitos deletérios, além do que permitir que
os mesmos operem com tensões menores resultando maior vida útil do
catodo como, também, eliminando-se métodos de isolação, por meio de soquetes especiais aliados a
condensadores.
Ainda dentro do conceito de miniaturização outro aspecto importante é a troca térmica entre os elementos
estruturais. Pois enquanto o calor deve ser mantido entre o catodo e a sua estrutura de suporte, é importante que
a grade e a placa com os seus respectivos elementos de suporte sejam feitos de materiais termicamente
condutores para se manterem frios, e, assim evitar a formação de gases.
O NUVISTOR revolucionoua tecnologia de fabricação de válvulas minimizando ou mesmo eliminando estas
deficiências tornando a sua fabricação um estado da arte.
Durante o seu desenvolvimento foram pesquisadas muitas tecnologias como, por exemplo, estruturas planares,
cilíndricas ou mesmo empilhamento espaçado de origem cerâmico: selagens em junções metal/vidro ou
metal/cerâmica.
Finalmente os engenheiros optaram por uma configuração cilíndrica com extremidade aberta para facilitar o
trabalho de miniaturização.
Cada eletrodo da válvula de forma reduzida e leve era fixado em seu suporte consistindo de uma estrutura cônica
que por sua vez eram montados em uma pastilha cerâmica. Materiais originalmente usados na fabricação de
válvulas como o vidro e a mica como, também da técnica de soldagem a ponto não foram empregados.
Este conceito de estrutura rígida, metal cerâmica deu origem a um componente termiônico, de tamanho reduzido,
leve e com altíssimo desempenho.
O NUVISTOR foi lançado no mercado em várias versões como triodo, tetrodo e finalmente como um pentodo de
5W. As suas principais características são mencionadas na figura A.
O NUVISTOR foi empregado como componente tanto para fabricação de equipamentos eletrônicos quer para fins
civis como militares sendo particularmente responsável pelo sucesso dos televisores coloridos fabricados pela
RCA na década de 60.
Por volta de 1961, a RCA já havia fabricado cerca de 1 milhão de NUVISTORES cuja fabrica permaneceu ativa até
1976.
O NUVISTOR sem dúvida alguma foi um passo adiante na tecnologia de fabricação de válvulas. Com o fechamento
da fabrica da Sylvania em 1980, após quase 20 anos de permanência no mercado como concorrente direto do
TRANSITOR o mesmo gradativamente começou a ser descontinuado em função do crescente domínio do estado
sólido.
Esquemático mostrando a construção
de uma válvula Nuvistor onde:
1 - catodo
2 - grade
3 - filamento
Detalhes da montagem de uma válvula
Nuvistor.
Ilustração onde:
a) cristal de galena ou sulfeto de chumbo
usado como primitivo detector de radiação
eletromagnética.
b) a válvula termiônica inventada a partir do
triôdo de De Forest; durante mais de 40 anos
foi empregada como elemento detector,
amplificador na indústria eletrônica.
c) o Nuvistor considerado como a última
tecnologia na fabricação de válvulas.
4 - placa
5 - invólucro de metal
6 - base cerâmica
7 - haste para fixação no soquete
Figura A - Principais características da válvula Nuvistor.
10.5 - O DOMÍNIO DO ESTADO SÓLIDO
Apesar do seu avanço científico e tecnológico, aliado a enorme potencialidade
de aplicações práticas apresentadas por ocasião do seu lançamento em 1948, o
transistor não foi aceito de imediato pela indústria eletrônica, que ainda relutava
em abandonar a válvula considerada até então como o seu mais versátil
componente, apesar das suas diversas desvantagens: fragilidade, caríssimo
ferramental para fabricação dos seus complexos elementos estruturais.
Entretanto, no começo da década de 50, a tecnologia do estado sólido, oriunda
do Transistor de contato, teve um desenvolvimento acentuado, de forma que a
sua evolução pode ser historicamente alocada conforme a seguinte cronologia:
DATA TECNOLOGIA
1954 TRANSISTOR DE SILíCIO
1955 TRANSITOR MESA
1959 TRANSISTOR PLANAR
1960 TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO - FET
Comparação entre uma válvula
miniatura com os primeiros tipos de
transistores de germânio.
10.5.1 - O TRANSISTOR DE SILÍCIO
Como anteriormente visto, o primeiro transistor consistia de uma base feita com cristal de Germânio, provido com
dois pontos de contacto, formando dois diodos em oposição.
Sua fabricação em escala começou obtendo-se o Óxido de Germânio, GeO², por meio de tração à medida que as
impurezas iam sendo introduzidas no bloco fundido. Entretanto, como a dosagem das impurezas era um processo
complexo, não se podia obter um semicondutor com características elétricas estáveis.
Desta maneira desenvolveu-se um processo de fabricação no qual uma fatia do Germânio N era colocada entre
duas bolachas do elemento Índio que atuava como formador das impurezas. Este sanduíche era então aquecido a
temperaturas de 500 - 650ºC, bem abaixo do ponto de fusão do Germânio, em uma atmosfera redutora. Pelo seu
conceito metalúrgico da formação do cristal, foi denominado de processo de liga.
Após o resfriamento, a liga de Germânio - Índio assim obtida, cristaliza-se se formando a matriz P. Finalmente as
conexões eram soldadas nas partes remanescentes das bolachas do Índio, formando então o transistor tipo P-N-
P.
Entretanto, como a matriz N, como poucos doadores, tinham uma elevada resistência específica, era necessário
que a camada formadora da base fosse bem fina, da ordem de 20 mícron, exigindo assim, um rigoroso estágio de
controle.
Este processo de produção foi rapidamente usado pela a indústria na obtenção de um amplificador estado sólido,
de baixa potência, que pelo seu tamanho reduzido, baixíssimo consumo, teve aplicação imediata na fabricação de
aparelhos para surdez, principalmente em rádios receptores que agora podiam operar com alimentação por
baterias de 6, ou 12 V.
Estes aparelhos de concepção estado sólido ou rádios transistorizados como são mais conhecidos conquistaram
o mundo pela sua qualidade e portabilidade.
Em 1954, é lançado no mercado o primeiro transistor empregando o Silício. O Silício, um elemento químico com
ponto de fusão em 1420º C, tinha várias vantagens sobre o Germânio como: maior resistência a temperatura, baixa
corrente de fuga e, maior tensão de corte.
Desta maneira, os transistores feitos com Silício podiam operar com maior potência, pois tinha maior dissipação
de calor, sendo assim particularmente indicados para aplicações militares. O Silício como material foi um grande
avanço na produção de transistores, porém, não tardou muito para que um grupo de engenheiros, trabalhando nos
laboratórios de pesquisa da companhia americana Fairchild desenvolvesse em 1957 uma nova tecnologia para
fabricação de um amplificador estado sólido, conhecida como processo por difusão.
Diagrama pictórico mostrando os principais estágios de fabricação de um transistor de germânio (Electronics 1954)
O processo de preparação do lingote
de germânio.(Electronic World)
O processo de redução do GeO2 é feito
num forno elétrico a 600ºC em
atmosfera de hidrogênio.
O processo de crescimento vertical
produzindo um cristal N-P-N.
O processo de controle da espessura da
camada P e da resistência das regiões
N.
As operações de corte produzem
Transistores a partir do cristal singelo.
I - primeiro são obtidas as fatias
perpendiculares ao plano de junção.
II - As fatias agrupadas são serradas
em barras.
III - O ataque eletrolítico torna as
junções visíveis para a centralização
do corte.
Corte do cristal
Um dos primeiros tipos de rádio
receptor transistorizado, de origem
japonesa surgido no mercado, por
volta de 1960.
A esquerda: Propaganda lançando no
mercado no final da década de 1950 de
um dos primeiros receptores portátil
fabricados pela empresa Regency
usando transistores de germânio
fornecidos pela Texas Instruments.
Tanto o preço, desempenho e,
principalmente a facilidade de
transporte do aparelho são itens
enfatizados pelo TI, que foi uma
empresa pioneira na fabricação de
transistores para fins militares e
comerciais.
10.5.2 - O TRANSISTOR MESA
O processo por difusão tinha muitas vantagens quando
comparado com aqueles anteriormente usados. Assim, por meio
dele, podia-se agora controlar os parâmetros usadosno processo
de fabricação como a temperatura, a pressão de vapor e, o tempo,
de forma que a profundidade de penetração das impurezas
adicionadas à matriz do cristal, podia ser facilmente determinada
e, portanto, obter-se uma espessura uniforme das junções da base
do semicondutor.
O transistor Mesa, assim denominado devido ao seu formato de
mesa, foi o primeiro amplificador do estado sólido fabricado pelo
processo de difusão.
Por serem mais robustos podia dissipar maior quantidade de calor
e, portanto, operar em níveis elevadíssimos de freqüência servida,
assim, como excelentes amplificadores de sinais de vídeo na faixa
do U.H.F.
Trabalhando paralelamente, em 1959, a Philips holandesa
desenvolve um outro componente estado sólido, conhecido como
transistor POB uma abreviação para: Pushed Out Base -
congênere do transistor Mesa, que foi largamente empregado na
concepção de circuitos para freqüências nas faixas de onda curta,
FM e TV.
Aparentemente o transistor Mesa era a última palavra como um
amplificador estado sólido. Entretanto, o processo de fabricação
por difusão apresentava algumas falhas. Assim, além de se ter
certa fragilidade nas junções durante a conformação da sua configuração estrutural, era bastante susceptível a
contaminação superficial.
No intuito de contorná-las novamente os engenheiros da Fairchild deram mais um passo inovador como o
desenvolvimento do transistor Planar.
Detalhe mostrando o arranjo estrutural do primeiro tipo
de transistor Mesa
10.5.3 - O TRANSISTOR PLANAR
É interessante notar que o desenvolvimento do processo Planar, lançado em 1959, foi oriundo da tecnologia de
fabricações de câmeras e materiais correlatos para fotografia, campo no qual esta companhia tinha grande
experiência.
Basicamente, o processo de fabricação empregava uma película de material fotossensível, a qual se polimerizava
sob a ação da luz ultravioleta denominado de PHOTORESIST.
Sobre a matriz de Silício previamente tratada com o PHOTORESIST, aplicava-se uma mascara fotográfica com a
configuração das funções do semicondutor. Sob a ação da luz ultravioleta,as partes expostas da película
PHOTORESIST eram sensibilizadas e, assim impressas na matriz; as demais partes eram removidas, geralmente
por um processo de lavagem.
Com a matriz de Silício assim configurada, procedia-se então, o subseqüente estágio de ataque para a impressão
final da configuração do semicondutor.
Por meio deste processo obtinha-se uma impressão precisa, reproduzindo-se todos os detalhes do layout tais
como: furos, imagens, pequenos planos, etc, impossível de se conseguir por meio das mascaras mecânicas
usadas na fabricação do transistor Mesa.
Como todos os elementos da configuração na matriz estavam localizados em um mesmo plano, os engenheiros
cognominaram-no como transistor Planar.
Semelhante às tecnologias anteriores, o processo Planar, apresentava também a sua desvantagem a qual consistia
na sua incapacidade de se obter transistores de potência devido à alta resistência encontrada no material usado
na fabricação do coletor. Em junho de 1960, os laboratórios Bell, o mesmo que havia inventado o primeiro
amplificador estado sólido, desenvolveu o processo epitaxial de fabricação de transistores.
O processo epitaxial consistia no crescimento de uma fina camada de Silício sobre o substrato do cristal singelo.
Uma vez que a resistência da camada era diferente daquela do substrato, permitia a produção do semicondutor
dentro da camada epitaxial cujas características eram independentes do material usado no substrato.
Desta maneira podia-se fabricar um transistor sobre um substrato resistente e espesso, tendo agora uma base
fina, capaz de operar em alta freqüência e, um coletor com baixa resistência podendo fornecer maior potência.
Em 1960, a tecnologia de fabricação do transistor bipolar tinha atingido avanços consideráveis. Entretanto, os
laboratórios de pesquisas não estavam parados e, assim tendo como base o processo Planar desenvolveram um
outro conceito de amplificador estado sólido, o transistor de efeito de campo.
10.5.4 - O TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO - FET
A busca para um amplificador a cristal não é tão recente como se possa parecer a primeira vista pois data de 1920.
O que é interessante de se notar é que nas primeiras experiências neste sentido, considerou-se o seu principio
operacional no conceito do efeito de campo por ser este semelhante à ação da grade de controle no fluxo de
elétrons em uma válvula termiônica, ou seja, um dispositivo a cristal controlado por tensão, no lugar de corrente.
Nos meados da década de 1920, baseado nas suas pioneiras experiências, o físico alemão trabalhando nos EUA,
Julius E. Lilienfeld, tentou obter patente para um amplificador a cristal, tendo como material estrutural o Sulfeto
de Cobre.
Entretanto, por se tratar de um trabalho isolado,
naquela época pouca atenção foi dada ao mesmo.
Alguns anos mais tarde, em 1935, na Inglaterra, o
inventor alemão Oskar Heil consegue obter uma
das primeiras patentes para um amplificador a
cristal operando pelo princípio de efeito de campo.
Sua concepção consistia no emprego de um eletrodo de controle para regular o fluxo da corrente através de uma
fina camada semicondutora, elaborada com vários tipos de materiais estruturais como o Óxido de Cobre, o
Pentóxido de Vanádio, Telúrio e Iodo. Na realidade, o dispositivo inventado por Heil foi o precursor do transistor
de efeito de campo com porta isolada, uma vez que o eletrodo de controle estava isolado do substrato.
No final da década de 1930, experiências baseadas no princípio da foto-eletricidade feitas por R.W. Pohl,um jovem
físico alemão, deu origem a um triodo semicondutor, de ação lenta, que consistia de um fio metálico atuando como
uma grade ou porta para controlar o fluxo dos elétrons através de um cristal aquecido de Brometo de Potássio.
Sendo um estudo de laboratório, o mesmo veio apenas provar teoricamente a possibilidade de se obter à
amplificação de um sinal por meio de um dispositivo estado sólido por efeito de campo.
Como visto, as tentativas para se obter os primeiros amplificadores estado sólido, operando pelo princípio de
efeito de campo, consistia na modulação da corrente, que fluía através de um bloco de material semicondutor,
aplicando-se cargas por meio de uma grade ou porta a qual deveria estar isolada daquele substrato. Entretanto,
ao se aplicar às cargas, estas por sua vez não deveriam afetar o fluxo da corrente através do substrato, pois assim,
seriam atraídas para a superfície do mesmo.
Apesar do seu funcionamento ser assim bastante simples, como até então, desconhecia-se o mecanismo de
formação das camadas na superfície do cristal - posteriormente explicado por Bardeen, através da sua teoria dos
estados da superfície - o desenvolvimento do transistor de efeito de campo foi consideravelmente atrasado.
Ironicamente isto veria acontecer bem mais tarde, após o aparecimento de um semicondutor de maior
complexidade como o transistor bipolar.
No final de 1950, a produção comercial de semicondutores já tinha atingido um volume considerável. Desta
maneira para se obter dispositivos cada vez mais aperfeiçoados, com alto desempenho e menor custo de
fabricação, levou os pesquisadores novamente em concentrar os seus esforços no transistor de efeito de campo,
devido principalmente pela sua concepção simples e baixo consumo.
Stanislas Teszner, um cientista polonês, trabalhando para uma subsidiária francesa da companhia General
Electric, desenvolve em 1958 o primeiro transistor de efeito de campo, feito em liga de Germânio, sem porta isolada,
para operar em freqüências elevadas, na faixa de MHz, comercialmente denominado de TECNICTRON.
Nos EUA, o primeiro transistor de efeito de campo-junção foi
fabricado em 1960 pelacompanhia Teledyne. Alguns anos mais
tarde em 1967, surge um interessante sistema semicondutor
linear empregando este tipo de transistor, comercialmente
conhecido como FETRON.
O FETRON, na realidade consistia de um conjunto de
transistores operando em topologia de circuito tipo cascode.
Foi originalmente desenvolvido para substituir a enorme
quantidade de válvulas termiônicas, tipo tetrodo e
pentodo, usadas no sistema de telefonia americano devido as
suas diversas desvantagens operacionais quando
comparadas ao transistor, como já anteriormente visto.
Como se pode notar, os primeiros transistores deste tipo
tinham na região de depleção, uma junção P-N polarizada para
controlar a seção transversal efetiva - e, portanto, a
condutividade - de um substrato semicondutor.
Trabalhando em conjunto nos laboratórios de pesquisas da
companhia americana RCA, os engenheiros Steve Hofstein e
Frederic P. Heiman, usando da então novíssima tecnologia de
fabricação Planar, desenvolvida pela Fairchild, fazem uma
modificação na configuração do transistor de efeito de campo-junção. Assim, se substitui a estrutura de controle
tipo junção por polarização reversa, por uma grade ou porta metálica, isolada do substrato de Silício através de
Reprodução da patente sob numero 1.745,175 concedida pelo Departamento
de Patentes dos EUA ao físico J.E.Lilienfeld em janeiro de 1930 para um
método e, um primitivo dispositivo para controlar correntes elétricas por
meio do estado sólido mais tarde inventado pela Bell Laboratories sob o nome
de transistor.
À esquerda o "FETRON" fabricado pela "Teledyne"; direita
o HIN ou "Hybrid Integrated Network", um componente
estado sólido semelhante ao "FETRON", porém fabricado
pela "Western Electric".
uma fina camada de Óxido de Silício.
A idéia originalmente proposta por Heil em 1935, para um transistor de efeito de campo com porta isolada tinha
sido finalmente conseguida, surgindo assim, o chamado semicondutor MOSFET, um acrônimo para: metal-oxide-
semiconductor field effect transistor.
A tecnologia MOS foi um enorme avanço na fabricação de semicondutores, pois permitiu que em uma área
extremamente diminuta do bloco de cristal fossem produzidos vários componentes como diodos, transistores,
originando assim o novo e promissor campo da Micro Eletrônica.
10.6 - A MICRO ELETRÔNICA
A miniaturização de componentes tanto passivos
como ativos para operar de forma integrada
sempre foi um perene objetivo na Eletrônica. Este
trabalho contínuo ao longo dos anos deu-se
através da busca de novos tipos de materiais,
elaboração de ferramental mais preciso,
aprimoramento de processos de produção, etc.
Entretanto, por ser a válvula um componente
fundamental por cerca de 50 anos, é novamente na
Termiônica que o processo de miniaturização tem
as suas primeiras tentativas, como o aparecimento
da chamada válvula múltipla ou integrada.
10.6.1 - A VÁLVULA MÚLTIPLA - UM CIRCUITO INTEGRADO DE
1920
O conceito de se colocar dois ou mais eletrodos dentro de um bulbo de vidro vem da fabricação do AUDION, ou o
triodo de filamento duplo, inventado por De Forest.
Ao longo dos anos foram desenvolvidos vários tipos de válvulas múltiplas ou integradas, tanto nos EUA como na
Inglaterra, porém, foi na Alemanha que esta idéia foi consagrada.
Assim, em 1920, logo após a primeira guerra mundial, a Alemanha estava sob as restrições impostas pelo tratado de
Versalhes. Sua difícil situação econômica forçou o governo em sobre taxar muitos produtos incluindo
radiorreceptores.
Os impostos eram determinados geralmente pelo número de válvulas que o aparelho
possuía.
Conhecedor desta situação peculiar, o Dr. Sigmund Loewe, fundador e proprietário
da companhia Loewe Radio AG, de Berlin, numa parceria de pesquisa com o Dr.
Manfred Von Ardenne, pioneiro nas pesquisas sobre o
tubo de raios catódicos, desenvolvem um
dispositivo termiônico provido de vários elementos
e, componentes dentro de um único bulbo de vidro,
o qual pode ser considerado semelhante ao
moderno circuito integrado.
Assim, em 1926, a companhia lança no mercado
alemão a primeira válvula múltipla.
Três anos mais tarde, em 1929, desenvolve um
rádio receptor cujo circuito operacional consistia
apenas de uma única válvula múltipla.
Considerando-se a tecnologia e, os materiais
disponíveis nos primeiros anos do século 20, a
fabricação deste tipo de dispositivo termiônico não
era uma tarefa fácil, exigindo uma técnica avançadíssima de sopragem de vidros
além de grande perícia para a montagem dos elementos estruturais da válvula.
As válvulas múltiplas mais conhecidas fabricadas pela companhia "Loewe Radiam" foram os tipos: 3NF e 2HF.
O tipo 3NF era usado para aplicações de topologias
de circuito de baixa freqüência consistindo de uma
base de baquelita com 6 pinos de contato,
operando com tensão de 4V - 0,3 A, e 135V,
respectivamente tensões de filamento e anodo. A
válvula continha no seu bulbo de vidro três válvulas
triodo conectadas em cascata, com os seus
respectivos resistores de grade e anodo, alem dos
capacitores de acoplamento. Para evitar a
contaminação do vácuo no bulbo, os capacitores e
resistores eram selados individualmente em
pequenas cápsulas de vidro. Finalmente o sistema
era montado em uma complexa estrutura metal-
vidro sobre uma base especial .
Semelhante em tamanho e, usando a mesma configuração de 6 pinos, o tipo 2HF era
usada para aplicações de alta freqüência. Por sua vez consistia de duas válvulas tetrodo arranjadas como dois
estágios amplificadores de radio freqüência, operando em 4V - 0,17 A e, 15 V; respectivamente as tensões de filamento
e anodo.
