Sobre la Historia de la Electrónica en el Primer
Centenario de su Nacimiento: La Era Termoiónica
Juan Carlos A. Floriani, Member, IEEE
Resumen–En el presente trabajo se hace una descripción histórica
del proceso de desarrollo de la electrónica en su primera parte: la
era termoiónica. Se describen las contribuciones de los tres
autores principales que dieron origen a la misma : Edison,
Fleming y De Forest. Se describe además la contribución hecha
por la física y se proponen algunos de los desarrollos más
importantes en su fase de madurez como el tetrodo, pentodo,
thyratrón, magnetrón y el klystron. En todos los casos se da una
breve descripción técnica de los mismos acompañada de la
información histórica relacionada con la fecha y autoría de cada
desarrollo. Se propone además, en forma breve, el rol de las
vávulas en la actualidad.
Palabras claves–Electrónica termoiónica, Historia de la
electrónica.
I. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la palabra electrónica está directamente
asociada con las computadoras, televisores, teléfonos
celulares, etc. En realidad para hablar de electrónica es
necesario recordar que dicha rama de la ingeniería sienta sus
bases en la teoría del electromagnetismo y los circuitos
eléctricos. Por lo tanto desde B. Franklin (1706-1790) hasta B.
D. H. Tellegen cuando en 1952 publicó su teorema [1],
contribuyeron en alguna medida. Para una breve reseña
histórica sobre el electromagnetismo y los circuitos eléctricos
se sugiere la bibliografía [2].
Pero el inicio del desarrollo especifico de la electrónica
aparece en 1883 cuando T. A. Edison descubre la emisión
termoiónica o efecto Edison. Sin embargo, la gestación de la
misma se produce en 1904 cuando Sir J. A. Fleming propone
el diodo o válvula de Fleming. Finalmente, nace e inicia el
recorrido de un largo camino dos años más tarde, cuando en
1906 L. De Forest propone el triodo o Audion, como él lo
llamaba.
Diferentes son las “importantes” contribuciones que la
electrónica termoiónica propuso en su desarrollo en el
transcurso de los años. Muchas de esas aplicaciones existen en
el presente, con las obvias actualizaciones tecnológicas, como
por ejemplo: la telefonía inalámbrica, la radio, la televisión
(1927), etc. Quizás la contribución menos conocida por los
jóvenes sea la computadora Mark 1, desarrollada en 1944 por
la IBM y la Universidad de Harvard. Esta computadora fue
reemplazada en 1947 por una versión mejorada denominada
ENIAC, desarrollada por la Universidad de Pennsylvania.
El autor recuerda que su abuelo materno escuchaba música
en una radio multibanda, de dimensiones imponentes,
alimentada con una batería de 6V.
. Este aparato pertenecía,
tecnológicamente, a la era termoiónica. Otro hecho importante
El autor pertenece a San Lorenzo, 2821 Santa Fe, Argentina (e-mail:
jcafloriani@hotmail.com).
fue la lectura de la serie Electrónica Básica [3], durante el
período de escuela secundaria, sumado a algunas aplicaciones
vistas en la universidad. Estos hechos explican el deseo de
brindar un humilde pero bien merecido homenaje (en español)
a los pioneros de la electrónica, en el primer centenario de su
nacimiento 1906-2006.
II. CONTRIBUCIÓN DE EDISON
Thomas Alva Edison [4].
En el año 1883, el inventor estadounidense Thomas Alva
Edison (1847-1931) trabajaba en un experimento con lámparas
incandescentes en las cuales utilizaba un filamento de carbón.
Estos filamentos se rompían con mucha facilidad ya que
estaban formados por hilos muy finos. Su objetivo era
encontrar un sistema que le permitiera aumentar la vida útil de
las lámparas. Para lograr esto, Edison construyó un soporte
metálico que conectó al frágil filamento mediante partes
aisladoras [3].
A partir de este hecho surgen diferentes versiones sobre el
descubrimiento de la emisión termoiónica, que es
esencialmente la emisión de electrones por un cuerpo
sobrecalentado. Por ejemplo en [3], se afirma que: por razones
que se desconocen, Edison conectó el soporte metálico al
terminal positivo de la batería que alimentaba la lámpara,
como se muestra en la figura 1. Sorprendido, observó que
circulaba corriente. Otros autores afirman que: el carbón que
se desprendía del filamento se depositaba en la superficie
interna de la ampolla de vidrio de la lampara ennegreciéndola.
Por tal razón, Edison decidió generar una “absorción” de estas
partículas mediante una “atracción electrostática”
(polarización eléctrica), observando que circulaba corriente en
modo permanente. Delogne en [5], afirma que el
descubrimiento fue hecho sin la introducción de una tensión
(batería) en el circuito (ver fig. 1). En la época de Edison, los
circuitos eléctricos funcionaban con el positivo a masa, por lo
tanto es posible que su intensión haya sido conectar el hilo
metálico del soporte a masa.
De todo esto no se logra entender con precisión si Edison
comprendió que se trataba de cargas eléctricas y que estas eran
242 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 4, NO. 4, JUNE 2006
negativas. Todo hace suponer que efectivamente logró
comprender este hecho básico, lo que seguramente no
comprendió es el origen de tales cargas, cosa que sucedió con
posterioridad al 1883, y menos aun que se trataba de
electrones. Solo 21 años más tarde, Fleming pudo demostrar la
importancia aplicativa de esta corriente. A decir verdad una
aplicación importante ya existía y es precedente a Fleming, se
trata del tubo de rayos catódicos (TRC) inventado por el físico
alemán K. F. Braun1
(1850-1918) en 1897.
Fig. 1. Lámpara de Edison [3].
III. CONTRIBUCIÓN DE FLEMING
John Ambrose Fleming [6].
En 1889, el ingeniero y físico inglés Sir John Ambrose
Fleming (1849-1945) de la Universidad de Londres, inicia una
serie de investigaciones sobre el efecto Edison o emisión
termoiónica. En 1904, propone el diodo termoiónico o
“válvula de Fleming”. El nombre “válvula” surge por la
similitud con las válvulas mecánicas, debido a la propiedad de
conducir corriente en un solo sentido [3], [6], [7].
La válvula de Fleming consistía básicamente de un bulbo
de vidrio el cual encerraba un filamento de carbón o
tungsteno, con un segundo electrodo formado inicialmente por
un hilo metálico arrollado alrededor del filamento sin
contacto entre ellos, que hacía las veces de placa.
Posteriormente, fue reemplazado por un cilindro metálico