Por volta de 1930 a linha de produtos da companhia consistia em vários tipos de válvulas múltiplas para operação
em corrente alternada dentre as quais se destaca o tipo WG36, fabricado em bulbo metálico. Devido ao seu conceito
peculiar para época, este tipo de válvula era considerado como um inovador e tecnicamente factível dispositivo
termiônico, cuja fabricação nunca fora tentada antes.
Através das suas avançadas pesquisas em topologias de circuito, materiais e, mesmo processos de fabricação, o Dr.
Loewe deu inicio a um novo campo na Eletrônica pela miniaturização de componentes passivos como ativos e,
portanto, desta maneira podendo ser considerado como o precursor do moderno circuito integrado.
A válvula Loewe 3 NF.
O receptor modelo O. E. 333
mostrando o seu sistema de bobinas
intercambiáveis.
Vista interna do receptor modelo O.E.
333 mostrando o soquete da válvula
com 6 pinos.
O receptor modelo O. E. 333
mostrando o seu sistema de bobinas
intercambiáveis.
A válvula múltipla com o
soquete de 6 pinos.
Os elementos internos da
válvula modelo 3 NF.
Radiografia da
válvula 3 NF
A válvula tipo 6N7 de origem
americana. Um duplo triodo também
considerado como uma válvula
múltipla.
A válvula múltipla 3NF completa.
10.6.2 - O CIRCUITO INTEGRADO
Esquemático mostrando a
configuração de um circuito integrado
de um amplificador de vídeo faixa
ampla, fabricado por volta de 1962,
utilizando a técnica passiva e de filme
fino, composto de: 3 transistores, 2
diodos Zener e 6 resistores. Neste
processo, todos os elementos ativos
podiam ser fabricados sobre um único
substrato semicondutor e interligados
com componentes passivos arranjados
de forma estratificada.
Mmacrofotografia mostrando as
quatro camadas de circuitos
separadas, capaz de abrigar quatro
tipos de circuitos isolados com
centenas de componentes isolados.
O circuito integrado moderno,
mostrando a sua estrutura interna.O ano era 1952, e, numa conferência proferida no
encontro anual de componentes ocorrida nos EUA, o
cientista inglês Geoffrey W.A. Dumer, considerando
o advento do Transistor, já previa o aparecimento
num futuro não muito distante de aparelhos
eletrônicos, formados por conjuntos de
componentes isentos de interligações por fios os
quais estariam montados e, inseridos em um bloco
sólido.
Na realidade este bloco poderia ser constituído de
múltiplas camadas de materiais que atuariam como
isoladores, retificadores, condutores e amplificadores, cujas funções elétricas seriam
interligadas por um processo de corte de certas áreas das mesmas.
Esta previsão tecnológica não tardou acontecer, quando dois engenheiros
americanos, Jack Kilby e Robert Noyce trabalhando independentemente concebem,
em 1959 os primeiros circuitos integrados.
Jack Kilby como pesquisador dos laboratórios de micro miniaturização da companhia
Texas Instruments, obtêm em 1958 a patente para o primeiro circuito integrado de
caráter operacional. As pesquisas de Kilby partiram do seu prévio conhecimento em
se obter resistores aproveitando a inerente resistência ôhmica do cristal, como se
usando das junções P-N de polarização reversa para os capacitores.
Na elaboração deste primeiro circuito flip-flop foram fabricados simultaneamente em
um bloco de Germânio monolítico os resistores, os capacitores com junção P-N e, o
transistor tipo Mesa usando da técnica de foto mascara.
Entretanto, este tipo de circuito integrado apresentava ainda algumas desvantagens
como:
-dificuldade em se conseguir uma otimização dos componentes individualmente;
-dificuldade na formação das interligações, além de ser;
-um projeto caro de difícil modificação.
O silício puro. O silício é geralmente
empregado na fabricação de
transistores FET, circuitos integrados,
etc. Entretanto, atualmente foram
desenvolvidos novos tipos de materiais
semicondutores compostos dentre os
quais tem-se: o Arsenieto de Gálio, o
Fosfêto de Índio, o Telurêto de
Mercúrio-Cádmio, o Sulfeto de
Cádmio e o Telurêto de Cádmio.
Ilustração de um tipo de um moderno
circuito integrado.
Estrutura de um moderno circuito
integrado, observada através de um
microscópio, usando da técnica de
modulação de luz, conhecida como
contraste por interferência Nomarsky.
Entretanto, em 1959, Robert Noyce, gerente dos laboratórios de pesquisa e
desenvolvimento da divisão de semicondutores da companhia Fairchild, explorando
das possibilidades da tecnologia Planar consegue contornar todos aquelas
dificuldades.
Desta forma, o conceito proposto pro Noyce consistia em se obter as interligações pela técnica de metal evaporado de
forma que logo após a solicitação da patente, inicia-se a produção, obtendo-se os resistores e transistores em um
bloco de Silício pelo processo de difusão.
Nestes primeiros circuitos integrados, a topologia elétrica era uma versão miniaturizada daquela previamente projetada
de forma convencional com o emprego de componentes discretos, para certificar-se da correta operação do mesmo.
Assim, cada junção e conexão tinham a sua contrapartida no circuito integrado. Entretanto, o circuito integrado atuava
agora na forma de um bloco montado, cujas funções circuitais integradas eram comandadas por portas, ou um
comutador biestável - também, denominado de flip-flop, ou memórias digitais controladas por um pulso de um relógio
- originando, assim uma lógica operacional.
Os primeiros circuitos integrados fabricados pela Fairchild; empregavam a lógica RTL ou, Resistor-Transistor-Logic,
sendo comercializados dentro de uma família de componentes semicondutores comercialmente conhecidos como
Micrologic.
A produção em massa de circuitos integrados começou por volta de 1960. Entretanto, eram ainda considerados
semicondutores caros apresentando certas deficiências operacionais devido às características dos sistemas usados
para acoplar-se os seus diversos transistores.
No começo da década de 1960, surge não somente a lógica TTL ou Transistor-Transistor-Logic como, através das
pesquisas do projetista James L. Buie a companhia Pacific Semiconductor desenvolve um método de acoplamento
bem mais avançado denominado de Transistor-Coupled Transistor-Logic - TCTL.
Até aqui a os circuitos integrados usavam apenas de transistores do tipo bipolar.
Este semicondutor, além de ser restrito as complexas topologias de circuito que surgiam, apresentava ainda um
elevado custo de fabricação.
Assim, como visto anteriormente a tecnologia MOS, advinda das pesquisas com o transistor de efeito de campo,
MOSFET, é rapidamente desenvolvida e, empregada na elaboração de semicondutores com elevada capacidade de
integração podendo, agora, incorporar em uma área extremamente reduzida um maior numero de portas,
O "Wafer" de silício preparado do silício puro. "Wafer" ou um preciso substrato do material semicondutor
dever ser cuidadosamente preparado em diversos estágios: o seccionamento do cristal e em seguida
esmerilhado e polido para obter uma superfície isenta de deformações plásticas e mecânica apresentando
rígidas tolerâncias e planidade e espessura. O processo de afinamento do "Wafer" freqüentemente conhecido
como "backlapping" ou retro-esmerilhamento, é geralmente feito no final do processo de fabricação para
reduzir a condutividade térmica do substrato, como aumentar a velocidade de transmissão do sinal através
do dispositivo semicondutor. Geralmente é um processo que implica na remoção de material partindo de uma
espessura inicial entre 500 a 400 mm até atingir uma lâmina entre 150 - 100 mm. Atualmente devido ao
aparecimento de dispositivos semicondutores sofisticados requerem "Wafers" com espessuras de 50 mm ou
inferiores.
Microprocessadores
Os dispositivos eletrônicos miniaturizados destinados as mais diversas funções de processamento lógico
conhecidos como microprocessadores LSI – Large Scale Integration - começaram a ser introduzidos no mercado a
partir de 1971 sendo responsáveis pela enorme revolução ocorrida nos computadores. Os primeiros processadores
fabricados em placas de silício foram originalmente usados
Iilustração de diversos tipos de
dispositivos semicondutores
modernos:
na fabricação de calculadoras. Em 1974 a empresa americana
“Intel™” fabricou o processador 8080™ que possibilitou a
introdução do computador pessoal. Desde então desenvolveu
uma seqüência de microprocessadores que para fins de evolução
tecnológica se destacam:
Tipo 80286™: conhecido como 286™ que foi fabricado e
distribuído mundialmente em grande quantidade.
Tipo 386™: este revolucionário microprocessador de 32 Bits
surgiu em 1985 permitindo operar diversos programas
simultaneamente.
Tipo 486™: foi o primeiro dispositivo eletrônico miniaturizado a
possuir um co-processador matemático o que aumentou
consideravelmente a velocidade de processamento dos
computadores além de facilitar
sobremaneira a sua instalação. Na ilustração o microprocessador 486 DX2™,
provido com uma grade composta com 168 pinos de contato alimentado com
tensão de 5V CC, incluindo ventoinha de refrigeração logo foi substituído pelo
tipo 486 DX4™ um congênere ainda mais rápido.
Tipo Pentium™: um novo nome para o microprocessador 586™ introduzido
no mercado em 1993. Na realidade foi um grande salto tecnológico quando
comparado com o seu congênere 486™, pois foi projetado para o
processamento de voz, som como imagens fotográficas. Inicialmente o
microprocessador Pentium apresentou diversos problemas como preço
elevado como de natureza técnica, do qual o mais grave foi de sobre
aquecimento, contornado pelo emprego de uma ventoinha de refrigeração
fixada sobre o componente. Esta família de microprocessadores engloba os
tipos Pentium Pro™,II, III e atualmente IV.
O microprocessador Intel™ 486 DX 2™ e a ventoinha de
refrigeração
O microprocessador 486DX2™ com a sua grade
de 168 pinos de contato.
Tabela mostrando a evolução dos dispositivos
10.7 - DESBRAVADORES DO ESTADO SÓLIDO
A busca frenética para se conseguir um dispositivo semicondutor eficaz, para a amplificação de tênues sinais
elétricos que culminou com o aparecimento dos atuais componentes do estado sólido, foi durante anos a saga de
muitos cientistas, engenheiros, inventores dentre os quais pelo seu trabalho pioneiro se destacam:
Edouard Branly
Nascido em Amiens, França, aos 23 de
outubro de 1844. Seus estudos são
completados na Escola Normal Superior.
Trabalhando no departamento de Física da
Sorbonne, obtém seu doutorado neste
campo do conhecimento. Durante os seus
estudos sobre a condutividade elétrica,
Branly observou que alguns materiais na
forma de pó eram afetados na sua
condutividade pelas ondas
eletromagnéticas.
Em 1885 desenvolve o coesor, o primeiro
detector de ondas Hertzianas. Edouard
Branly falece em Paris aos 24 de março de
1940.
Erwin Schrodinger
Nascido em Viena em 1881. Obteve o premio
Nobel em conjunto com P. A. M. Dirac em
1933, por sua contribuição com a nova
teoria da mecânica ondulatória aplicada a
estrutura do átomo.
Greenleaf Whittier Pickard
Engenheiro elétrico, formado pela Universidade de Harvard e Instituto Tecnológico de Massachussets. Em 1903,
inicia suas pesquisas sobre a aplicação de minerais como detectores de ondas Hertzianas. Durante os seus
estudos avalia uma grande quantidade de materiais naturais concluindo que a galena, ou o Sulfeto de Chumbo
apesar da sua fragilidade, era o mais sensível de todos. Além de descobrir o princípio da detecção por meio de
cristal inventa o "Perikon", um detector de ondas Hertzianas, feito pela prensagem do Oxido de Zinco e a
Calcopirita. Como engenheiro consultor foi detentor de mais de 100 patentes.
Jack St. Clair Kilby
Nasceu em Jefferson City, Missouri, EUA. Começou sua carreira em Eletrônica como engenheiro na companhia
Globe-Union, EUA, fabricante de componentes para rádios. Em 1958, trabalhando no depto de micro
miniaturização da companhia Texas Instruments, inventa o circuito integrado.
John Bardeen
Nascido em Maison, Wisconsin, EUA, em 1908, recebeu seu doutorado em Física do Estado Sólido pela
universidade de Princenton. Autor da teoria da supercondutividade foi co inventor to Transistor. Em 1956, recebeu
o Premio Nobel juntamente com William Shockley e Walter House Brattain.
Walter House Brattain
Um dos co-inventores do Transistor. Obteve seu doutorado em Física pela universidade de Minnesota quando teve
a oportunidade de assistir várias palestras sobre o então promissor campo da Mecânica Quântica, proferida por
cientistas do gabarito de Erwin Schrodinger e James Franck. Em 1929 inicia seu trabalho nos laboratórios Bell no
campo da emissão termiônica e de outras propriedades superficiais de materiais. Pelo seu conhecimento sobre a
Física do Estado Sólido, em 1931, é indicado para trabalhar com J. A. Backer no desenvolvimento de um retificador
de Óxido de Cobre.
Edouard Branly trabalhando em seu laboratório no final do século XIX.
Walter Schottky
Nascido em 23 de julho de 1886, em Zurique, Suíça, completou seus estudos em Física na universidade Humboldt
em Berlim. Obteve seu doutorado em 1912, quando se mudou para Jena na Alemanha para trabalhar com Max
Wien quando, paralelamente, começa suas pesquisas sobre a interação dos elétrons e íons no vácuo e em
materiais sólidos. Em 1919, trabalhando na companhia Simens, inventa a válvula tetrodo. Após vários anos de
estudos, em 1929, publica o livro "Thermodynamik".
Através das suas inúmeras pesquisas sobre materiais semicondutores, em 1938, postula sua teoria que explicava
o comportamento da retificação do contato de um metal semicondutor como dependente de uma camada ou
barreira na superfície de contato entre os dois materiais. Esta foi à base para a fabricação dos chamados diodos
de barreira. Walter Schottky faleceu em Pretzfeld na Alemanha em 4 de março de 1976.
William Bradford Schockley
Físico norte americano, nascido em Londres em 1910. Discípulo de John Slater um dos pioneiros da Mecânica
Quântica. Recebeu seu doutorado em Física em 1936 pelo Instituto Tecnológico de Massachussets logo após
iniciar suas pesquisas sobre a Física do Estado Sólido nos laboratórios Bell. Foi um dos co-inventores do
Transistor.
11 - A ADMIRÁVEL SOCIEDADE DA TECNOLOGIA ELETRÔNICA
No início da década de 1980, menos de 80 anos da invenção do AUDION, ou primeira válvula termoniônica
operando como um elemento amplificador confiável, a Eletrônica já tinha alcançado um avançado estágio de
desenvolvimento científico e tecnológico.
O domínio do elétron, atuando de forma incisiva nos mais diversos campos da atividade humana como lazer,
trabalho, saúde, segurança, educação, etc, influi, agora, sobremaneira na conformação da moderna sociedade.
Com suas várias perspectivas e tendências, desponta no horizonte a admirável sociedade da tecnologia eletrônica.
11.1 - NO ESPÍRITO DA PESQUISA E DO EMPREENDIMENTO
A pesquisa pode ser entendida como o esforço da mente em entender relações
ainda desconhecidas, exigindo além de aguçado tirocínio, paciência e grande
habilidade.
Apesar de ser antigo, o conhecimento científico adquirido através da pesquisa
nunca foi tão usado como no final do século XIX, quando uma geração de homens
anteviu a enorme possibilidade de aplicá-lo no desenvolvimento de inovações
para torná-las comercialmente uma realidade.
Assim, em 1832, o médico americano Charles Jackson conheceu o seu
conterrâneo Samuel F.B. Morse, companheiro em uma viagem de retorno da
Europa. Numa determinada ocasião durante a viagem, um grupo discutia o
eletromagnetismo, e alguém perguntou a Jackson qual a relação entre o fluxo da
Eletricidade e o comprimento do fio. Jackson respondeu a pergunta, e Morse
comentou que talvez fosse possível transmitir mensagens desta maneira.
Chegando aos Estados Unidos, Morse inventou o t
elégrafo que foi
patenteado em 1837
tornando logo a
Telegrafia um meio de
comunicação
imprescindível
originando, assim, inúmeras empresas prestadoras deste
serviço ao redor do mundo.
No final do século XIX, invenções como o telégrafo, o
telefone, o fonógrafo surgido nos EUA, atraíram muitos
pesquisadores europeus como Nikola Tesla e Charles
Proteus Steinmetz.
Steinmetz logo é contratado para trabalhar nos
laboratórios de desenvolvimento da empresa General
Electric e, não tarda em aplicar seu talento
cientifico, simplificando complexas equações matemáticas referentes a
fenômenos de alteração de ciclos e fases o que facilitou sobremaneira projetos
de aparelhos elétricos.Fig 286. Na mesma época o jovem matemático sérvio
Nikola Tesla realizava uma série de experiências que o conduziram a diversas
invenções como: o motor de indução, a bobina Tesla, além de desenvolver teorias
em correntes de alta freqüência. Em 1895, inventa um novo método para geração
de energia elétrica através de corrente alternada possibilitando sua transmissão
a longas distâncias. No inicio da sua vida nos EUA, Tesla trabalha em um
laboratório de pesquisas, situado em Orange, Nova Jersey, de propriedade do não
menos famoso Thomaz Alva Edison. Em 1879, Edison patenteia a sua lâmpada
incandescente que popularizou o uso da iluminação criando assim um
empreendimento com investimentos bilionários, Tabela 1. Além disso, a lâmpada
incandescente pode ser considerada como o ancestral da válvula termiônica, o
primeiro elemento amplificador confiável das tênues correntes elétricas, que
tornou uma realidade à transmissão das ondashertziana através do éter.
CRONOLOGIA EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA
1879 Lâmpada elétrica com filamento de papel carbonizado feito a mão.
1880 Lâmpada elétrica com filamento de bambu.
1881 Lâmpada elétrica com nova base provida com anel de resina para aumentar resistência.
Samuel Morse, o inventor do
telégrafo
Fig. 286 – fenômenos elétricos como a eletroindução e
magnetoindução descobertos por experimentos científicos foram
equacionados de forma a torná-los aplicável na prática dando
origem a aparelhos elétricos como, por exemplo, o motor de
indução.
Fig. 286A - A eletrificação das vias
férreas foi uma das aplicações da
transmissão da corrente elétrica
alternada a grande distância.
1887
Lâmpada elétrica com filamentos soldado aos terminais substituindo o processo por
eletrodeposição.
1888 Lâmpada elétrica com filamento revestido com composto asfáltico melhorando sua eficiência
1892 Lâmpada elétrica com os primeiros bulbos de vidro soprados em moldes.
1900 Lâmpada elétrica usando base de porcelana no lugar de resina.
1901 Lâmpada elétrica com vidro negro para isolamento de parte da base.
1905
Lâmpada elétrica tipo GEM, feita com filamento de carbono fabricado em forno.O filamento
consistia de dois laços conectados em série o que aumento consideravelmente a eficiência da
lâmpada.
1906
Lâmpada elétrica com filamento de Tântalo cuja eficiência era bem maior que aquela do tipo
GEM.
1907
Lâmpada elétrica com o primeiro tipo de filamento em Tungstênio. Por ser um material muito
quebradiço o filamento era feito prensando pó de Tungstênio em uma pasta e em seguida
pressionado através de um orifício diamantado.
1910
Lâmpada elétrica com novo tipo de ancoramento para suportar o filamento de Tungstênio
surgindo o nome comercial “MADZA”.
1911
Lâmpada elétrica com o primeiro tipo de filamento trefilado em função da tecnologia
desenvolvida nos laboratórios da GE tornando o Tungstênio dúctil.
1912
Lâmpada elétrica “MADZA” com suporte reforçado para suportar o novo tipo de filamento
trefilado.
1913
Lâmpada elétrica “MADZA C”, com filamento trefilado operando em atmosfera com gás
inerte permitindo operação em temperaturas mais elevadas e assim com maior eficiência.
1914
Lâmpada elétrica “MAZDA C”, com bulbo provido com pescoço alongado evitando o sobre
aquecimento da base.
TABELA 1 – MOSTRANDO A CRONOLOGIA DA EVOLUÇÃO DA LÂMPADA INCANDESCENTE ATÉ O INÍCO DA PRIMEIRA
GRANDE GUERRA.
11.2 - EXPLORADORES DO ÉTER
Em 1901, logo após a histórica experiência de Marconi com
as transmissões transatlânticas de rádios sinais, surgem
os primeiros operadores de rádio, precursores do
radioamadorismo um dos pilares das modernas
transmissões como da radiodifusão.
No início, as primitivas emissoras eram em sua maioria de
construção caseira, consistindo do transmissor e o
respectivo receptor. O primeiro, consistia do transmissor
por fagulhamento, a fonte de alimentação por bateria, o
manipulador de telegrafia, um bom ponto de terra e, da
antena. Fig. 287
Para melhorar a
intensidade do
sinal transmitido,
como da própria
sintonia, mais
tarde o
transmissor foi
provido com um
condensador e, de
uma bobina de
derivação arranjados na forma de um circuito oscilante fechado. Fig. 288
Por sua vez, o receptor, de concepção também, bastante simples,
compunha-se de uma bobina de sintonia, o fone de ouvido com o
respectivo capacitor de passagem, uma chave comutadora para a seleção
do modo de transmissão ou recepção e, finalmente o detector de ondas
Hertzianas, encontrado nos diversos tipos disponíveis na época como
mineral, eletrolítico etc. Fig. 289
Devido ao incipiente
conhecimento da ciência
do rádio, as primitivas
emissoras operavam
ainda em um limitado espectro de freqüência, ou seja, somente em
ondas longas, e, com máximo de corrente na antena. Em 1907,
DeForest nos EUA inventa o primeiro triodo, ou Audion. Com a
termiônica que
Fig. 287 – A era dos aparelhos fabricados em casa pelos primeiros
radioamadores
Fig 288 – ilustração de um primitivo
transmissor por fagulhamento.
Fig. 289 - Ilustração de um primitivo radiorreceptor.
surgia, o radioamadorismo se espalha rapidamente formando-se os primeiros
clubes e associações dentre as quais a American Radio Relay League, ARRL, nos
EUA, fundada pelo patrono dos amadores Hiran Percy Maxim. Na Europa, um
obscuro pioneiro do rádio, A. Steringa-Idzerda, usando de triodos, cognominados
de IDEEZET, desenvolvidos com componentes usados na fabricação de pequenas
lâmpadas incandescentes pela fábrica de lâmpadas fundada em 1851 por Gerard e
Frederick Philips, precursora da então N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken, constrói
um transmissor telefônico e, de Kurhaus em Scheveningeassim, passa a transmitir
concertos de musica clássica. Fig 290 Assim, a partir da segunda década do século
20, um pioneiro do rádio não precisava mais do que uma pequena soma em dinheiro
para adquirir o componente básico para construção de uma pequena estação
transreceptora ou seja, no lugar de bobinas de fagulhamento, detectores de
radiofreqüência mineral ou eletrolítico, agora da inovadora “lâmpada de rádio”, que
atuando como um eficiente amplificador como detector de ondas hertzianas
permitia-lhe a exploração do éter confortavelmente acomodado em sua sala de
estar.
Entretanto, a grande contribuição destes exploradores do éter na aplicação
sistemática da tecnologia eletrônica é sentida no esforço de guerra exigido durante
o primeiro conflito mundial ocorrido entre 1914-1918, pois na sua grande maioria
os contingentes especializados em comunicações dos exércitos beligerantes eram
na realidade amadores os quais aplicaram todo o seu conhecimento adquirido na
vida civil para a operação como manutenção dos primitivos equipamentos usados
na radiocomunicação militar.
Fig. 290 – Hiram Percy Maxim, um
pioneiro do radioamadorismo.
Através do seu entusiasmo e
dedicação, fundou em 1914 liga
americana de radioamadores –
American Radio Relay League –
ARRL – paradigma para a criação
de instituições congêneres em outros
países. Radio Amateur Handbook
11.2.1 - A DEFINIÇÃO DO RADIOESPECTRO
No início da década de 1920, as emissoras dos radioamadores operavam nas faixas de 200 – 250m ou seja 1500-1200
kHz.
Com o aumento da demanda por licenças de operação, em 1935 o número de canais por kHz era bastante grande de
forma que assim foram alocadas as tradicionais faixas de 160 - 80 - 40 - 20 - 10 e 5 metros.
Esta crescente demanda ocorreu devido o melhor conhecimento da tecnologia dos transmissores, pois desta maneira
foram eliminados os diversos fatores que influenciavam a estabilidade de freqüência em osciladores autocontrolados.
Assim, a fase de experimentos e construção caseira cede lugar para aparelhos industrializados, cujas inovações e
concepções tecnológicas influenciaram sobremaneira o futuro da radiocomunicação. Fig. 291
Fig. 291- Ilustração da distribuição do radioespectro abrangendo todos os serviços de
acordo com a convenção de Washington em 1927. Revista Antenna 1931.
11.2.2 - O RADIOAMADORISMO MODERNO
Conforme anteriormente visto, nas primeiras décadas do século 20, o radioamadorismo desenvolveu-se em função da
incipiente tecnologia da época utilizando-se de aparelhos de construção caseira. Primeiramente com transmissores
por centelhamento. Logo sem seguida, com o advento da válvula, os mesmos empregando-se
das inovadoras topologias de circuitos Hartley, Colpitts ou
ultraaudion podiam, atingir assim, potências máximas de saída de
25 a 100W para os tipos de antenas então disponíveis como: L
invertida, widom ou Zepp.Assim por volta de 1930 começaram surgir as primeiras inovações
tecnológicas tanto para os modos de transmissão em onda
contínua, CW, como em fonia. A estabilidade do transmissor foi
melhorada reduzindo-se o acoplamento entre o oscilador e a
antena. Nesta nova topologia, circuitos amplificadores eram
inseridos para isolar o oscilador. Para operação em modo de fonia,
a ineficiência dos moduladores classe A foi contornada pelo
emprego no estágio de saída de duas válvulas de potência de áudio
operando em amplificação classe B.
Por volta de 1933, surgem os primeiros tipos de osciladores
controlados por cristal, bem como os transmissores eram agora
fornecidos com fontes de alimentação providas com filtragem das
placas para todos os estágios com exceção para as faixas de 10 e
5 m.
Paralelamente, com o advento do circuito superheterodino descortina-se uma nova era para os rádios-receptores cuja
tecnologia de ponta para época, rapidamente substitui os primitivos congêneres usando dos circuitos: regenerativo,
radio freqüência sintonizada e neutrodino.
Na realidade o moderno rádio-receptor de comunicação foi um
compromisso entre o desenvolvimento tanto de componentes,
dentre os quais principalmente a válvula termiônica como de
concepções construtivas que influíram sobremaneira na
melhoria da sua seletividade como sensibilidade.
Devido às características do circuito superheterodino muitas
experiências foram feitas até se definir a padronização da atual
freqüência intermediária de 455 kHz.
Entretanto, a adaptação do circuito superheterodino ao rádio-
receptor de comunicação foi feita gradativamente devido ao
custo envolvido. Primeiramente os fabricantes lançaram no
mercado o conversor que era adaptado a um simples rádio.
Este tipo de aparelho usava válvulas do tipo screen-grid tanto
para o oscilador local como o primeiro detector e bobinas de
inserção.
A desvantagem do conversor era que o seu desempenho
estava diretamente ligado à seletividade da freqüência intermediaria do receptor. Fig. 292
Para a recepção de sinais em onda contínua, era necessário que o receptor superheterodino fosse provido com um
oscilador de batimento adicional, também conhecido com oscilador de freqüência de batimento, b.f.o (
Fig. 292 – Ilustração de um conversor para faixas de ondas
curtas para adaptação ao receptor.
Fig. 293 Esquemático de um oscilador de freqüência de batimento –
BFO.
beat frequency oscillator) de maneira a produzir um sinal
audível. Fig. 293
Nos anos trinta é concentrado grandes esforços no
desenvolvimento de receptores de comunicação tipo
superheterodino, dando-se ênfase ao conceito de uma a boa
seletividade no segundo estágio detector o que configurava uma avançada topologia dos circuitos de radio freqüência
e de freqüência intermediária.
Como visto, para a recepção de sinais em onda contínua necessitava-se de um oscilador de batimento o que produzia
faixas laterais em ambos os lados da portadora. Este fenômeno, exaustivamente estudado por Lamb resultou no
aparecimento do rádio-receptor superheterodino para recepção de sinais únicos em onda contínua, provido agora com
um filtro a cristal no seu estágio de freqüência intermediária. Assim, por meio deste circuito podia sintonizar-se apenas
a faixa lateral desejada de forma que o sinal tornava-se efetivamente como faixa lateral única no segundo estágio
detector do receptor.
Como a seletividade do receptor continuava sendo o grande objetivo dos projetistas
logo surgiram os aparelhos providos com detectores lineares , controle automático
de volume e com gama de cobertura ampliada até 30 MHz, devido ao grande
interesse para operação na faixa de 10 m. Com isto o receptor tornou-se mais
suscetível a rejeição de imagem o que foi contornado pela inserção no circuito, logo
após o estágio de conversão, de vários estágios de radiofreqüência. Fig 294
Um outro fator importante no desenvolvimento do moderno receptor de
comunicações, foi o aparecimento no
mercado das modernas
válvulas conversoras
pentagrade, como por
exemplo, o tipo 2 A7.Esta
válvula, atuando
simultaneamente como,
osciladora e detectora, foi
rapidamente empregada
respectivamente no primeiro
e segundo estágio detector,
bem como oscilador de
freqüência de batimento.
Fig. 295
No final da década de 1930,
a tendência da industrialização do receptor de comunicação já
estava consolidada. Assim nesta época, os projetistas
dispunham de muitas inovações quer no campo de
componentes, como por exemplo, das recém lançadas válvulas metálicas de 6 Volt, do transformador de freqüência
intermediária de núcleo metálico, bem como de novos circuitos dentre os quais se tem o filtro corta ruídos de
freqüência intermediária, desenvolvido por Lamb em 1936.
Os primitivos tipos de antenas cedem lugar para modernas configurações de dipolos, os quais são agora conectados
ao receptor pelo novíssimo tipo de linha de alimentação denominado de cabo coaxial lançado no mercado em 1937.
Fig. 294A - Ilustrações de diversos tipos de receptores de comunicação fabricados após a segunda
grande guerra.
Fig. 294 - Ilustração de um dos primeiros tipos de rádiorreceptores
de comunicação feito em caráter industrial na década de 1930.
Receptor de comunicação modelo HRO 5, fabricado nos EUA pela
National Company.
Fig. 295 - Válvula 2 A7- uma das
primeiras válvulas conversora
pentagrade.
Fig. 296 - O primeiro tipo de transmissor auto-sintonizado tipo
ART-13, de fabricação Collins Radio – EUA.
Rádiorreceptor de comunicação modelo GR 78,
fabricado nos EUA pela Heath Company no
início da década de 1970
Fig 294B - Radiorreceptor de comunicação de
fabricação norte americana modelo RME 84
Com a eclosão da 2ª guerra mundial em 1939, a atividade radioamadoristica é interrompida. Analogamente ao que
ocorrera 20 anos antes, durante o primeiro conflito, a grande maioria dos amadores se alistam nas forças armadas
atuando, assim, como operadores e, principalmente como instrutores de rádio.
O esforço de guerra exigido dos países beligerantes impulsionou consideravelmente o avanço das radiocomunicações
pela introdução de inúmeros desenvolvimentos tecnológicos.
Assim, pela sua importância para o estado da arte do radioamadorismo como da indústria eletrônica na área de
comunicações nos anos subseqüentes a guerra, destacam-se o transmissor auto-sintonizado, o oscilador de sintonia
por permeabilidade, (PTO - Permeability Tuned Oscillator) e o filtro mecânico. Fig. 296
Sem dúvida alguma foram inovações conseqüentes da enorme contribuição dos radioamadores para com a Eletrônica,
onde se evidencia a figura de Arthur Andrew Collins, fundador da empresa “Collins Radio Company”.
NOMENCLATURA DESCRIÇÃO DAS PARTES
A
ENTRADADA OU SAÍDA DO SINAL
ELÉTRICO
B
SUPORTE DO DISCO EM CADA
EXTREMIDADE
C
SEÇÃO MECÂNICA RESSONANTE
COMPOSTA DE 6 DISCOS
D BARRAS DE ACOPLAMENTO
E IMÃ DE POLARIZAÇÃO
F BOBINA DO TRANSUDTOR
G
BARRA DE ACIONAMENTO
MAGNETOESTRITIVA
O transmissor auto-sintonizado e, o PTO, foram grandes
avanços nas comunicações aeronáuticas durante a guerra.
Pois atuando em conjunto, permitiam uma combinação de
várias freqüências sintonizadas automaticamente que
podiam ser mudadas rapidamente pelo rádio operador
tornando quase que impossível o seu monitoramento ou interferência pela inteligência eletrônica inimiga.
Por outro lado, o filtro mecânico é um dispositivo eletro-mecânico com uma
excepcional seletividade, podendo assim separar sinais adjacentes em intervalos de
500 ciclos/segundo. Na realidade, o filtro mecânico funciona pelo principio da
magnetostrição. Assim, atua como um transdutor que converte as oscilações da
energia elétrica em vibrações mecânicas e vice-versa.Através das pesquisas
efetuadas nos laboratórios da Collins Radio Company os engenheiros descobriram
que este princípio podia ser usado para aplicações com impulsos elétricos e, em 1952,
o Instituto de Engenheiros de Rádio, EUA, (IRE) anuncia oficialmente o lançamento do
filtro mecânico.
Em sua concepção básica, consiste de um conjunto de bobinas interligadas com uma
série de discos feito em liga de níquel encapsulados num invólucro metálico.
Assim, se um sinal elétrico for aplicado aos terminais da entrada do filtro é convertido
em vibrações mecânicas pela bobina em função da magnetostrição. Por sua vez esta
vibração mecânica desloca-se através da seção ressonante composta pelos discos de
liga de níquel para a bobina de saída que pelo fenômeno magnetostritivo novamente é convertida em sinal elétrico.
Para aumentar a eficiência do acoplamento eletromecânico uma polarização magnética é aplicada por pequenos imãs
colocados sobre as bobinas.
A fabricação dos filtros mecânicos era extremamente complexa e inicialmente, criou uma série de problemas para os
engenheiros da Collins. Em 1950, com as deficiências iniciais devidamente sanadas, a companhia investiu
consideravelmente na construção de uma fábrica especialmente destinada a produção de filtros mecânicos, os quais
agora já desenvolvidos para operar em várias freqüências.
O aparecimento do filtro mecânico abriu novos horizontes não somente nas comunicações por microondas, porem, foi
o elemento necessário para a revolução conhecida como as transmissões em faixa lateral única.
Fig. 297
H
ENTRADA OU SAÍDA DO SINAL
ELÉTRICO
Fig. 297 - Esquemático do filtro mecânico.
Fig 297A - Ilustração de um filtro
mecânico.
11.2.3 - AS TRANSMISSÕES EM FAIXA LATERAL ÚNICA
A idéia de transmissões em faixa lateral única surgiu por volta de 1915. No final da década de 1920, as transmissões
telefônicas por cabo submarino operavam por este sistema. Em 1936, a companhia Western Electric, EUA, construiu
um transmissor de alta freqüência o qual usava uma série de motores elétricos para manter o BFO estabilizado na
freqüência.
Entretanto, a consolidação deste modo de transmissão tornou-se técnica e comercialmente possível graças às
pesquisas feitas por Arthur Collins e os seus engenheiros no início de 1950.
Nas comunicações em SSB, é usada somente uma das faixas laterais de forma que somente a faixa lateral
remanescente é irradiada pelo transmissor. Em algumas topologias deste modo de transmissão permitem quando
desejável, a injeção de um nível controlado da portadora, de forma que tanto um sinal puro em SSB ou um sinal com
portadora controlada podem ser irradiados. Assim, quando necessário, a portadora pode ser inserida com um nível
suficiente alto para permitir sua demodulação por um receptor operando convencionalmente, em AM ou modulação
por amplitude.
Como somente uma faixa lateral é irradiada, aliada a grande estabilidade de freqüência, não exigindo faixas de guarda
tão amplas, a largura do canal de transmissão requerida é metade daquela necessária para transmissões pôr
modulação em amplitude, AM. De forma que a finalidade precípua do SSB foi o aproveitamento do rádio espectro tanto
para os radioamadores como em outros congestionados canais de comunicação.
Desta maneira, o conceito de transmissão em faixa lateral única resolveu inúmeros problemas de comunicações em
função não somente da sua economia, confiabilidade e principalmente versatilidade operacional. Nos meados da
década de 1950, tanto os radio amadores como boa parte dos sistemas de comunicações militares como aqueles
usados em aviação civil já dispunham de equipamentos operando em faixa lateral única. Fig. 298
Fig. 298 - esquemático da transmissão em faixa lateral única – SSB.
NOMENCLATURA ESTÁGIO NO TRANMISSOR NOMENCLATURA ESTÁGIO NO RECEPTOR
A MICROFONE J SINTONIZADOR
B
OSCILADOR DA PORTADORA
DE BAIXA FREQUENCIA
L
AMPLIFICADOR DE
FREQUENCIA
INTERMEDIARIA
C MODULADOR BALANCEADO M MISTURADOR
D AMPLIFIADOR DE ÁUDIO N OSCILADOR DE BATIMENTO
E
FILTRO DE FAIXA LATERAL
ÚNICA
O
FILTRO DE FAIXA LATERAL
ÚNICA
F CONVERSOR BALANCEADO P
AMPLIFICADOR DE
FREQUENCIA
INTERMEDIÁRIA DE FAIXA
ESTREITA
G OSCILADOR DA PORTADORA Q
OSCILADOR DE
DEMODULAÇÃO
H
AMPLIFICADOR LINEAR DE
POTÊNCIA
R DETECTOR DE PRODUTO
I AMPLIFICADOR LINEAR S AMPLIFICDOR DE ÁUDIO
T AUTOFALANTE
298A - ilustração de um rádiorreceptor de comunicação para operação em
SSB modelo 2B fabricado pela companhia norte americana R.L.Drake no
início da década de 1960.
Sem dúvida alguma o conceito de transmissão em faixa lateral única causou uma revolução nas comunicações.
Conforme anteriormente visto a sua evolução deve grande parte ao esforço de radioamadores que na sua perene
tradição na melhoria do emprego do éter como meio de transmissão das ondas hertzianas atua concomitantemente no
desenvolvimento de um outro não menos importante campo da Eletrônica que aquele da radiotelefonia móvel.
11.2.4 - A RADIOTELEFONIA MÓVEL
Para efeito de alocação histórica, o conceito da radiotelefonia
móvel teve início no começo do século XX quando Thomaz
Alva Edison demonstrou pela primeira vez um sistema que
permitia a comunicação telegráfica sem fio entre uma
composição ferroviária em movimento e a estação base fixa.
O aparelho precursor de Edison sugeria apenas o uso de
sinais telegráficos e não ondas de rádio, de forma que foi
somente duas décadas mais tarde que os primeiros sistemas
de radiotelefonia móvel foram adotados para o envio de
mensagens de estações fixas para veículos. Os
departamentos de policia foram os primeiros usuários deste
meio de comunicação. Assim, as mensagens eram
transmitidas por meio de rádio em faixas alocadas acima do
espectro de freqüências de onda média, as quais eram
captadas por rádio receptores instalados nos veículos de
patrulha. Uma vez que ainda não se dispunha de
transmissores portáteis para a sua devida instalação em
veículos, os policiais em patrulha tinham que responder as
mensagens através de telefone convencional fixo em postos
situados em pontos estratégicos da cidade. Fig. 299
Os rádios amadores contribuíram consideravelmente
também, para o desenvolvimento da radiotelefonia móvel,
pois usaram da sua longa experiência em operar nas
freqüências de 5 e 10 metros no desenvolvimento dos
primeiros transmissores portáteis para operação nas faixas
de 30 e 40 MHz.
Estes
primeiros
sistemas
usavam de
transmissores operando em modulação por amplitude com receptores
do tipo super regenerativos. Logo foram substituídos para operação
nas faixas de VHF usando de topologia de circuito superheterodino.
Com o aparecimento da transmissão e recepção em freqüência
modulada, inventada e colocada em operação por Armstrong, antes da
segunda grande guerra, logo é empregada nos sistemas de
radiotelefonia móvel.
A radiotelefonia móvel teve grande aplicação não somente na segunda
guerra usando dos mais diversos tipos de equipamentos portáteis,
porém principalmente na área civil, nos anos subseqüentes ao conflito,
dando origem aos mais diversos serviços os quais foram alocados em
freqüências específicas. Dentro deste universo é interessante enfatizar
o aparecimento do serviço de rádio cidadão, operando na faixa de 11
metros, ou 27 MHz, cujo objetivo primordial foi permitir ao cidadão
comum, sem nenhum conhecimento técnico, dispor de um modo de
comunicação rápido e versátil, principalmente para profissionais como
médicos, engenheiros, motoristas de táxi, fazendeiros, etc. Fig. 300
Assim ao sintonizarmos em nosso moderno receptor uma determinada
emissora para acompanharmos a emocionante partida do nosso time
de futebol favorito devemos muitoaos cavaleiros do éter que através
do seu perene esforço para a melhoria das comunicações contribuíram
sobremaneira para o rádio tornasse um aparelho de uso popular.
Fig. 299 - Ilustração de um dos primeiros sistemas de
radiocomunicação para fins policiais.
Fig 299A - Ilustração do radio patrulhamento feito pela
policia inglesa no início da década de 1960.
Fig. 300 - Alguns tipos de receptores para operação na freqüência de “faixa do
cidadão”.
Transceptor de 14 canais modelo BB-12 marca Hallicrafters de
procedência norte americana.
Transceptor
portátil , três
canais, para
faixa do cidadão
marca Midland
de procedência
americana.
11.3 - O RÁDIO ENTRA EM CASA
No final da década de 1920, as radiocomunicações se
consolidam, de forma que as transmissões em
telegrafiaou mesmo em radiotelefonia que exigiam um
grande domínio técnico do operador logo se
popularizam com o aparecimento das primeiras
radioemissoras dando origem a moderna radiodifusão.
Enquanto que nas décadas anteriores as famílias
dispunham em sua sala de estar apenas do fonógrafo,
do piano ou mesmo, da aconchegante cadeira de
balanço para a leitura de um bom livro, o radiorreceptor
de uma forma arrebatadora adentra aos lares, tornando-
se um elemento fundamental não somente para
decoração, porém, principalmente para o
entretenimento como informação interligando
simultaneamente milhares de radio ouvintes ao redor
do mundo. Fig. 301
Conforme anteriormente visto no capítulo 3, o
desenvolvimento do rádiorreceptor já fora abordado de
forma genérica, considerando-se basicamente como
elemento evolutivo às concepções de circuito
disponíveis na época.
Entretanto, o fenômeno do rádio, rapidamente
difundido na sociedade, exigiu uma rápida adequação
da indústria, de forma que para torna-se produtiva e,
assim, atender a então crescente demanda de aparelhos, foi obrigada a pesquisar e desenvolver novos conceitos de
fabricação, de componentes, de materiais e, principalmente, devido agora às características peculiares deste tipo de
Fig. 301 a sala de estar agora provida com um novo tipo de mobília o
radiorreceptor doméstico.
eletro doméstico que surgia, do design industrial, responsável diretamente pela sua concepção eletro-mecano-
construtiva.
11.3.1 - A REVOLUÇÃO INDUSTRIAL DO
RADIORRECEPTOR
Em menos de uma década após o aparecimento da radiodifusão em 1920, do incipiente receptor a cristal passando
pelos conjuntos modulares de construção caseira, o rádiorreceptor doméstico sofreu uma vertiginosa evolução em
função não somente da sua concepção de circuito, porém de aspectos fabril começando pela sua construção eletro-
mecânica.
Reprodução parcial de propaganda dos primeiros rádios receptores
usando placas de circuito impresso lançados no mercado pela
empresa inglesa PYE.
11.3.1.1 - A CONSTRUÇÃO ELETRO-MECÂNICA
Os primeiros radiorreceptores de caráter industrial eram construídos
na forma de um tabuleiro, mais conhecido como “breadboard”.
Entretanto, com o contínuo avanço de componentes passivos e ativos:
resistores, capacitores,
Fig. 302 -O sistema de montagem de componentes em
tabuleiro mais conhecido como “breedboard”.
transformadores, alto-falantes e das válvulas respectivamente, o
tabuleiro foi logo por substituído pelo chassi que facilitava
sobremaneira a montagem dos componentes eletromecânicos. O
chassi geralmente era estampado, perfurado e finalmente revestido
com uma camada de zinco eletrodepositada, com finalidade de
proteção e estética. Fig 302
A montagem em chassi, aliado a inovação na circuitação foi
responsável também para o desenvolvimento da escala de sintonia ou
dial, o qual deveria ter um posicionamento adequado de forma a ser
de fácil leitura pelo usuário. Com o advento do indicador de sintonia
primeiramente de caráter mecânico e, mais tarde eletrônico, o e
ntão conhecido “olho
mágico”, exigiu que o
dial tornasse ainda
mais aprimorado
tanto na sua forma
como no
posicionamento no
gabinete do aparelho.
Fig 303
Por sua vez, a
ergonomia dos
controles do receptor:
volume, seletor de
faixas, seletividade,
etc, também, foram
exaustivamente
estudados pelos
engenheiros pois além
de influenciarem no
projeto do gabinete do
aparelho tinham que
ser ainda de fácil operação, pelo emprego de knob apropriado.
Mais tarde, no final da década de 1950, com o advento do transistor e da própria miniaturização dos componentes, é
desenvolvida a tecnologia da placa de circuito impresso. fig 304
Devido às características introduzidas pela montagem eletromecânica, conseqüentemente trouxe, também, a
necessidade do desenvolvimento e emprego de novos tipos de materiais. Fig. 305
Fig. 303 - Exemplo de montagem mecânica destacando a
fixação do dial.
Fig. 303A - Ilustração de um dos primeiros tipos de dial.
Fig. 304 - Ilustração de uma placa de circuito impresso.
Fig. 305 - Detalhes da montagem eletromecânica.
11.3.1.2 - A INDÚSTRIA ELETRÔNICA E OS MATERIAIS
Conforme visto em capítulos anteriores, a busca por novos tipos de materiais sempre foi saga da ciência eletrônica.
Nos primórdios, pesquisadores e amadores empregam os materiais disponíveis tanto de origem orgânica: madeira,
resinas naturais, produtos a base de celulose; como metálica: ferro, latão, bronze, cobre etc. Entretanto, com a
industrialização em massa, foram surgindo novos grupos de materiais oriundos de tecnologia avançada:ligas
metálicas, cerâmicas e, principalmente os plásticos. Tabela 2.
TABELA 2 - OS MATERIAIS E SUAS APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
ORIGEM COMPOSIÇÃO/LIGA APLICAÇÃO
NOME
COMERCIAL
OBSERVAÇÃO
Derivados
da celulose
Nitrato de celulose dial Celulóide
Acetato de celulose
Dial, Isolação,
discos
Fibesto,
Plasticele
Resinas
sintéticas
Fenol-formaldeído
Gabinetes, dial,
plugues
Baquelita,
Durez
moldados
Painéis,isolação
Micarta,
Fórmica
Laminados
Uréia-formoldeído
Peças especiais Catalin Fundidos
Gabinetes, dial,
knob, etc
Plaskon
Resinas
naturais
Derivados do petróleo
Materiais de
impregnação,
carcaças de
baterias
Cetec
Thermoplax
Asfalto, pixe
Ligas
metálicas
Ferro-Níquel-Cobalto
Selagem
metal/vidro em
válvulas
Kovar
Ferro-Alumínio,
Níquel-Cobalto
Alto falantes, imãs
permanentes
Alnico
Níquel-Ferro
Núcleos para
bobinas de FI
Permalloy
Ferro-Magnésio
Núcleos para
bobinas de FI
Magicore
Aglutinado
em cerâmica
Me- Óxido de Ferro
Núcleos para
bobinas de FI
Ferroxcube
Me= elementos
bivalentes, Manganês,
Magnésio, Cobre,
Zinco
Cerâmicas
Silicato de Magnésio
hidratado
Isoladores, peças
para alta
freqüência
Alsimag
Grupo de materiais
oriundos da esteatita
Silicato de Magnésio
hidratado
Isoladores Kersima
Óxido de Silício-
Alumínio
Isoladores, soquetes Porcelana
Esta rápida evolução tecnológica com o desenvolvimento de novos processos de produção, materiais aliados ao
próprio desenvolvimento em topologias de circuito, deu origem ao não menos importante campo do design
industrial.
11.3.1.3 - O DESIGN INDUSTRIAL
Juntamente com os enormes avanços nos processos de fabricação e
tecnológicos do rádiorreceptor doméstico surge o design industrial,
diretamente responsável pelo sucesso mercadológico entre os fabricantes.
Até o final da década de 1920, a madeira era ainda o principal material
usado pelos fabricantes, de forma que os
gabinetes de rádiorreceptoresdomésticos
seguiam os conceitos clássicos de mobílias,
como por exemplo o estilo Luis XVI. Fig 306
Para efeitos de alocação histórica, a
importância do design industrial inicia-se em
1930, quando nos EUA, Edward L. Comb
projeta para a Philadelphia Storage Battery
Company, logo em seguida Philco Radio, o
estilo “Catedral”, também, conhecido no
Brasil como “Capelinha”. O rádiorreceptor
tipo Catedral foi um sucesso de vendas,
tornando-se assim, até hoje, o mais popular e
conhecido estilo de gabinete fabricado.fig
307
Em função da enorme concorrência e,
principalmente devido a problemas
econômicos mundiais onde se tem a crise da bolsa de Nova York em 1928, os
fabricantes são pressionados cada vez mais a inovar tanto na parte técnica como
comercial tornando-se a década de 1930, pródiga em desenvolvimentos de novos
estilos de rádiorreceptores para fins domésticos.
Assim, tanto na Europa com nos EUA, os fabricantes passam a ser
orientados por consultores especializados no design industrial. De uma
simples peça de mobília o rádiorreceptor domestico adquire agora forma
própria, como exemplo, tem-se o modelo portátil TRANSOCEANIC, cujo
estilo marcante foi projetado por Robert Davol Budlong, para a Zenith
Radio, EUA. Fig 308
Fig. 306 – ilustração de mobília no estilo
do final do século XIX.
Fig. 307 o famoso estilo de gabinete de
rádio mais conhecido como “capelinha”.
Fig. 308 – ilustração do projeto de um gabinete
para rádiorreceptor doméstico.
11.3.2 - A EVOLUÇÃO ILUSTRADA DO RADIORRECEPTOR
DOMÉSTICO
Como visto, a partir do final da década de 1920, o design industrial gerou inúmeros tipos de estilos de
receptores.Apesar de muitos projetos estarem vinculados a designers famosos na Europa e EUA como Henry
Dreyfuss, Walter Dorwin Teague, etc, muitos tipos nunca foram documentados ou patenteados tornando a sua
classificação nem sempre fácil. Associações internacionais especializadas no estudo e preservação histórica da
Eletrônica geralmente classificam os receptores tecnicamente, em função do seu circuito elétrico, os quais já foram
comentados no Capítulo 3. Desta maneira, nesta evolução ilustrada do rádiorreceptor doméstico, considerou-se
como elemento classificador os principais materiais empregados na concepção dos seus diversos estilos.
11.3.2.1 - A MADEIRA COMO ELEMENTO DE ESTILO
Conforme anteriormente visto os primeiros tipos de receptores domésticos
industrializados eram do tipo tabuleiros, também conhecidos como
“breadboards”. Fig 309
Nestes primitivos aparelhos, os componentes elétricos eram então
montados em bases previamente trabalhadas geralmente usando madeira
de lei. Logo em seguida, surgem os chamados gabinetes que seguiam os
estilos clássicos de mobília. Com a crescente demanda por receptores de
dial único os fabricantes desenvolvem métodos de industrialização seriada
diminuindo consideravelmente o custo de fabricação de componentes em
madeira resultando assim em aparelhos mais econômicos. A partir de 1930,
o radiorreceptor doméstico adquire forma própria através do design industrial originando as mais diversas
concepções e, conseqüentemente com uma estética aprimorada. Os gabinetes estilizados são agora envernizados,
encerados, polidos ou nos tipos mais sofisticados laqueados em acabamento tipo piano.
Entretanto, apesar do esforço contínuo da indústria na produção seriada, o gabinete em madeira era ainda um item
oneroso. Fig. 310
Fig. 309 - ilustração de um primitivo tipo de
rádiorreceptor com montagem em tabuleiro
fabricado pela companhia "Atwater Kent",
EUA, no final da década de 1920.
Vista de frente de um receptor usando circuito "Neutrodino" fabricação
americana por volta de 1924, usando painel frontal feito em chapa de
Baquelita.
Vista traseira do receptor usando circuito "Neutrodino". Notar que a
montagem é feita em tabuleiro de madeira, pois o chassi metálico ainda não
era usado como ancoragem dos componentes eletrônicos.
Fig. 310 - Diversos tipos de gabinetes de madeiras usados entre 1928 a 1937.
11.3.2.2 - O AÇO COMO ELEMENTO DE ESTILO
A princípio o gabinete em aço não
foi muito bem aceito pelo
consumidor que buscava o
receptor como uma peça integrante
da sua mobília e não como um
aparelho de laboratório. Por volta
de 1928 nos EUA, fabricantes com
a Atwater Kent quebram o
paradigma da madeira como
elemento de estilo, lançando no
mercado, receptores montados em
gabinetes de aço. Para atrair os
consumidores a estética dos
gabinetes geralmente eram feitas
em pintura texturizada ou estilizada
com adornos desenvolvidos por artistas plásticos como no primeiro rádio
fabricado pela Philco nos EUA. Fig. 311 Os receptores em gabinetes de aço tinham
a vantagem de facilitar a montagem do chassi além de incorporarem o sistema de sintonia por dial único diminuindo
assim o custo de fabricação. É interessante notar que os primeiros receptores para operação à rede elétrica
doméstica foram fabricados em gabinetes de aço.
Fig. 311 - Ilustração de
rádiorreceptores com gabinetes de aço.
Fig. 311A - Detalhes da montagem dos componentes
dentro de um gabinete de aço por volta de 1928.
11.3.2.3 - O PLÁSTICO COMO ELEMENTO DE ESTILO
O aparecimento das resinas
sintéticas facilitou
sobremaneira a criatividade
no desenvolvimento de
novos estilos e formas de
um sem números de
objetos, incluindo sem
dúvida o rádiorreceptor.
Pode se afirmar que a idade
do plástico surgiu com o
aparecimento da baquelita,
cuja origem química fenol-
formaldeído, foi inventada
pelo belga naturalizado
americano Dr. Leo H.
Baekeland. Fig 312
No inicio era usada mais como uma laca atuando como fluido para
impregnação. Porém, logo em seguida quando combinada com vários tipos
de cargas, tornou-se uma material de moldagem com larga aplicação
industrial, pois permitia de uma forma bastante prática a fabricação de
objetos com as mais variadas formas.
Fig. 312 – Dr. Leo H. Baekeland, inventor da
resina fenol-formoldeído, mais conhecida como
“baquelita”.
Fig. 313 - Exemplo de um receptor feito em resina
“baquelita”.
Assim o aparecimento da baquelita veio suprir de imediato a necessidade da
industria eletrônica de um material que usando apenas de uma rápida operação de
moldagem substituísse os antigos, caros e trabalhosos processos de fabricação
de gabinetes para radiorreceptores. Fig. 313
Com a baquelita, surgiram outros tipos de
resinas sintéticas usadas para a mesma
finalidade. Dentre elas destacam-se
aquelas vendidas sob o nome comercial de
Catalin e Durez.
O emprego da resina Catalin originou um
processo de fabricação de gabinetes
bastante peculiar pois no lugar de se usar
prensagem, o material era simplesmente
vertido manualmente em moldes. Fig. 314
Os fabricantes usavam da sua criatividade,
fundindo o gabinete em seções com cores
contrastantes, as quais podiam ser
misturadas e combinadas de forma a
produzir uma enorme gama de padrões
dando um aspecto de fabricação artesanal.
Enquanto que o aço e madeira como estilo
deram forma ao receptor doméstico, o
plástico em conjunto com novos
desenvolvimentos: as válvulas de 1,4
Volts, redução do tamanho de eletro-
componentes e, o circuito AC-DC, deu
origem a uma nova tendência, ou seja a
miniaturização, atingindo o seu clímax por
volta de 1960 com o aparecimento do receptor transistorizado. Fig. 315
Fig. 315A - Ilustração de um rádiorreceptor a cristal,
feito no Brasil em gabinete de plástico no final da
década 1950.
Fig. 315 - Momento do lançamento no mercado
italiano de um dos primeiros radiorreceptores
transistorizados fabricados pela firma alemã
NordMende por volta de 1958.
RadioIndustria Televisione
Fig. 314 – O radiorreceptor com
gabinete feito em resina tipo “Durez”
Revista Communication
Fig. 313A - A propaganda de época da resina
“baquelita” para aplicação em fabricação de
gabinetes de radiorreceptores domésticos.
Revista Communication
Fig 314A - Radiorreceptor com gabinete feito com resina tipo Catalin.
11.4 - O RÁDIO NO AUTOMÓVEL
O fenômeno da radiodifusão não se restringe apenas a
informação e entretenimento nos lares, clubes, etc, pois a
partir de 1930 o autorádio torna-se uma realidade. O seu
significativo sucesso foi motivado não somente por
avanços tecnológicos como o circuito superheterodino,
novos tipos de componentes como as válvulas de 6,3 Volts
e, supressores de ruídos, o autofalante dinâmico mas,
também, pelo grande interesse despertado no público
jovem em ter a facilidade de música e notícia na cabine do
seu automóvel. Fig. 316
Sem dúvida alguma este apelo mercadológico incentivou
sobremaneira os fabricantes. Entretanto, é interessante
notar que o rápido desenvolvimento do auto-rádio foi
também auxiliado graças ao aparecimento da fonte de
alimentação por vibrador e, da sintonia por teclas.
Fig. 316 – um auto-rádio de fabricação norte americana no início da
década de 1930.
11.4.1 - A FONTE DE ALIMENTAÇÃO POR VIBRADOR
Até o final da década de 1920, a fonte alimentação de um radiorreceptor era feita por um conjunto de baterias.
Assim, o filamento da válvula era alimentado pela bateria denominada de A, enquanto que a sua placa e blindagem
por uma bateria tipo B, com alta tensão e baixa corrente, também conhecida com B(+). Quando se empregavam
polarizações separadas de grade, a fonte de alimentação dispunha ainda de uma bateria denominada de C.
Este incipiente tipo de alimentação era incomodo e desajeitado, principalmente pelas características de tamanho
e, da tensão/corrente exigidas pelo do B(+), de forma que no inicio dos anos trinta, os engenheiros passaram a
estudar novas alternativas para a substituí-la.
Primeiramente, partiu-se para o emprego de um motor-
gerador, mais conhecido como dinamotor. Entretanto,
devido ao seu tamanho, operação ruidosa e instável, além
do excessivo custo de fabricação, na prática, esta
alternativa mostrou ser inviável.
Assim, finalmente a alternativa mais adequada encontrada
foi o emprego de um interruptor de palheta vibratória
operando em conjunto com um transformador e, uma
válvula retificadora, denominada de fonte de alimentação
por vibrador.
Para converter baixa tensão CC em alta tensão CC foram
desenvolvidos o vibrador não síncrono de onda completa
e, o vibrador síncrono, ou auto-retificador de onda
completa.
No início o vibrador síncrono com o retificador
incorporado foi o tipo foi o mais usado. Além da alta
eficiência seu tamanho era reduzido quando comparado
com aquele operando com retificador separado.
Entretanto, na prática havia ainda certas dificuldades a serem contornadas de forma que a partir de 1932, o vibrador
passou a ser usado com a válvula retificadora separada. Fig. 317
Nos EUA, as primeiras válvulas fabricadas especificamente para vibradores de auto-rádios eram retificadoras de
meia onda, tipo vapor de mercúrio. Entretanto, logo foram substituídas pela válvula retificadora onda completa de
alto vácuo.
Assim sendo a fonte de alimentação por vibrador passou a ser adotada universalmente permanecendo em uso até
o aparecimento em 1960 dos radiorreceptores transistorizados.
Fig. 317 – O vibrador um componente desenvolvido para converter a
baixa tensão CC em alta tensão CC.
11.4.2 - A SINTONIA POR TECLAS
Em virtude da concepção
construtiva usada nos primeiros
auto-rádios, o dial podia ser
incorporado ou em separado do
receptor tornando-se uma unidade
remota. No primeiro tipo o receptor
era montado em baixo do painel do
automóvel e assim, nem sempre de
fácil operação. Desta forma os
modelos com dial separado eram
geralmente os mais práticos pois
podia ser facilmente montado no
painel ou na árvore de direção do veículo. Para a sintonia das emissoras o
dial era conectado ao chassi do receptor por meio de um chicote ou cabo
de transmissão que por sua vez estava acoplado a um sistema de rosca
sem fim para diminuir a folga e facilitar o acionamento do conjunto. Fig. 318
Fig 318 - Vista explodida do auto-rádio modelo
PS-LC, fabricado no Brasil pela PenaSimon por
volta de 1954.
Fig. 318 - Ilustração de um primitivo auto-rádio
com dial separado.
A sintonia de emissoras nestes primitivos tipos de auto-rádios não era nada
prática, além de não permitirem uma boa estabilidade de desvio. Com o
advento do circuito de controle de freqüência automático, tornou possível
o emprego de sintonia por teclas. A sintonia por tecla foi um considerável
avanço. Basicamente consistia do emprego de capacitores fixos, com
baixíssimas tolerâncias tanto em capacitância como em
coeficiente de temperatura, os
quais atuando em conjunto com
bobinas sintonizadas por
permeabilidade nos circuitos
osciladores e de freqüência
intermediária tornavam possível
obter pré-sintonias estáveis com
mínimo de desvio.
A sintonia por teclas, tinha ainda
várias vantagens: seleção de
quatro a 6 pré-sintonias com
excelente estabilidade de desvio; operação independentemente da sintonia
manual; incorporação em receptores com circuitos superheterodino ou
rádio freqüência sintonizada, ainda em uso na época, otimização física do
chassi para acomodação do circuito de controle de freqüência automático,
resultando, conseqüentemente na redução do custo de fabricação do
receptor. Fig. 319
Por volta de 1940, o auto-rádio havia sofrido uma grande evolução
tecnológica tanto mecânica como eletricamente, pois agora com uma boa
sensibilidade e seletividade podia através do limitado espaço da sua antena
captar tênues sinais das rádios emissoras.
No final da década de 1930, a radiodifusão atingia o seu apogeu com
notícias, informações e, entretenimento feitos através de rádioteatros tão
sofisticados na sua elaboração que se tornaram paradigmas pelo alcance
da sua dramaticidade donde se destaca
Nos EUA, o famoso programa produzido e comentado por Orson Wells, a
Guerra dos Mundos, que pela sua autenticidade narrativa causou pânico na
cidade de Nova York numa noite de 1938.
Desta forma, pelas inúmeras facilidades tecnológicas, o rádio, além da
radiodifusão, permitia, também, agora, que agências de notícias, jornalistas
ou mesmo um simples ouvinte pudesse ter a facilidade de receber pelo éter
radiofotos ou rádio textos surgindo assim, de forma prática, às
transmissões em fac-símile.
Fig 318B - Ilustração do bloco do estágio de
rádio freqüência do auto-rádio modelo P S - LC
Fig 318C - Ilustração da unidade de alimentação
operando com vibrador para tensão de 6 Volts.
Fig. 319 - Ilustração da montagem
eletromecânica de um tipo de sintonia por teclas.
11.5 - AS TRANSMISSÕES EM FAC-SÍMILE
A história da tecnologia é bastante fascinante pois na realidade exprime própria história da humanidade que numa
busca frenética por um mundo melhor não poupou esforços de homens e mulheres dedicados. Assim, o
desenvolvimento tecnológico no campo das telecomunicações não foge a regra, pois por volta de 1845, inventores,
engenheiros e cientistas já se esforçavam para conseguir um meio prático capaz de comunicação por imagens,
bem mais avançado que a então tecnologia da época permitia através das transmissões telegráficas. Este ardoroso
desejo de inovação conduziu cerca de 100 anos antes da televisão o aparecimento das transmissões em fac-símile.
11.5.1 - A GÊNESE DAS TRANSMISSÕES EM FAC-SÍMILE
A primeiras tentativas para envio de mensagensescritas, desenhos e gravuras usando simples linhas telegráficas
foi feita pelo escocês Alexander Bain, em 1842.
Entretanto, este sistema de transmissão de imagens foi logo suplantado pelo código Morse, bem mais simples,
surgido um ano mais tarde.
Basicamente o sistema de transmissão de imagens desenvolvido por Bain usava do principio da varredura por
pêndulo. Assim, no transmissor o pêndulo oscilava sobre uma replica metálica da mensagem cujas oscilações
devido aos caracteres eram convertidas na formas de sinais elétricos agora transmitidas para o receptor por meio
de uma linha telegráfica. Este por sua vez dispunha de um outro pêndulo provido com uma ponta na forma de um
estilete ou mecha que deslizava sobre uma folha de papel imerso numa solução de Iodeto de Potássio, que era
sensibilizada em função do sinal elétrico recebido, imprimindo assim a mensagem.
Um outro sistema foi desenvolvido em 1848 pelo
inglês Frederick Bakewell usando agora um
cilindro rotativo e um dispositivo de varredura.
Apesar dos problemas de sincronização, o
aparelho de Bakewell era capaz de transmitir por
meio de linhas telegráficas mensagens subscritas
como desenhos em caracteres simples.
Em 1850, Giovanni Caselli desenvolve um sistema
bem mais elaborado que aquele originalmente
inventado por Bain, denominado de Pantelégrafo
(Pan= todo do grego + telégrafo), ou seja, uma
acrossemia para um telégrafo capaz de transmitir
todo o tipo de informação disponível.
Como visto a história da ciência e da tecnologia é
cheia de aspectos peculiares que se inter-
relacionam numa época futura influindo de uma
forma indireta em outros descobrimentos. Assim,
Em 1873, Willoughby Smith, um eletricista
trabalhando na manutenção de linhas telegráficas
para uma companhia inglesa procurava por um
material que apesar de ter alta resistividade elétrica
não deveria ser um isolador completo. Após ter usado vários tipos de materiais finalmente fez experiências com
barras de Selênio cristalino a qual tinha um comportamento peculiar relativo a inconstância na sua resistência.
Analisando cuidadosamente este fenômeno, Smith constatou que a resistência do Selênio variava em função da
quantidade de luz que incidia sobre o mesmo descobrindo acidentalmente a fotosensibilidade deste elemento.
Mais tarde este fenômeno fotoelétrico seria usado por Alexander Graham Bell, o mesmo inventor do telefone, em
desenvolver um aparelho para transmissão de sons sem fio o chamado “Fotofone”. Fig 320
Na realidade o “Fotofone” era um telefone sem fio que em sua concepção básica consistia no transmissor, de um
bocal conectado a um pequeno espelho, sobre o qual era projetado um feixe luminoso de grande intensidade. As
vibrações dos sons produzidos no bocal incidiam sobre o espelho de forma que a direção do feixe luminoso
refletido variava levemente. No receptor, um espelho parabólico coletava o feixe luminoso transmitido que por sua
vez era focalizado sobre uma célula foto sensitiva de Selênio. À medida que a luz recebida variava em intensidade
devido às vibrações do espelho transmissor, conseqüentemente alterava a resistência elétrica da célula foto
sensitiva. Esta por sua vez estava inserida em um circuito composto de uma bateria e um conjunto de telefone
convencional que convertia as variações de corrente em sinais sonoros. Apesar de ter um bom desempenho, o
Fotofone podia ser usado apenas para transmissões de sinais a curta distância. Baseado no “Fotofone” de Bell,
em 1870, um cientista britânico Shelford Bidwell inventa um outro aparelho, denominado de Telefotógrafo capaz de
transmitir detalhes de uma fotografia. Na realidade este foi o primeiro aparelho com real possibilidade para
transmissão de fotografias. Entretanto, ainda havia vários aspectos para serem resolvidos para um sistema de
transmissão de imagens comercialmente factível.
No final do século XIX, o inventor australiano Henry Sutton, desenvolve um processo relativamente simples de
transmitir fotografias usando de placas fotográficas impressas semelhante àqueles usados respectivamente por
Bain e Caselli, com a diferença de que no lugar do papel impregnado com solução de Iodeto de Potássio, o sistema
criava uma placa de impressão no receptor.
Aparentemente, até o final do século XIX tanto a evolução da televisão como do fac-símile andaram juntas pois
foram basicamente oriundas da descoberta da fotosensibilidade do Selênio. Entretanto, é interessante notar que
Fig. 320 - O fotofone inventado por Bell.
com o desenrolar da tecnologia surge uma divergência entre os conceitos de transmissão da imagem da televisão
em relação ao fac-símile. Assim, enquanto na primeira a transmissão era de imagens em movimento, que apesar
de baixa resolução exigia métodos de conexão de alta capacidade, no fac-símile, as imagens transmitidas tinham
que ser de alta resolução feita através de linhas telegráficas ou telefônicas convencionais.
11.5.2 - O APARECIMENTO DO FAC-SÍMILE COMERCIAL
O desenvolvimento dos sistemas de transmissão
por fac-símile de caráter realmente operacional,
capaz de reproduzir fotografias transmitidas com
detalhes, começou aparecer no inicio do século XX
o qual foi devido ao trabalho de vários
pesquisadores.
Na Alemanha, Arthur Khorn inventou um sistema
originalmente baseado no princípio de Bidwell
usando de uma célula de Selênio para fazer a
varredura diretamente da fotografia. Este sistema
foi mais tarde usado pela policia alemã para
transmitir fotografias como impressões digitais de
criminosos. Em 1904, Edouard Belin, um inventor
francês obteve sua patente para um sistema no
qual a fotografia era primeiramente convertida em
uma placa ou clichê por meio de um ataque
químico, de forma a criar-se um relevo dos
caracteres da imagem. O perfil da imagem assim
obtido era então perscrutado por um estilete ligado
a um conjunto elétrico com resistência variável, de
forma que quanto mais profundo fosse o perfil do
caractere, maior era o fluxo da corrente.
Em 1907, enquanto Belin transmitiu com sucesso
uma fotografia entre Paris-Bordeaux na França,
Korn fez o mesmo, porém, no circuito Paris-Londres, tornando assim o primeiro fac-símile internacional.
Como agências de notícias, jornais necessitavam cada vez mais de fotografias de alta qualidade, logo os dois
sistemas de transmissão de imagens se viram pressionado por novos desenvolvimentos tecnológicos
e, assim, incorporando-se como um meio de
comunicação rápido e eficiente. A sua
aceitabilidade foi tão grande que em 1935, nos
EUA, H.G.H. Finch inventa um sistema de
transmissão por fac-símile doméstico, o qual era
facilmente adaptado a um rádiorreceptor. Ao
sintonizar uma estação transmissora o rádio-
ouvinte podia receber em sua casa os chamados
“fotogramas” mais tarde como radiofotos. Fig. 321
Basicamente o sistema desenvolvido por Finch
consistia do transmissor provido com um
dispositivo de varredura eletro-óptico,onde a
imagem a ser transmitida era perscrutada por um
cabeçote óptico móvel, de forma que a luz traçava
um conjunto de pistas paralelas sobre a imagem cobrindo toda a sua superfície linha por linha tanto das áreas
pretas, brancas e semitons cujas reflexões eram então coletadas por uma fotocélula.
Fig. 321 - Ilustração de um primitivo aparelho de fac-símile.
Fig. 321A - Ilustração do sistema de radio fac-símile desenvolvido nos EUA
por W.Finch. (Communication).
As variações destas reflexões eram proporcionais
ao fluxo de corrente na fotocélula que por sua vez
gerava um sinal audível denominado de portadora
de fac-símile, de forma que a sua transmissão era
feita de forma convencional.
Por sua vez , para converter os sinais assim
transmitidos era necessário o gravador de sinais
de fac-símile o qual era podia ser conectado a
qualquer receptor doméstico.
Logo após a segundaguerra mundial, o
rádiorreceptor doméstico havia evoluído
sobremaneira, aliando estética com um bom
desempenho em qualidade de recepção e de
reprodução sonora. Entretanto, o advento da
radiodifusão em freqüência modulada trouxe
novas tecnologias como a fita magnética e,
principalmente os novos discos fonográficos
gravados com microssulco, também denominados
de “Long Playing”, permitindo, assim, que o
consumidor dispusesse agora em sua sala de estar
de uma nova família de aparelhos capazes da
reprodução sonora em alta fidelidade.
Fig. 321B - Ilustração de uma primitiva recepção de fotografia por fac-símile
no início da década de 1930 entre Londres e Nova York. A radiofoto mostra
um carro blindado usado pelo exército inglês para guarnecer uma rua
durante distúrbios motivados por uma greve geral na época.
11.6 - A REPRODUÇÃO SONORA EM ALTA FIDELIDADE
O casamento da válvula termiônica com o
microfone foi à origem da reprodução sonora
sobejamente comentada no capítulo 7.
Independentemente do rádio como fonte de
entretenimento, até começo da década de 1930, a
reprodução sonora para fins domésticos estava
ainda limitada apenas ao disco fonográfico,
originário do cilindro de Edison.
De forma que para reproduzi-los surgiram
primeiramente os aparelhos de concepção
mecâno-acústica, logo seguido por aqueles
usando de circuitos amplificadores valvulados.
Entretanto, naquela altura ainda não se havia
atingido um estágio de desenvolvimento
tecnológico que permitisse uma reprodução
sonora com qualidade.
Com as inovações tecnológicas sofridas pela
Eletrônica juntamente com a enorme capacidade
fabril instalada pela necessidade da guerra que terminara em 1945, influem sobremaneira nos rumos da industria,
que na busca de novas oportunidades desenvolve um novo nicho de mercado, o chamado áudio doméstico, um
compromisso entre aparelhos reprodutores com meios sonoros de altíssima qualidade.Fig. 322
Fig. 322 - A indústria fonográfica.
11.6.1 - DO CILINDRO DE EDISON AO LONG PLAYING
Desde os primórdios da civilização, o homem desejou registrar e
reproduzir os sons naturais. A mão em concha foi um dos artifícios usados
pelas primitivas tribos para aumentar a intensidade dos seus gritos de
guerra. Durante a Idade Média, já se conheciam vários instrumentos
musicais, entretanto, ainda não era possível se registrar as ondas sonoras.
A partir de século XVIII, as ciências físicas e naturais sofrem consideráveis
avanços.Assim por exemplo, na Acústica com os estudos de Gay Lussac;
Arago estabelecendo a velocidade do som no ar; Savart, determinando o
tom musical através de uma roda dentada e, Helmholtz estabelecendo a lei
dos harmônicos.
Por conseguinte, dentro deste
contexto científico começa a ser
delineado os princípios
mecânicos e acústicos para o
desenvolvimento de um sistema
capaz de registrar e reproduzir os sons naturais. Thomaz Young foi o primeiro
a reproduzir graficamente as vibrações de um corpo sonoro. Fig. 323
Em 1817, Leon Scott de Martinville inventa o “fonautográfo”, um aparelho que
por meio de uma corneta captava as vibrações do ar, agindo como uma câmara
ressonante. Fig. 324
Em sua porção afunilada, havia uma membrana que convertia as pressões do
ar em movimentos mecânicos, mais tarde este dispositivo foi denominado de
diafragma. Em abril de 1877, Charles Cros apresentou à academia francesa de
Ciências um projeto de aparelho reprodutor de sons.
Entretanto, a concepção prática de um sistema capaz de registrar e reproduzir
os sons naturais, foi criado acidentalmente por Thomaz Alva Edison em 1870.
Na realidade, Edison pesquisava um dispositivo para melhorar as
transmissões telegráficas, que primeiramente codificasse a mensagem por
meio de furos feitos numa fita e depois a enviasse automaticamente
.
Basicamente, este dispositivo consistia de um disco no qual era
enrolada uma folha de papel. A mensagem era gravada por uma
agulha que perfurava a folha de papel à medida que o disco
girava. Após a gravação, num processo inverso, a agulha varria
os orifícios que representavam os caracteres da mensagem,
produzindo oscilações que por sua vez eram transmitidas
automaticamente. Durante uma experiência, Edison notou que
ao imprimir maior rotação ao disco as oscilações da agulha
aumentavam consideravelmente. Esta observação levou-o a
raciocinar se não poderia usar as oscilações da agulha para
gravar a voz humana.
Fig. 323 – ilustração do aparelho de Young capaz de
reproduzir graficamente as vibrações de um corpo
sonoro.
Fig. 324 – o fonautógrafo de Martinville.
Fig. 325 - O fonógrafo de Edison.
O aparelho para registrar a voz humana de Edison era de concepção
bastante simples, porém mecanicamente preciso. Consistia de um
cilindro que se deslocava através de um fuso acionado por uma
manivela. Sobre o cilindro era enrolada uma lâmina de liga de chumbo
bastante fina. Diametralmente opostos ao cilindro, o aparelho possuía
dois conjuntos mecânicos para gravação e reprodução dos sons.
O conjunto de gravação consistia de um bocal provido em uma das
suas extremidades com uma membrana feita de uma fina lâmina
metálica, em cujo centro estava fixada uma agulha. Por sua vez, o
conjunto reprodutor consistia de uma outra membrana, de caráter
ressonante, menos rígida que a anterior, feita de papel impregnado em
parafina e, localizada na extremidade de uma corneta metálica. Durante
a gravação, os sons produzidos no bocal imprimiam vibrações na
membrana provida com a agulha registrando assim os padrões das
ondas sonoras sobre a superfície da lâmina de liga de chumbo enrolada
no cilindro metálico acionado pela manivela.
Para a reprodução, o cilindro era deslocado na sua posição original. Em
seguida a agulha de reprodução era cuidadosamente ajustada sobre a
superfície da lâmina fina anteriormente gravada. Ao se girar o cilindro
por meio de manivela, a agulha de reprodução trilhava os sulcos
gravados com os padrões das ondas sonoras, cujas vibrações captadas pela membrana ressonante eram finalmente
amplificadas na campânula metálica.
Desde o registro da sua patente em 29 de fevereiro de 1877, este aparelho, conhecido como “fonógrafo” despertou um
grande interesse popular de forma que um ano mais tarde cerca de 600 unidades já haviam sido fabricadas,
contribuindo logo para o aparecimento da industria fonográfica. Fig. 325
Fig. 325B - Um primitivo gravador de escritório fabricado pela
Dictaphone Corporation nos EUA na década de 1920 usando do
mesmo princípio do fonógrafo.
Fig. 325C - Detalhe do primitivo gravador de escritório.
Fig 325A - Ilustração do projeto original do fonógrafo de
Edison.
A vida de Thomaz Alva Edison foi retratada por diversos autores em várias línguas mundo
afora. Nos meados da década de 1940 a rádio emissora americana "The Voice of America"
transmita em português para o Brasil o seu radioteatro cobrindo a vida de muitos vultos da
história incluindo, aquela do ilustre inventor da lâmpada elétrica e do fonógrafo, algumas
dentre as suas inúmeras invenções. Geralmente, o material sonoro era gravado em acetato
de 16 polegadas com corte lateral e, com rotação de 33 1/3 rpm. Na realidade um dos
primeiros tipos de disco Long Playing disponíveis apenas para aplicações profissionais.
Este tipo de gravação era feito pela maioria das radio emissoras, pois a fita magnética ainda
não havia surgido. Assim, a transcrição da primeira parte deste radioteatro, A Vida de
Thomaz Edison, do acetato sob referência SPP-216, foi feita pelo colecionador e pesquisador
da história da tecnologia da reprodução sonora, o brasileiro Wanderley Monteiro, usando
um equipamento da época.
Clique aqui para ouvir a gravação "A vida de Thomaz Edison"!
O Sr. WanderleyMonteiro reproduzindo o acetato de 16 polegadas em equipamento da época.
Dentre os inúmeros cientistas e pesquisadores que ajudaram a construir a admirável
sociedade da tecnologia eletrônica se destaca Charles Proteus Steinmetz. Sua vida ainda
como um estudante na Europa e, da sua furtiva partida como um pobre e deficiente imigrante
para os EUA é descrita neste radio teatro produzido pela emissora americana “The Voice of
America” nos meados da década de 1940.
Geralmente, o material sonoro era gravado em acetato de 16 polegadas com corte lateral e
com rotação de 33 1/3 rpm. Na realidade um dos primeiros tipos de disco Long Playing
disponíveis apenas para aplicações profissionais. Este tipo de gravação era feito pela
maioria das radio emissoras, pois a fita magnética ainda não havia surgido. Assim, a
transcrição da primeira parte deste rádio teatro, sobre A Vida de Charles Steinmetz, do
acetato sob referência SPP-218 foi feita pelo colecionador e pesquisador da historia da
tecnologia da reprodução sonora, o brasileiro Wanderley Monteiro, usando um equipamento
da época.
Clique aqui para ouvir a gravação "A vida de Charles Steinmetz"!
11.6.1.1 - A ORIGEM DA INDÚSTRIA FONOGRÁFICA
Em 24 de abril de 1878, é fundada a empresa “Edison Speaking
Phonograph Company” onde uma das primeiras inovações foi o
lançamento do “fonógrafo” acionado por motor elétrico. Entretanto,
paralelamente outros inventos semelhantes ao “fonógrafo” estavam
surgindo. Assim, em 1880, Alexander Bell, o mesmo inventor do
telefone, desenvolve em conjunto com seu primo, Chichester Bell e,
o professor Charles Sumner Tainter um método para reprodução
dos sons naturais usando jato de ar, o “graphophone” cuja patente
foi obtida em 4 de maio de 1886. Apesar de ser uma inovação, este
sistema apresentava um grave problema quanto à qualidade de
reprodução devido ao meio usado para o registro sonoro. Após
inúmeras pesquisas, Bell e Tainter desenvolveram um cilindro de
papel recoberto com cera, uma grande inovação para o futuro da
reprodução sonora de qualidade. Para a sua comercialização é
fundada a empresa “Volta Graphophone Company”. A princípio,
Edison pensou que este novo conceito de reprodução sonora havia
violado sua patente original. Entretanto, como havia interesses
comerciais
mútuos, logo as duas partes chegaram a um acordo em comum, cujos
aspectos corporativos foram estabelecidos pela fundação em 14 de julho de
1888 da “North American Phonograph Company”. Esta associação não durou
muito tempo de forma que logo é fundada a “American Graphophone
Company”, pioneira na publicação do primeiro catálogo de cilindros gravados.
Apesar da grande produção de cilindros gravados até o final do século XIX seu
preço ainda era elevado para o consumidor.
Assim, novos desenvolvimentos vão surgindo de forma que em 1908,
começam a ser fabricados os primeiros cilindros padronizados em tamanho,
e com tempo de duração de 4 minutos, denominados como cilindro Amberol.
Para dar maior rigidez e durabilidade ao meio de gravação, a partir de 1911, o
celulóide é empregado como material para fabricação dos cilindros; surgindo
assim o cilindro Amberol azul. Fig. 326
Devido a vários fatores técnicos e econômicos, o formato cilíndrico do
fonograma começou a perder força. Em 1913, Edison lança o disco plano,
conhecido como “disco de diamante de Edison” que ainda conservava o
sistema de gravação vertical. Fig. 327
Entretanto, a afirmação do novo formato é devida as pesquisas desenvolvidas nos EUA por um imigrante alemão, Emile
Berliner. Basicamente o seu processo consistia em se fazer por corte lateral à gravação do
Fig. 326 - O cilindro de Edison.
Fig. 327 - O disco plano de Edison.
registro sonoro sobre um disco plano. Em 1888, Berliner faz a primeira
a apresentação pública no Franklin Institute em Filadélfia do seu
princípio operacional, onde sobre um disco de zinco recoberto por uma
fina camada de cera são gravados os registros sonoros. Em seguida, o
disco é imerso numa solução ácida que ataca quimicamente apenas as
áreas removidas pela gravação e, assim, imprimindo o registro sonoro
na forma de um relevo. Este processo, Berliner denominou-o de
“Fonotipia”. Sempre aperfeiçoando o sistema logo aplicou a técnica de
galvanoplastia, de forma a obter uma matriz, que por sua vez permitia
a duplicação de uma determinada gravação em escala industrial. Para
reprodução dos seus discos, Berliner desenvolveu um rudimentar
aparelho provido de um sistema de acionamento mecânico com um
regulador de velocidade patenteado sobre o nome de “gramofone”,
para distingui-lo do “graphophone” e, do “fonógrafo” de Edison. Fig.
328
Apesar do enorme avanço feito pela “fonotipia”, por volta de 1920, os
discos eram ainda gravados por processos puramente mecâno-
acústicos, derivados do fonógrafo de Edison. Ou seja, no estúdio, eram
usados diversos tipos de ressoadores, mais conhecidos como bocais
ou campânulas para a produção das ondas sonoras. Estas, por sua vez,
eram transmitidas a uma membrana ou diafragma que modulava correspondentemente uma agulha sobre o meio de
gravação. Como o diafragma agia como um único
modulador para a gama total de freqüências do programa sonoro, este possuía
uma margem dinâmica muito estreita, que, nas melhores condições, atingia
uma amplitude de 200 Hz a 3 kHz.
Como visto no capítulo 7, a associação da válvula termiônica com o microfone
foi fundamental para o aparecimento do cinema falado e, conseqüentemente
das gravações de origem elétrica, permitindo, portanto, um avanço substancial
com relação à resposta de freqüência agora atingindo amplitudes entre 50 Hz
a 4 kHz.
É nesta época que aprecem as primeiras marcas famosas, identificadas por
nomes comerciais como: “Vivatonal”, “Orthophonic”, que no início da década
de 1930, permitiam registros sonoros em matrizes de cera com amplitudes de
freqüência de até 10 kHz. Fig. 329
Como visto no processo de gravação e reprodução anterior ao sistema
“gramofone”, praticamente não existiam as matrizes, sendo que cada disco era
elaborado quase que individualmente. Neste estágio tecnológico, as gravações
apresentavam peculiaridades de registros nos padrões de freqüência,
conformação ou na prensagem propriamente dita.
Assim, no registro sonoro, o método de corte e a velocidade de gravação, apesar de serem aspectos fundamentais,
estavam ainda em sua fase embrionária. Os primeiros discos antes da invenção de Berliner, eram gravados
semelhantemente aos cilindros de “fonógrafo”, usando-se da chamada modulação vertical, ou seja um deslocamento
da agulha nos sulcos no sentido pico a vale. Posteriormente, a maioria dos discos comerciais foram gravados pelo
método de modulação horizontal, ou corte lateral do sistema “gramofone”.
Fig. 328 - O gramofone inventado por Berliner
Fig. 329 - Ilustração de uma matriz metálica por
volta de 1950.
Antes do motor de histerese-síncrono, para uso nas máquinas de corte, devido
à falta de padronização industrial e, de um controle da qualidade adequado,
eram freqüentes as variações da velocidade de gravação e reprodução, como
78-78, 26-80 e até 80 rpm como em alguns dos primeiros discos Berliner.
Enrico Caruso, o grande tenor italiano, e artesões, como Eldridge Johnson,
muito contribuíram para a uniformização da velocidade de
gravação/reprodução nos primórdios da indústria fonográfica, que somente
começou atingir critérios técnicos com o aparecimento das gravações
elétricas, no final da década de 1920.
Se havia dificuldades na operação de registros das ondas sonoras, a
prensagem dos discos era ainda mais complexa. Isto porque, na época,
inexistiam os plásticos apropriados para estampagem, pois as primeiras
resinas e os polímeros sintéticos estavam apenas a começando a surgir.
Desta maneira,os discos eram prensados e processados, usando-se dos mais
variados tipos de materiais: substâncias alcatroadas, bases metálicas, de
vidro, recobertas com vernizes e acetatos, misturas de resinas naturais tipo
goma-laca e, finalmente, algumas das primeiras resinas sintéticas fenólicas,
como o “condensite”. Fig. 330
De acordo com o princípio de fabricação empregado, apresentavam espessura variável e formatos de 10 e 12
polegadas. Em certas etiquetas eram comum, também, diâmetros, de 5 ½ e 20 polegadas.
O sistema “gramofone”, sem dúvida alguma revolucionou a indústria fonográfica pela elaboração de matrizes em cera
de abelha e, em seguida, na produção de originais por eletrodeposição, permitindo a obtenção de considerável número
de duplicações independentemente do material usado na prensagem. Entretanto, apesar da excelente qualidade sonora
das matrizes e originais, o ruído superficial das gravações era inevitável, decorrente da precária estrutura físico-
química dos materiais utilizados. Mesmo com a gravação elétrica, na falta ainda dos fonocaptores de agulha
permanente, adicionava-se substância abrasiva, como o “carborundum”, na formulação dos materiais de prensagem.
Isto era feito com a finalidade de esmerilhar as pontas das agulhas metálicas dos fonocaptores existentes, para
conformar a sua geometria com aquelas do sulco de cada disco, devido à falta de padronização da sua forma,
profundidade e largura. Fig. 331
Fig. 331 - À esquerda diversos tipos de agulhas metálicas empregadas na reprodução de sons dos discos antigos; à
direita, a cápsula acústica, ou diafragma, para captação dos sons usados nos primeiros gramofones e vitrolas.
A partir de 1930, os engenheiros relacionados com a indústria fonográfica tentavam conseguir gravações com longo
tempo de duração e sonoridade de alta fidelidade. Entretanto, este intento foi conseguido somente em 1948, com o
aparecimento do disco com microssulco, desenvolvido nos laboratórios da CBS, EUA, baseado
Fig. 330 - Um disco usado para registro sonoro
em estúdio por volta de 1955.
na pesquisa pioneira do Dr. Peter Goldmark. Este novo processo de gravação,
cuja prensagem agora era feito em um novo tipo de material conhecido como
“vinylite”, trazia várias vantagens quando comparado aos predecessores,
dentre as principais se destaca: reprodução com longa duração, daí o seu
nome “Long Playing”, melhor na faixa dinâmica, resposta de freqüência de alta
fidelidade, operação com fonocaptores com baixíssima pressão de trilhagem,
maior resistência ao desgaste e, ausência de ruído superficial. Fig. 332
O “Long Playing” foi logo um sucesso, porém, restava ainda para a indústria a
necessidade de resolver a padronização da equalização, que na realidade,
exprime duas funções distintas: a curva de fato ou intencional pela qual eram
feitos os registros sonoros e, a correção das condições sônicas inerentes a
cada gravação específica. No início da década de 1950, cada companhia
gravadora tinha a sua característica própria de equalização. Desta maneira em
1953, a “Record Industry Association of America”, desenvolve a curva de
equalização RIAA, que é doravante empregada para designar as características
de reprodução de forma padronizada, finalmente adotadas por todas as companhias gravadoras. Fig. 333
Fig. 333 - Ilustração da curva RIAA de equalização.
Apesar da excelente qualidade sonora do disco “Long Playing”, os engenheiros continuavam a sua perene busca para
obtenção de gravações com sonoridade mais realista. Estudos feitos simultaneamente na Inglaterra e nos EUA, pelos
laboratórios Bell já haviam demonstrado em 1930 da possibilidade de se obter gravações estereofônicas. Entretanto,
estas pesquisas não e aprofundaram limitadas pela descrença dos executivos da indústria fonográfica na produção
deste avançado tipo de gravação devido ao seu elevado custo para o público. Assim,as primeiras gravações deste tipo
começam a aparecer no mercado a partir de 1956, agora com ampla resposta de freqüência e elevada margem dinâmica
permitindo o registro de sons naturais sem distorções, com uma clareza e definição evidenciada pelo chamado efeito
estereofônico. Apesar do enorme avanço na qualidade do registro sonoro, até o final da década de 1960, o processo
de gravação era feito por meios totalmente analógicos.
Fig. 332 – a cápsula fonocaptora moderna. No
primeiro plano uma primitiva cápsula
fonocaptora de origem alemã marca NORA.
Fig. 333A - Diversos tipos de equalizações de discos fonográficos
entre 1935 a 1954.
Fig. 332B - Características das gravações.
Tabela 3
11.6.1.2 - A REVOLUÇÃO DIGITAL
No início da década de 1970, surgem no mercado os primeiros circuitos supressores de ruídos. Dentre eles se
destacam o sistema dbx e Dolby. Entretanto, apesar destas inovações que aumentavam a qualidade do registro sonoro
por meios analógicos estes ainda apresentavam distorções. Isto foi evidenciado baseado em novos parâmetros de
medidas para avaliação da margem dinâmica das gravações produzidas pelas três fontes básicas: discos, fitas
magnéticas e transmissões em freqüência modulada. Assim, a margem dinâmica ou a quantidade de sinal em relação
ao nível de ruído e de distorção estavam aquém da qualidade desejada por ainda apresentarem elementos espúrios.
Fig. 334
Fig. 334 - Esquemático do sistema Dolby.
Analisando criteriosamente cada elo da cadeia de áudio, os engenheiros determinaram que para a melhoria da
qualidade sonora os futuros desenvolvimentos deveriam se concentrar principalmente na área da gravação originando
um novo processo capaz de permitir o registro e a reprodução do sinal musical com elevada margem dinâmica e isento
de distorção.
A partir de 1980, a modulação por impulso-código começou a ser empregada de forma que os sinais analógicos
produzidos pela fonte sonora natural pudessem ser digitalmente convertidos tanto para a gravação como
reprodução.Na realidade a modulação por impulso-código, designada por PCM, pode ser definida como um método de
modulação que abrange a conversão de uma forma de onda analógica em digital por meio de um código.
Basicamente, o seu princípio consiste em se amostrar o sinal do padrão musical por uma freqüência fixa, verificando-
se o valor do nível amostrado. Fig. 335
Fig. 335 - Ilustração da técnica PCM.
O valor de cada nível amostrado é, portanto, convertido em notação binária. Fig. 336
Assim, por exemplo à resolução do sistema pode ser de 14 ou 16 dígitos binários, ou bits. A configuração de dígitos
binários é conhecida como quantificação, sendo as mais usadas de 14 ou 16 bits. O processo PCM completa-se quando
os valores digitais, representando cada nível amostrado original, estiverem interligados.
O sinal codificado dessa maneira apresenta as seguintes vantagens:
Ausência de distorção, pois mesmo que ocorra algum tipo, inerente à operação de amostragem, pode-se elimina-lo por
meio de códigos de correção.
Fig. 336 - Comparação entre a notação decimal e binária.
Multiplexão, um único impulso codificado permite englobar vários outros tipos de sinais, sem que haja ocorrência de
diafonia;
Relação sinal/ruído, sua qualidade esta ligada à configuração dos dígitos binários; assim, durante a modulação, pelo
aumento dos chamados dígitos binários de quantificação, obtém-se uma excelente relação sinal/ruído, superior à do
sistema analógico.
Fig. 337 - O vídeo disco lançado no mercado pela Philips no meado da década
de 1970.
Fig. 338 - O disco de áudio digital compacto.
A aplicação da técnica PCM em áudio começou no final da década de 1960, no Japão, utilizando um gravador de vídeo
com cabeça de varredura helicoidal. Apesar dos princípios básicos da gravação analógica serem os mesmo dos sinais
PCM, o equipamento desta natureza- os gravadores digitais - apresenta características próprias devido à grande
largura de faixa necessária ao registro dos sinais.
Várias concepções foram desenvolvidas para aumentar a densidade de gravação, pois enquanto o tipo analógico
necessita do chamado ajuste de polarização, ou bias, para manter a sua linearidade, o mesmo não ocorre com o tipo
digital, o qual, por exemplo, pode operar pela saturação da fita magnética através de um intenso campo magnético.
Desta maneira, tem-se o sistema de cabeças rotativas dos gravadores de vídeo, como aquele de cabeça estacionária,
capaz de registrar e dispersar um canal de dados em diversas pistas.
Por volta de 1980, esse tipo de gravador fazendo uso da técnica PCM já estava sendo largamente empregado na
gravação de discos “long playing” de altíssima qualidade.
Entretanto, não tardou o aparecimento de novos processos de gravação como o DAD - Digital Audio Disc - Fig. 337
Assim, nos meados da década de 1980 as empresas Sony e Philips, integrando as suas concepções tecnológicas
advindas do processo DAD, propuseram o mundialmente adotado sistema de disco de áudio digital compacto,
popularmente conhecido como CD ou Compact Disc. Fig. 338
Este novo meio de gravação e registro dos sons naturais revolucionou a indústria fonográfica pela sua excelente
qualidade sonora e praticidade, resultado direto da tecnologia Laser com a reprodução digital, aliada a um toca-disco
compacto de operação totalmente automática.
11.6.2 - A EVOLUÇÃO DOS APARELHOS REPRODUTORES
A partir do fonógrafo de Edison, os aparelhos reprodutores começam a sofrer uma lenta porem contínua evolução. No
início ainda eram de concepção mecâno-acústica até o aparecimento da amplificação valvulada por volta de 1920.
11.6.2.1 - DO GRAMOFONE À VICTROLA ORTOFÔNICA
No início do século XX, com o aparecimento do disco plano surge o gramofone usando de grandes cornetas ou
campânulas para amplificar os sons captados pelo diafragma. Apesar do bom desempenho, a campânula era grande e
desajeitada, de forma que em 1905, os fabricantes introduzem o conceito da corneta dobrada a qual
era montada dentro de gabinetes. Além da praticidade, estes aparelhos
tinham ainda a vantagem de poder usar a porta do gabinete como um
tipo de controle de volume. Nestes aparelhos, o movimento do disco
ainda era feito por meio de um sistema de acionamento por corda onde
a velocidade era mantida constante através de um engenhoso
dispositivo mecânico atuando pela ação da força centrífuga. É
interessante notar que nos primeiros gramofones, o acionamento era
puramente manual de forma que quando em movimento, através de
uma manivela, o disco deveria girar em 70 rotações por minuto. Esta
velocidade foi inicialmente indicada pelos fabricantes por dar maior
fidelidade e tempo de execução uma vez que os primeiros discos
tinham aproximadamente 2 minutos de duração. Posteriormente a
rotação oscilou entre 74 e 82 rpm até que finalmente a velocidade
passou para o meio-termo de 78 rpm. Fig 339
Em 1913, começam a ser feitas as primeiras tentativas para substituição
do sistema de acionamento mecânico por um motor elétrico.
Entretanto,
no princípio esta
inovação foi lenta e
onerosa devida ainda à
insipiência do fornecimento de eletricidade nas cidades como do
próprio custo dos motores elétricos.
Em 1925, a Victor Talking Machine Company, nos EUA, introduz no
mercado o sistema “ortofônico”. Era uma avançada tecnologia em
reprodução sonora consistindo na substituição dos antigos diafragmas
com membranas de mica, por um material de maior resiliencia, como o
Alumínio. No setor de amplificação os aparelhos apesar de serem ainda
de origem acústica usavam agora da chamada corneta dobrada
exponencial.
Estas inovações aliadas ao aparecimento das primeiras gravações
elétricas permitiam que os aparelhos tivessem uma excepcional
qualidade sônica para a época.
Entretanto, a fase áurea dos aparelhos reprodutores de origem
mecâno-acústica chega ao fim a partir do aparecimento das gravações
de alta qualidade devido às novas exigências do cinema falado, uma
conseqüência direta da amplificação valvulada. Fig. 340
Fig. 339 - O gramofone.
Fig. 340 - A vitrola ortofônica.
11.6.2.2 - A ERA DA ELETRACÚSTICA
Por volta de 1928, começaram a surgir os primeiros tipos de controles de volume e de tonalidade de concepção
totalmente eletrônica.
Entretanto, devido ainda às fontes sonoras estarem limitadas ao disco fonográfico e as transmissões radiofônicas, os
primeiros aparelhos reprodutores para fins domésticos eram uma associação de toca-discos e rádiorreceptor. Nesta
fase inicial, a amplificação era feita com válvulas tipo triodos, por exemplo os tipos 224 e
245 usando novas topologias como o circuito Loftin-
White. Basicamente consistia no acoplamento direto
entre a placa-grade da válvula produzindo uma
amplificação sem distorção em amplitude de freqüência
de 50 a 10000 Hz. Fig. 341
Entre 1930 a 1940, além do alto-falante de imã
permanente e das novas válvulas tipo pentodo, surgem
os fonocaptores de origem eletromecânica, consistindo
da agulha montada em um dispositivo transdutor feito
com sal de La Rochelle. Nesta fase anterior a segunda
guerra mundial, os fabricantes lançam aparelhos
reprodutores de grande esmero técnico como estético
como exemplo àqueles fabricados por E.H.Scott e
McMurdo Silver nos EUA. Fig. 342 Dentre estes se
destaca o famoso modelo Quarenta. Na realidade um
sistema eletroacústico composto da seção de rádio
freqüência e amplificadora operando com 40 válvulas, o
toca-disco, e o conjunto de alto-falantes. Por sua vez estes dois módulos eletroacústicos estavam instalados
separadamente em dois atraentes gabinetes de madeira.
Como visto anteriormente, para canalizar a enorme capacidade
fabril advinda da guerra que terminara, no final da década de
1940 a indústria se volta para o mercado consumidor, abrindo
novos nichos de mercado, como a fabricação de aparelhos
reprodutores de alta qualidade para fins domésticos. Desta
maneira, surge a era dos aparelhos de reprodutores de “Alta
Fidelidade”, que para efeitos de alocação histórica inicia-se em
1948 quando na Inglaterra, N.D.T. Williamson desenvolve o seu
famoso circuito de amplificação. Com o advento do disco com
microssulco e das transmissões em freqüência modulada, os
fabricantes são incentivados a desenvolver inúmeras
modificações criando um novo estilo de eletrodoméstico, ou
seja, o aparelho reprodutor de som de alta fidelidade modular
composto basicamente do amplificador-receptor de FM, o toca-
disco de alta performance provido agora com cápsula
fonocaptora tipo relutância variável e dos sonofletores. Fig. 343
Devido à intensa concorrência, alguns fabricantes passam a
fornecer os aparelhos na forma de conjuntos pré-montados em
fábrica. Estes por sua vez eram fornecidos com manuais
extremamente bem elaborados o que facilitava sobremaneira a
sua montagem pelo consumidor desde que dispusesse de
alguns conhecimentos de Eletrônica.
Como visto desde a sua invenção o fonógrafo foi um sucesso comercial, ao contrario do seu primo em origem
conceitual, o telefone, que na mesma época não havia ainda conseguido desempenho semelhante.
Entretanto, a invenção do telefone não foi inspirada apenas por uma exigência popular porém, mais pela ingenuidade
e visão do seu inventor Bell, que contornando inúmeras dificuldades existentes lançou as bases para a transmissão
elétrica da voz humana.
Fig. 341 - Esquemático do amplificador Loftin-White.
Fig. 342 - Rádio conjugado com sistema de fono reprodução
fabricado pro volta de 1938. Consistia do rádiorreceptor, o conjunto
de alto-falantes e o toca discos montados em belíssimos gabinetes em
madeira. Pela qualidade técnica e acabamento esmeradotem-se
como um dos principais fabricantes a empresa americana E H Scott.
Fig. 343 - Ilustração de um aparelho para reprodução de alta
qualidade modelo QUAD II, fabricado na Inglaterra nos meados da
década de 1950.
11.7 - A TRANSMISSÃO ELÉTRICA DA VOZ HUMANA
Alexander Graham Bell eletrificou a voz humana, permitindo o fluxo das palavras através de fios com a invenção do
telefone. Esse por sua vez foi responsável direto pelo aparecimento do microfone e do auricular ou fone de ouvido,
elementos básicos para o desenvolvimento mais tarde do rádio e,conseqüentemente da radiodifusão.
Como professor da cadeira da fisiologia da voz na universidade de Boston, Bell especializou-se no estudo da mecânica
da palavra que finalmente o conduziu as suas primeiras experiências para desenvolver um aparelho para a transmissão
elétrica da voz humana.
11.7.1 - AS EXPERIÊNCIAS PIONEIRAS
Bell vinha estudando métodos para melhorar os sistemas de transmissão telegráfica. Entretanto, em paralelo, o
inventor realizava pesquisas sobre o desenvolvimento de técnicas para ensinar pessoas surdas em falar e ler os
movimentos dos lábios.
Nestas pesquisas, Bell estudou vários dispositivos acionados pela voz humana como a “cápsula manométrica de
Koenig” e, o “fonautógrafo de Martinville”.No decurso das mesmas para conseguir um sistema de ensino para surdos,
verificou a grande similaridade entre o “fonautógrafo” e o ouvido humano. Assim concluiu que um aparelho semelhante
quando colocado após a estrutura do ouvido poderia produzir registros mais precisos das vibrações produzidas pela
voz.
Como desconhecia a estrutura do ouvido humano Bell recorre a orientação do Dr. Clarence J. Blake, um otologista de
renome, que lhe sugere o estudo a partir de um ouvido humano, obtido de um cadáver da escola de medicina de
Harvard.
No verão de 1874 faz uma serie de experiências de maneira que ao falar nesta peça anatômica acoplada a um
“fonautógrafo”, este registra as vibrações da voz sobre uma placa de vidro, recoberta com um pigmento negro.
Partindo desta experiência fundamental para o desenvolvimento do telefone Bell começa a pesquisar a transmissão
elétrica das palavras através do emprego do telégrafo harmônico.
11.7.2 - O PRIMEIRO SISTEMA TELEFÔNICO
Para efeito de alocação histórica, a transmissão elétrica da voz humana foi conseguida pela primeira vez por Alexander
Gaham Bell e seu assistente Thomaz Watson em 2 de junho de 1875 ao fazerem experiências com o chamado telégrafo
harmônico, um sistema que poderia permitir o envio de mensagens múltiplas, simultaneamente através de um único
condutor utilizando tons intermitentes de diferentes freqüências.
Fig. 344
Este telégrafo era constituído por um eletroímã tendo palhetas vibratórias de aço montado sobre ele, tanto no
transmissor como no
receptor. Na teoria, um sinal enviado por meio de uma palheta vibratória
deveria ser recebido somente pela palheta sintonizada na freqüência
correspondente. Assim, usando diferentes freqüências seria possível
enviar diversas mensagens telegráficas pelo mesmo condutor. O
assistente ao fazer funcionar um dos instrumentos como transmissor,
apertou o parafuso da ponta de contato, aplicando muita pressão sobre
a palheta, impedindo-a de vibrar convenientemente. Bateu então com a
ponta dos dedos na palheta, para fazer com que a mesma começasse a
vibrar. Imediatamente Bell, que estava com o receptor junto ao ouvido,
em um aposento próximo, ouviu a vibração da palheta percebendo logo
que as vibrações de um som podiam ser transmitidas eletricamente.
A partir de então foi construído o primeiro telefone. Consistindo de uma
armação de madeira onde estava montado o eletroímã sobre o qual era
montada uma lingüeta de aço em cuja extremidade livre estava fixada
uma membrana esticada. Ao se falar junto à membrana, as ondas
sonoras emitidas pela voz faziam-na vibrar e, assim,
conseqüentemente a lingüeta junto ao eletroímã. O movimento
provocava uma corrente elétrica de intensidade variável
correspondente às ondas produzidas pela voz humana. O aparelho foi
logo posto a prova usando como receptor um telegrafo harmônico.
Durante a experiência conseguiu-se apenas ouvir o ruído produzido
pelas palavras.Entretanto, esta foi a primeira vez que a vibração da voz
humana foi transmitida a distancia por meios elétricos indicando assim
que o inventor estava no caminho certo.
Em 7 de março de 1876, Alexander Graham Bell recebe a patente sob o numero 174.465 para o seu sistema telefônico.
Entretanto, foi somente em 10 de março três dias mais tarde que realmente conseguiu transmitir um conjunto de
palavras através do seu circuito elétrico.
Fig. 344 esquemático mostrando um dos primeiros
sistemas telefônicos inventado por Bell.
11.7.3 - A EVOLUÇÃO DO TELEFONE
Bell continuou suas experiências desenvolvendo primeiramente o transmissor líquido logo e em seguida um novo tipo
de receptor conhecido como caixa de ferro. Em 25 de junho de 1876 usando transmissores de membrana e o receptor
caixa de ferro faz uma série de demonstrações públicas provando que palavras inteligíveis podiam ser transmitidas
por meio de fios. O sucesso destas demonstrações foi imediato abrindo um grande horizonte para novas pesquisas e
desenvolvimentos. A partir de 1877 começam aparecer as primeiras aplicações comerciais quando Bell lança a suas
idéias para desenvolver um completo e amplo sistema telefônico. Assim, verificou-se que para tanto, a telefonia deveria
contar com enormes investimentos em pesquisa e desenvolvimento. Estas inovações começam a ser sentidas alguns
anos após a histórica experiência de Bell quando em 1884, o fio de ferro singelo é substituído por um par de fios de
cobre tornando possível a primeira linha telefônica entre Nova York e Boston cobrindo uma distância de 380 km. O
sucesso seguinte nas comunicações de longa distância ocorreu em 1892 com a inauguração da linha entre Nova York
e Chicago com uma extensão de 1.300 km.
Entretanto, durante muitos anos após este feito memorável, a transmissão da palavra a longas distâncias ficou limitada
à cerca de 1600 km.
Isto era motivado posto que quando os fios telefônicos se desenvolvem um ao lado do outro por uma distância
considerável, o conjunto fio/isolação atuam com um capacitor sendo o primeiro como a placa e, a isolação como o
dielétrico.
Assim, esta ação capacitiva inerente a uma linha telefônica se opõe a passagem da corrente alternada através dela, do
mesmo modo que um capacitor se opõe à passagem da corrente alternada. Esta oposição é denominada de reatância
capacitiva.
Quando uma corrente alternada flui através de um condensador, deixa
de seguir a tensão tornando-se defasada uma vez que a corrente
avança em relação à tensão.Ou seja, a corrente alternada inverte a
direção uma fração de segundo antes da tensão.
Em 1901, o professor de matemática da Universidade de Columbia,
Michael Pupin inventa o primeiro tipo de repetidor telefônico mais
conhecido como “bobina de Pupin”. Fig 345 - Na realidade Pupin
demonstrou que o emprego de uma bobina de fio magnético com um
núcleo de ferro altamente magnético poderia quase que dobrar a
distância da comunicação telefônica contanto que a linha fosse
dividida em intervalos apropriados.
Através das suas pesquisas concluiu que se ligasse uma bobina
magnética num circuito telefônico de longa distância, a indutância
reativa da bobina neutralizaria a reatância capacitiva da linha.
Esta invenção tornou possíveis linhas telefônicas mais longas de
maneira que em 1911 a telefonia dá um grande passo com a
inauguração do circuito Nova York-Denver com cerca de 3380 km.
Apesar destas inovações, a transmissão da voz por meio de um
circuito elétrico para longa distância ainda necessitava de
aprimoramentos.Até 1911 a alimentação elétrica necessária para o
funcionamento do circuito só era aplicada nas suas extremidades o
que diminuía consideravelmente a intensidade do sinal transmitido.
Com a invenção da válvula termiônica, os engenheiros aperfeiçoaram um novo tipo de repetidor denominado agora de
repetidor termiônico. Basicamente este novo tipo de repetidor atuava com um amplificador de áudio freqüência de
forma que as tênues correntes que chegam à grade são amplificadas quando saem pelo circuito da placa da válvula.
Fig 346
Em 1915, este novo tipo de dispositivo telefônico permitiu a
ligação telefônica num circuito de 5800 km entre Boston e
S.Francisco, EUA usando-se de doze estações repetidoras.
Sem dúvida alguma o repetidor telefônico trouxe grande
benéfico permitindo uma rápida expansão das linhas
telefônicas. Entretanto, quanto maior fosse a distância maior
potência de amplificação era necessária. No final da década
de 1920, os amplificadores disponíveis operavam de forma
não linear na então denominada porção das suas
características de entrada-saída. Esta não linearidade não era
um grande problema ao se amplificar apenas um sinal por vez.
Porém, as distorções tornavam-se intoleráveis quando dois ou
mais canais eram alimentados através do mesmo amplificador
gerando freqüências espúrias no sinal de saída, resultando na
chamada intermodulação, isto é, quando a modulação de uma
transmissão de um canal era transferida para outro. A solução
para este problema foi contornada com o advento do circuito
de realimentação negativa inventado por H.S. Black.
No final da década de 1950 tanto nos EUA como na Europa as
centrais telefônicas por comutação eletromecânicas cedem
lugar para dispositivos eletrônicos usando da nova tecnologia
do estado sólido, com componentes como o transistor e, o
então recém desenvolvido circuito integrado. Advindo dela
surge o “private branch exchange”, mais conhecido como
PBX, e o sistema de discagem por repertório que permitia ao usuário em armazenar números no aparelho telefônico.
Fig. 345 - A bobina de Pupin.
Fig. 346 - A válvula tipo 205D, fabricada nos EUA pela Western
Electric usada como o primeiro tipo de repetidor telefônico
termiônico.
A grande demanda por transmissão de dados através das linhas telefônicas pressionou as companhias telefônicas de
maneira que por volta de 1960 aparecem os chamados “data modem” cuja principal finalidade era atuar como um
conversor permitindo que os sinais digitais pudessem ser transmitidos através das linhas telefônicas analógicas.
A partir de 1970 começam as pesquisas para a telefonia móvel de forma que na virada do século surge de forma
comercial o telefone celular. Hoje em dia, o telefone tornou-se um sistema de comunicação imprescindível sem o qual
não poderia haver a rede de computadores mundial.
Alexander G. Bell uma brilhante mente científica, que além de inventar o telefone, advindo das suas pesquisas sobre a
fisiologia e mecânica da voz para desenvolver um sistema capaz de ensinar surdos e mudos, pode também ser
considerado como um precursor da moderna eletrônica aplicada a medicina.
11.8 - O ELÉTRON E A MEDICINA
É bastante antigo o conhecimento que muitos dos processos biológicos são de natureza elétrica. Durante um
determinado movimento, ao se flexionar um músculo é gerada Eletricidade muscular, cujo efeito pode ser precisamente
medido e registrado. A enguia, capaz de gerar uma grande descarga elétrica como defesa, também pode ser
considerada como um outro exemplo da eletricidade produzida biologicamente. Assim, como muitos episódios
relevantes para o desenvolvimento da Eletricidade estão intimamente ligados com a evolução das ciências biológicas,
é sobremaneira importante um breve retrospecto histórico e cientifico para se compreender o rápido desenvolvimento
que a eletromedicina teve a partir da segunda metade do século XIX.
11.8.1 - UM BREVE RETROSPECTO HISTÓRICO E
CIENTÍFICO
No ano 600 AC, o filósofo grego Thales de Mileto observou que a resina fóssil âmbar
quando atritada com substâncias têxteis tornava-se imbuída com a propriedade de
atrair corpos leves. Elétron é a palavra grega para âmbar de onde naturalmente foi
derivada a palavra Eletricidade. Entretanto, esta propriedade do âmbar permaneceu
um fato isolado por mais de 2000 anos.
No início do século XV, o médico particular
da rainha Elizabeth, William Gilbert,
descobriu que muitas substâncias quando
atritadas, comportava-se como o âmbar e,
assim, escreveu um tratado em Latim sobre
o assunto: “De Magnete” onde denominou
estas substâncias como: “elétricos” e, o
estado elétrico ou de eletrificação adquirido
pelas mesmas de: “vis electrica”.
No inicio do século XVII médicos europeus
usavam cargas elétricas produzidas por
máquinas eletrostáticas como métodos de
terapia para muitos problemas envolvendo
dor e disfunções circulatórias. Fig. 347
Apesar de ser um conhecimento antigo foi
somente com o desenvolvimento da
Eletrologia a partir do século XVIII que se
iniciou os estudos bem como
desenvolvimento de métodos para a
medição e registros dos fenômenos
elétricos de natureza biológica. Assim, por volta de 1762 o médico fisiologista italiano
Fig. 347 - Ilustração de um primitivo tipo de
máquina eletrostática.
Luigi Galvani durante uma experiência com uma rã, tocou acidentalmente com o
bisturi no nervo da perna dissecada notando com espanto a sua contração. A perna
dissecada foi então, colocada próxima de uma máquina eletrostática e, a cada
movimento do aparelho, ao gerar cargas elétricas, notava-se as mesmas contrações
musculares. Subseqüentemente, agora, sem qualquer interferência elétrica externa,
ele tocou o nervo e os músculos da perna dissecada, respectivamente com uma barra
de zinco e cobre as quais estavam interligadas, quando notou as mesmas contrações.
Desta experiência concluiu que havia descoberto a Eletricidade animal. Seu
pronunciamento causou sensação
nos
meios científicos da época. Entretanto, esta
hipótese foi logo contestada por outro
cientista italiano, Alessandro Volta, o
inventor da primeira pilha elétrica. Na
realidade o que Galvani havia realmente
descoberto foi o fluxo da Eletricidade pela
corrente gerada quando dois metais diferentes estão em contato. Apesar do
equivoco da sua hipótese, esta experiência tornou-o famoso de maneira que seu
nome está relacionado com diversos termos em Eletricidade como: corrente
galvânica, galvanismo e o galvanômetro. Fig. 348
A partir da segunda metade do século XVIII, com a descoberta do eletromagnetismo,
começam aparecer as aplicações práticas da Eletricidade no campo da medicina.
Assim em 1851, John Marschall introduz um dos primeiro tipos de cautério elétrico
usado para fins cirúrgicos. Na França, em 1872, surge uma técnica de cauterização
da glândula lacrimal através de um aparelho alimentado por bateria originalmente
desenvolvida por M.G. Planté. O poliscópio, precursor do moderno endoscópio,
inventado na França por M. Trouvé. Basicamente consistia de uma bateria provida
com um reostato ligado a um filamento de platina. O aparelho podia ser usado tanto
para iluminação de cavidades escuras quando usava refletores esféricos,
parabólicos ou côncavos, como cautério elétrico. Fig. 349
Em 1876, O Dr. Duchenne, de Bolonha desenvolve um aparelho elétrico estimulador
de músculos. Para localizar estilhaços, fragmentos metálicos em pessoas feridas. M.
Hughes inventa em 1881, um tipo de estetoscópio elétrico. Entretanto, a primeira
grande e efetiva contribuição dos fenômenos elétricos para a medicina foi à
descoberta dos Raios-X.
Fig. 348 - Ilustração da experiência de Galvani.
Fig. 349 - O poliscópio, precursor do moderno
endoscópio.11.8.2 - A DESCOBERTA DOS RAIOS X
O raio catódico foi descoberto por William Crookes usando um dispositivo inventado
por ele conhecido como tubo de Crookes. Durante suas experiências Crookes deixou
acidentalmente algumas embalagens contendo chapas fotográficas virgens próximo
onde havia instalado o seu tubo rarefeito. Algum tempo depois, ao usar estas chapas
fotográficas verificou que algumas tinham sido sensibilizadas. Entretanto, nunca lhe
ocorrera que a sensibilização das películas pudesse ser uma conseqüência da
radiação emanada do tubo rarefeito. A história da ciência esta repleta de sutilezas,
pois da mesma forma que Crookes, outro físico de renome Phillip Lenard, não atinou
para o fato de investigar por que uma lâmina delgada de alumínio revestida com uma
película de platinocianeto de bário ficava fluorescente na presença de raios catódicos
produzidos pelo tubo de Crookes quando em sua proximidade.
Willhelm Conrad Roentgen era
engenheiro mecânico onde se formou
em 1868 na Escola Politécnica de
Zurich. Entretanto, apesar de nunca
ter freqüentado um curso básico de
Física doutora-se em Filosofia com a
tese “Estudo sobre Gases”. Seu
grande interesse por experiência
sobre mutações físicas, o ensino e, a
grande habilidade de conduzir
pesquisas sobre os raios catódicos
aproximou-o de outros pesquisadores
como: Hertz, Hittorf e Crooks e, com
eles desenvolveu experiências que
permitiram comprovar os efeitos
desses raios sobre placas
fotográficas. Em 8 de novembro de
1895, Roentgen repetiu a experiência
de Lenard empregando um tubo de
Crookes provido com um tipo de
máscara. Trabalhando em seu laboratório caseiro verificou que uma parte dos raios
catódicos produzidos escapava do tubo passando pela máscara. Da mesma forma
que Lenard fizera, colocou uma lâmina de alumínio delgada, revestida com uma
película de platinocianeto de bário, próxima da máscara do tubo de Crookes
comprovando que através da máscara haviam escapado raios catódicos suficientes
para provocar uma leve fluorescência. Intrigado com o fenômeno, Roentgen começou
a pesquisar se seria necessário abrir uma janela na parede de vidro do tubo para que
os raios catódicos escapassem. Como os raios catódicos eram invisíveis, pensou que
seria necessário usar um tipo de tela para a sua detecção. Entretanto, como achava
que haveria uma menor fluxo de raios catódicos emanando da parede de vidro do que
através da mascara coberta com tiras delgadas de alumínio devido à intensa
luminosidade do tubo de Crookes, talvez não seria possível observar a tênue
fluorescência da tela. Assim, Roentgen cobriu o tubo de Crookes
Fig. 350 - Primitivo tipo de aparelho de raios-X.
com um
cartão
negro
para
impedir
toda a
luminosidade indesejada alem de obscurecer o ambiente do seu laboratório. Ao
excitar o tubo, verificou uma emanação amarelo-esverdeada cintilando intensamente.
Incrédulo, repetiu a experiências por diversas vezes concluindo que o catodo do tubo
não era responsável pela fluorescência convencendo-se finalmente que se tratava de
um raio desconhecido o qual foi por ele denominado de raios-X.fig 350
Na realidade os raios-X são um tipo de onda eletromagnética alocada em uma
determinada porção do espectro de radiofreqüência, consistindo de uma rápida
variação dos campos de força e eletromagnético. Logo após a descoberta dos raios-
X, concentrou-se esforços para sua aplicação em medicina. Originalmente, o
diagnóstico
por Raios-X era indicado apenas para ortopedia. Os
primeiros anos da sua descoberta foram de tentativas
e erros devido à precariedade dos equipamentos e,
principalmente do desconhecimento dos seus efeitos
sobre os seres humanos. Entretanto, já na segunda
década do século XX registraram-se grandes avanços
como do aparecimento de dispositivos geradores de
raios-X, conhecidos como ampolas, agora mais
elaboradas, além de sistemas de cálculos para
controle da dosagem. Fig. 351. Assim, para
roentengrafias de qualidade satisfatória do sistema
ósseo a excitação do aparelho exigia respectivamente
baixa tensão e corrente, cerca de 70 kV. À medida que
o conhecimento da técnica roentengráfica se
aprofundava começou a ser aplicada para
diagnósticos em outras áreas como,
gastroenterologia e pneumologia. No diagnóstico de
doenças do tórax, como por exemplo da tuberculose,
em virtude das áreas em observação serem móveis e profundas, exigia excitações
com tensões mais elevadas e menor tempo de exposição surgindo assim a
fluoroscopia. Os novos aparelhos advindos desta crescente tecnologia aliados com
o processo de contraste eram agora capazes de focalizar a área em observação com
grande precisão, permitindo identificação de abscessos profundos como tumores
malignos, fraturas etc.
A descoberta de Roentgen foi a primeira grande aplicação dos fenômenos elétricos
em medicina sendo a precursora da moderna radiologia e, do diagnóstico por
imagem com a invenção em 1972 da tomografia axial transversa computadoriza.
Como visto os raios-X foi uma conseqüência direta da avançada evolução da Física
no campo da Eletrologia ocorrida no final do século XIX, que paralelamente abriu
novas possibilidades de pesquisa e, assim, permitindo agora que as tênues
correntes de origem biológica começassem a ser medidas e registradas com maior
precisão.
Fig 350A - Geissler na Alemanha foi um precursor na fabricação de tubos rarefeitos providos
com eletrodos que quando energizados por uma máquina eletrostática ou de indução permitiam
observar uma descarga luminosa.
Fig. 351 - Uma moderna ampola de
raios-X
11.8.3 - MEDINDO-SE AS CORRENTES DE ORIGEM
BIOLÓGICAS
Em 1906, o fisiologista holandês, Willem Einthoven inventou um método capaz de
registrar tênues tensões que ocorrem em diferentes partes do corpo humano por meio
de um galvanômetro de fio. Por estas suas pesquisas Einthoven recebeu o prêmio
Nobel de medicina e fisiologia em 1924. Para se obter maior precisão o galvanômetro
de fio foi logo substituído por um aparelho mais sensível, o galvanômetro de quadro
de forma
que as tensões do músculo cardíaco
gerado na superfície da pele podiam
agora ser medidas e plotadas em
gráficos originando um gráfico, o
chamado “cardiograma” de forma a se
ter uma impressão do seu
funcionamento. Surgia assim a
eletrocardiografia. O
eletrocardiógrafo tornou-se uma
ferramenta indispensável na
prevenção e tratamento do infarto do
miocárdio posto que a avaliação
elétrica do músculo cardíaco foi
rapidamente aprimorada com advento
do vectocardiograma. Uma técnica na
qual se emprega um osciloscópio
para indicar panoramicamente as
diversas tensões geradas, permitindo
que o médico pudesse agora avaliar a correlação existente entre elas.
A técnica desenvolvida por Einthoven foi logo empregada para medir as
extremamente baixas tensões, cerca de 30 microvolt, geradas pelo cérebro na
superfície do crânio. Assim, através da encéfalografia, os médicos podiam estudar o
funcionamento do cérebro tornando-se um processo de grande aplicação para a
neurologia. Com a evolução da amplificação eletrônica, além do cardiograma e do
encefalograma, no início da década de 1950, médico dispunha de outras técnicas para
avaliação e estudo do comportamento da máquina humana. Assim, a fotocélulas
usada em colorímetros, permitia análises bioquímicas do sangue com dosagens
precisas de componentes como a hemoglobina, creatinina, ácido úrico etc. Fig. 352
Os clássicos métodos de auscultação e toque cedem lugar para avançados métodos
eletrônicos de diagnósticos e terapêuticos como diatermia, miografia, ultra-
sonografia, etc, tabela 4, além de meios de monitorização hospitalar do paciente cujos
parâmetros clínicos são controlados por um complexo processamentode dados
através do computador.
TABELA 4
ILUSTRAÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE CORRENTES USADAS PARA FINS ELETRO TERAPEUTICOS NO
FINAL DA DÉCADA DE 1940.
TIPO DE
CORRENTE
TIPO DE ONDA OBSERVAÇÕES
GALVÂNICA
Corrente galvânica até 75 V, 20 mA ,CC obtida através de baterias ou
fontes de alimentação retificadas por válvulas ou retificadores de selênio.
Usada no tratamento de inflamações dolorosas, iontoforêse
Fig. 352 ilustração do novo campo da ciência médica, a
eletro medicina.
GALVÂNICA
PULSANTE
Idêntica a anterior cujos pulsos são criados dispositivos eletrônicos ou
eletromecânicos como por exemplo tipos de relês. Aplicações semelhantes
a anterior.
SURTO
GALVÂNICO
Corrente galvânica CC cuja amplitude é variada periodicamente por
válvulas tipo Thyratron, resistores variáveis acionados por motores ou
certos tipos de válvulas.
FARÁDICA
Semelhante a corrente galvânica pulsante, porém operando em alta
freqüência 1000-2000 Hz com amplitude de 75 V, Max. de 1
mA.Produzida por geradores farádicos ou bobinas conhecidas como
inductorium.Usada na estimulação de músculos pós-traumatismos.
SINUSOIDAL
LENTA
Corrente galvânica de baixa freqüência 5-30Hz produzida por geradores
eletromecânicos ou geradores operando com válvulas Thyratron. Usada
na estimulação de músculos pós-traumatismos.
SURTO
ALTERNADO
MODULADO
Corrente alternada cuja freqüência de 60 Hz é modulada por um
interruptor termicamente acionado ou gerador acionado por motor.
Usada em terapia de eletro-choque .
ONDA
ESTÁTICA
Produzidas por geradores eletrostáticos rotativos de alta tensão põem
com correntes menores que 1mA. Difícil emprego devido complexidade
do aparelho
11.9 - DO ÁBACO AO COMPUTADOR ELETRÔNICO DIGITAL
As operações envolvidas com cálculos matemáticos sempre foram um processo tedioso e, desde a idade antiga o
homem tem buscado soluções para minimiza-lo. Assim, para auxilia-lo nesta tarefa, um dos primeiros instrumentos
inventados foi o ábaco que surgiu na China por volta do ano 3000 a.C. O aparelho, na realidade um dispositivo,
representava números em unidades, dezenas, centenas e milhares através de um sistema de contas.
Entretanto,os primeiros conceitos de calculadores de origem mecânica conhecida surgem somente a partir do
século XVI. Fig. 353
Fig. 353 - O ábaco surgido na China por volta de 3.000
antes de Cristo.
11.9.1 - AS CALCULADORAS DE ORIGEM MECÂNICA
Em 1600, John Napier, o matemático britânico que inventou o logaritmo, desenvolveu uma tabela de multiplicações.
Quarenta e dois anos mais tarde o matemático francês Blasé Pascal constrói uma máquina de somar. Sua
calculadora era compostas de um determinado número de rodas com eixos paralelos, que por meio das suas
posições podiam fazer uma soma cujo resultado era indicado em janelas na tampa do aparelho, Fig. 354
Entretanto, estes primeiros dispositivos permitiam a realização de apenas a operação de adição. Assim, em 1673,
Gottfried Wilhelm Leibniz, filósofo e matemático alemão inventa uma calculadora, conhecida como a roda de Leibniz,
que permitia a realização automática das operações de soma subtração, divisão e multiplicação. Sua idéia foi mais
tarde aperfeiçoada por Charles Xavier Thomaz com a introdução de um aparelho conhecido como “aritmômetro”
provando que calculadoras deste tipo podiam ser fabricada comercialmente, o que na prática viria acontecer
somente no final do século XIX.
Apesar do avanço operacional para a época, ainda não podiam ser consideradas como calculadoras analíticas,
capazes de executar uma seqüência de operações pré-programadas exigidas por um computador.
Fig. 354 - Ilustração do aparelho inventado por Pascal
conhecido como “Pascaline”.
11.9.2 - O CONCEITO DA CALCULADORA ANALÍTICA
Em 1823, o matemático inglês Charles Babbage desenvolveu o conceito do motor diferencial, considerado como o
precursor do moderno computador digital. Na realidade, consistia da primeira calculadora analítica desenvolvida
para auxiliar a marinha britânica nos cálculos necessários para a elaboração de cartas náuticas empregando tábuas
de multiplicação, logaritmos, senos, co-seno, e, também, observações e medições de ordem física. Em sua
concepção básica, a calculadora era composta da unidade de memória, para armazenamento dos dados inseridos
através de cartões perfurados que davam as instruções necessárias para o aparelho realizar todas as operações
aritméticas usando um registrador de dez dígitos e, a unidade de processamento com possibilidade de saída para
um tipo de impressora de dados. É interessante notar que o emprego de cartões perfurados foi baseado num
dispositivo para automação de teares desenvolvido em 1805 por Joseph Marie Jacquard.
Paralelamente, em 1848, o matemático George Boole desenvolve a teoria da lógica simbólica expondo através dela
a possibilidade de se usar de simples expressões algébricas para exprimir lógica, surgindo assim álgebra boleana
que em termos numéricos tinha conjuntos de 0 e 1 ou um sistema binário. Assim os modernos computadores podem
usar deste sistema binário, com as suas partes lógicas executando operações binárias.
Em 1890, William S. Burroughs inventa uma máquina de adição e listagem usando de cartões perfurados. O mesmo
princípio foi usado por Herman Hollerith para elaborar um sistema de processamento de dados solicitado pelo
governo americano para a realização do senso demográfico de 1896.
No final do século XIX, o conceito de computador analógico surge com os trabalhos de James e William Thompson,
este último conhecido como lorde Kelvin, que juntos constroem um aparelho conhecido como planímetro, composto
de uma esfera e um integrador. Lorde Kelvin empregou este tipo de integrador em um analisador harmônico como,
também, num dispositivo para prever o ciclo das marés.
De origem puramente mecânica, o computador torna-se um sistema eletrônico somente a partir da década de 1940,
com o emprego da válvula termiônica. Assim, para efeito técno-histórico o seu desenvolvimento é analisado
considerando-se os diversos estágios evolutivos, mais conhecidos como famílias ou gerações de computadores.
11.9.3 - A GENEALOGIA DO COMPUTADOR
O final da segunda grande guerra assinala o início da era dos computadores digitais de origem termiônica, pois
agora, sem a rigidez da confidencialidade exigida durante os anos de conflito, permite que a tecnologia se
desenvolva rapidamente, tornando-o um produto comercial que logo mudaria a sociedade.
Assim, tanto na Europa como nos EUA, cientistas e engenheiros que trabalharam em projetos militares na área de
computação passam a aplicar os seus conhecimentos na vida civil desenvolvendo, assim, a primeira geração de
computadores de origem eletrônica.
11.9.3.1 - A PRIMEIRA GERAÇÃO (1940 – 1950)
O primeiro computador eletrônico digital foi resultado dos trabalhos de um professor de Física da Universidade de
Iowa, EUA, John Vincent Atanasoff, que na busca de um meio para resolver equações lineares, teve a idéia de
combinar simultaneamente um circuito eletrônico, com uma memória de varredura mecânica usando capacitores.
Em sua concepção básica o dispositivo consistia de uma memória composta de cilindros rotativos
Fig. 355 - O computador ABC
Crédito de fotografia cedido gentilmente pela: Iowa State
University
Fig. 355A - Vista pela parte lateral
Ccrédito de fotografia cedido gentilmente pela: Iowa State
University
Fig. 355B - Cliff Berry um dos assistentes do Dr. Atanasoff
operando o primeiro computador valvulado.
Crédito de fotografia cedido gentilmente pela: Iowa State
University
Fig. 355C - Diagrama do computador desenvolvido na
Universidadede Iowa pelo físico John Vincent Atanasoff.
provido com contatos elétricos, na forma de pequenos pinos de latão, interligados com capacitores de papel, cuja
variação de carga durante a operação era monitorado e ajustado por um circuito elétrico. Por sua vez a lógica do
sistema era feito com 255 válvulas tipo duplo triodo. Fig. 355
No inicio da segunda guerra mundial os computadores eletromecânicos disponíveis, como o “ASCC” - Automatic
Sequence Controlled Calculator - desenvolvido pela IBM, EUA, já não eram tão rápidos para resolver os complicados
cálculos balísticos exigidos pelos armamentos usados no novo tipo de guerra aérea, de forma que o aparelho de
Atanasoff por ter uma concepção diferente, não mais usando de multivibradores biestáveis ou flip-flop, porém de
um conceito eletrônico foi à origem do emprego da válvula na incipiente ciência da computação. Assim, em 5 de
junho de 1943, o governo americano assina um contrato com a universidade da Pensilvânia para desenvolver o
projeto do “ENIAC”, ou - Electronic Numerical Integrator and Computer - o qual entrou em operação três anos mais
tarde iniciando a era da computação digital. Pronto, o computador era um complexo gigantesco que empregava
18.000 válvulas montadas em bastidores pesando no total cerca de 30 toneladas, que ocupava uma sala com 250
m², tendo um consumo elétrico médio de 150 kW. Operando com uma freqüência de relógio de 100 kHz podia
executar operações de adição e multiplicação em cerca de 0,2 ms e 2,8 ms respectivamente.
No lugar de notação binária o sistema “ENIAC” usava notação decimal, podendo
operar até cerca de 10 dígitos através de contadores em década que funcionavam
como acumuladores para o armazenamento de números no aparelho. O sistema
“ENIAC", foi usado pela primeira vez em trabalhos práticos na resolução de
problemas para famoso "Projeto Manhattan", responsável pela fabricação da primeira
bomba atômica em 1945.
Mas, apesar da sua avançada tecnologia, o sistema de computação "ENIAC", tinha
ainda algumas deficiências, pois a sua programação era feita através de uma
central de comutação, semelhante ao uma mesa
telefônica, tornando sua alteração uma operação
muito lenta. Desta maneira, para aumentar a
velocidade de programação, era necessário que ela
pudesse ser feita eletronicamente, da mesma forma
que os dados eram armazenados na memória. Fig.
356
Na aurora da computação, a memória controlava a
arquitetura do projeto, de forma que naquela altura,
os engenheiros dispunham apenas de uma técnica
muito dispendiosa para armazenamento de dados
que consistia no emprego do circuito flip-flop à
válvula.
Em 1946, a mesma entidade que havia construído o sistema "ENIAC", "The
University of Pennsilvania’s Moore School of Electrical Egineering", inicia os
estudos para um novo tipo de computador, o sistema "EDVAC", ou "Electronic
Discrete Variable Computer". Este sistema usava de uma nova técnica de
armazenamento de dados advinda das pesquisas com o "Radar" devido à guerra,
conhecida como "linha de retardo do mercúrio". Na realidade, os pesquisadores
verificaram que se um sinal propagado ou retardado através do mercúrio fosse
amplificado e recirculado, a informação poderia ser mantida na linha
indefinidamente, bem como acessada cada vez que fosse necessário.
Paralelamente na Europa, estavam também sendo feitas pesquisas sobre uma
calculadora digital pois em 1943, pressionados pelo esforço de guerra, os ingleses
desenvolvem um computador especializado em análises criptográficas,
denominado de "Colossus", um sistema composto com cerca de 1.500 válvulas
termiônicas que foi a origem da engenharia de computação britânica. No "National
Mathematical Laboratory" criado em 1945, são desenvolvidos o "tubo de Williams",
considerado como a primeira memória totalmente eletrônica, bem como um novo
tipo de sistema de computação o "EDSAC", ou "Electronic Delay Storage Automatic
Computer". No final da década de 1940 surge o amplificador valvulado operacional
em corrente contínua comercial, um sistema eletrônico que devido ao seu alto ganho com baixo desvio prenunciava
a era do computador analógico de concepção totalmente eletrônico. Entretanto, apesar do grande avanço da
termiônica, as válvulas disponíveis na época eram originalmente para fabricação de radiorreceptores, não
possuindo o desempenho necessário exigido para operação nos circuitos lógicos dos primeiros computadores.
Pesquisas feitas nos EUA, por companhias como a Sylvania, desenvolvem as primeiras válvulas pentodo, projetadas
especificamente para atuar como elemento de lógica digital onde se tem, por exemplo o tipo 7AK7, Fig. 357. Como
Fig. 355D - Dr. John Vincent
Atanasoff, criador do primeiro
sistema de computação desenvolvido
originalmente para resolver
complexas operações equações
lineares.
Fig 357 - Ilustração da válvula 7AK7.
Este pentodo de corte abrupto com
duas grades de controle de média
transcondutância usando soquete tipo
Loktal foi a primeira válvula para
aplicações digital desenvolvida nos
laboratórios da empresa Sylvania em
1948 especialmente para atender as
exigências do sistema de computação
conhecido como projeto “Whirlwind”.
Coleção Ludwell Sibley,KB2EVN, EUA.
visto, o período 1940-1950, foi pródigo em desenvolvimentos no campo da engenharia da computação que viria
assim, influenciar sobremaneira as novas gerações de computadores. Fig. 358
Fig 356 - O sistema de computador conhecido como ENIAC.
Electronics
Fig. 358 - Computador desenvolvido nos laboratórios General
Electric, EUA em 1950, conhecido como OMIBAC, ou "Ordinal
Memory Inspecting Binary Automatic Calculator" Radio Electronics.
11.9.3.2 - AS NOVAS GERAÇÕES DE COMPUTADORES
A partir de 1950, se implementa definitivamente o conceito de memórias totalmente eletrônicas para o
armazenamento de instruções como dados no computador. Nesta mesma época surgem vários sistemas como o
computador automático binário, conhecido como “BINAC”, o computador eletrônico automático ou “SEAC”, um dos
primeiros computadores “variable-word-length” operando simultaneamente com armazenamento por meio de tubo
e fita magnética, que foi desenvolvido pela RCA sob o nome de “BIZMAC”. Apesar destes avanços, os pesquisadores
logo concluíram que para analises de dados em tempo real era necessário o emprego de técnicas de computação
digital surgindo assim o sistema Whirlwind, um computador construído com cerca de 5.000 válvulas, 11.000 diodos
que operava com 15 dígitos binários.
O aparecimento da tecnologia de núcleo magnético revolucionou a ciência da computação, pois através dela os
engenheiros tinha agora um método de produzir economicamente memórias com maior capacidade de
armazenamento e velocidade de processamento de dados.
O desenvolvimento comercial do computador logo acirrou a competição dentro da indústria eletrônica dando origem
assim a uma emergente comunidade de fabricantes dentre os quais se destacam: Ferranti Ltd, com o seu sistema
Mark I; a Remington Rand lançando no mercado o “UNIVAC I” um sistema síncrono serial que operava a uma razão
de 2,25 MHz através de 5.000 válvulas; a International Business Machine Corporation, IBM, com o computador
paralelo síncrono série 701, que empregava 4.000 válvulas, 12.000 diodos de Germânio com uma freqüência de
relógio de 1 MHz.
É interessante notar que apesar do transistor ter sido lançado em 1948, sua aplicação como elemento de lógica
dentro da engenharia da computação começou a ser empregado somente no final da década de 1950. Assim, o
modelo 1605, projetado e construído nos EUA pela Control Data Corporation, foi um dos primeiros computadores
de concepção totalmente estado sólido, que empregava 25.000 transistores e 100.000 diodos, com armazenamento
em memória por núcleo magnético.Mas, este novo conceito de calculadora eletrônica ainda tinha um preço bastante
elevado. Assim são feitos inúmeras pesquisas e desenvolvimentos para tornar o computador economicamente
factível de maneira que em 1959 surge o primeiro processador de dados programado, denominado pelo seu
fabricante de PDP-1.
Durante toda a década de 1950 a tecnologia de hardware havia sofrido uma enorme evolução, porém, a preparação
de programas ou linguagens a ser usada em um computador digital era ainda bastante precária. Esforços neste
sentido são feitos por várias empresas e institutos de pesquisas de forma que a partir de 1957 surgem as primeiras
linguagens usando de notações algébricas e algoritmos dentre as quais, as principais estão indicadas na tabela 2.
TABELA 5 - MOSTRANDO AS PRINCIPAIS LINGUAGENS DE COMPUTADOR EXISTENTES NO FINAL DA DÉCADA DE 1950.
DATA LINGUAGEM ORIGEM DESENVOLVIMENTO OBS.
1957 FORTRAN EUA IBM FORTRAN = FORMULA TRANSITION
1958 FLOWMATIC EUA UNIVAC
1959 ALGOL
EUA /
ALEMANHA
ACM/GAAM
ACM= ASSOCIATION FOR COMPUTING MACHINES
GAAM= GERMAN ASSOCIATION FOR APPLIED
MATHEMATICS
1959 COBOL EUA
FORÇAS ARMADAS
EUA
COBOL = COMON BUSINESS ORIENTED LANGUAGE
Com a contínua e crescente evolução da tecnologia do estado sólido, são lançados no mercado a partir de 1964 os
primeiros circuitos integrados. Além de menores e mais velozes permitiam processamento de sinais com o mínimo
consumo de energia quando comparado ao seu antecessor o transistor. Assim a ciência da computação
deu um passo gigantesco na sua evolução, pois o circuito
integrado além de possuir aquelas vantagens permitiu
reduzir consideravelmente o tamanho do computador. A
partir de 1982 surge a quarta geração de computadores
com o emprego de
circuitos integrados
to tipo “VLSI” - Very
Large Scale
Integration - ou seja,
integração em escala
ampla, agora
incorporados com
linguagens bem
mais aprimoradas
dando origem ao
moderno micro computador. Fig. 359
Em quarenta anos desde as pioneiras experiências de Atanasoff o
computador se incorpora definitivamente na sociedade. Na realidade ele foi
mais uma extraordinária invenção advinda do espírito da pesquisa inerente
a homens de mentes brilhantes, cujo intuito foi a perene busca para o bem
estar comum.
Fig. 359 - Um moderno computador usando microprocessadores de
ultima geração.
Fig. 359A - Uum moderno computador
conhecido como “notebook” usando monitor
incorporado com tela de cristal líquido.
11.10 - CONSTRUTORES DA MODERNA SOCIEDADE ELETRÔNICA
A moderna sociedade eletrônica é conseqüência da curiosidade, audácia e da tenacidade inerente a espécie humana
que numa perene busca para uma melhor perspectiva de vida levou homens de gênio criativos no desenvolvimento
de inúmeras invenções e descobertas. Dentre eles se destacam:
Alexander Gaham Bell
Eletrificou a voz humana permitindo o fluxo das palavras através de fios com a invenção do telefone. Escocês, foi
educado na Universidade de Edimburgo, situada na mesma cidade onde nasceu em 3 de abril de 1847. Em 1870
imigrou para o Canadá. Interessado no sistema inventado pelo seu pai para se comunicar com deficientes surdos-
mudos, em 1872 tornou-se professor da fisiologia da voz na universidade de Boston. Sua especialidade era a
mecânica da voz que o conduziu às primeiras experiências no desenvolvimento de um aparelho para a transmissão
elétrica das palavras. Em 7 de março de 1876, Bell recebe do Escritório de patentes dos EUA o registro nº174.465
garantindo-lhe o direito sobre a sua invenção o telefone. Durante sua visita a exposição de Filadélfia, D.Pedro II,
imperador do Brasil, assistiu impressionado a demonstração do telefone feita por Bell sendo assim considerado
como primeiro reconhecimento oficial do aparelho.
Charles Cros
Nascido a 1º de outubro de 1842 em Fabrezan, este francês de grande versatilidade, foi poeta, químico, pintor.
Apresentou em abril de 1877, à academia Francesa de Ciências projeto de um aparelho reprodutor de sons cuja
concepção era bastante parecida com o fonógrafo de Edison. Entretanto, Cros não conseguiu materializar o seu
invento e, em fevereiro de 1878 Edison obtinha o registro de patente para o seu aparelho.
Emil Berliner
O principal artesão na invenção do disco plano, nasceu em 1851 em Hanover, Alemanha. Cedo imigrou para os EUA
onde exerceu diversos trabalhos. Autodidata, instalou um pequeno laboratório onde realizava suas experiências
sobre o telefone inventado por Bell. Em 1883, após varias pesquisas baseadas nos trabalhos de Martinville, Cros e
Bell-Tainter, desenvolveu finalmente os princípios da fonotipia que consistia no registro dos sons naturais na forma
de modulação lateral sobre um disco plano.
Hermann L. F. Von Helmholtz
Ffísico e filósofo, natural de Potsdam, na Alemanha onde nasceu em 31 de agosto de 1821. De família humilde,
conseguiu formar-se em medicina, atuando como assistente do museu de Anatomia de Berlin.Logo em seguida
torna-se professor de Física da Universidade de Berlin onde se especializa em Óptica e Acústica. Em 1863 escreve
o seu famoso livro “Sensations of Tone” considerado o mais importante trabalho em acústica do século XIX. Suas
pesquisas foram fundamentais para o desenvolvimento da teoria da indução eletromagnética que culminou com a
demonstração da propagação das ondas eletromagnéticas pelo seu pupilo Heinrich Hertz. Von Helmholtz morreu
em Charlottenburg, em 8 de setembro de 1894, na Alemanha.
Leon Scott de Martinville
Nascido em 1817 foi o inventor de fonautografo, um primitivo aparelho cujo princípio operacional foi o precursor do
diafragma. Martinville morreu pobre e esquecido em 16 de abril de 1879 em Paris.
Michael Idvorsky Pupin
Físico e inventor de origem sérvia, imigrou para os EUA em 1873. Graduado pela universidade de Columbia em 1883
onde se tornou professor de Física e Matemática em 1891. No campo da Física seus estudos o levaram a descobrir
as emissões secundárias de Raios X em 1892. Motivado pelo seu grande interesse em vários campos da tecnologia
como o rádio, o telégrafo, inventou o primeiro tipo de repetidor telefônico conhecido como “Bobina de Pupin” que
permitiu a ligação telefônica de longa distância. Michael Pupin faleceu em 12 de março de 1935 em Nova York, EUA.
Nikola Tesla
Matemático de origem servia nasceu em 7 de julho de 1857 em Smiljan.
Estudou Matemática, Física e Mecânica na escola politécnica de Gratz e, na
universidade de Praga onde fez um curso de filosofia. Durante seu curso em
Gratz teve a oportunidade de trabalhar com o dínamo elétrico inventado por Z.
T. Grammes quando propôs várias modificações para simplificar o aparelho.
Imigra para os EUA em 1884 onde desenvolve várias pesquisas culminando
com invenções como a bobina Tesla e diversos tipos de motores para
operação em corrente alternada. Em 1895 inventa o método de geração da
energia elétrica por corrente alternada permitindo a sua transmissão à longa
distância. Nikola Tesla falece em 7 de janeiro de 1943 na cidade de Nova York,
EUA. Fig. 360
Samuel Finley Breese Morse
Inventor e artista norte-americano. Original de Charlestown, Massachusetts
onde nasceu em 27 de abril de 1791.Graduado pela universidade de Yale em
1810 quando viaja para a Inglaterra para estudar artes. Em 1825, atua como professor de literatura e artes na
universidade de Nova York. Em 1835 constrói um dos seus primeiros instrumentos telegráficos elétricos, usando de
um sistema de transmissão de mensagens com base no alfabeto de traços e pontos numa distância de 500 m. Trinta
anos mais tarde após suas primeiras experiências, em 2 de abril de 1872, os telégrafos do mundo todo transmitem
a notícia do seu falecimento.
Thomaz Alva Edison
Norte americano de origem, nasceu em 11 de fevereiro de 1847 na cidade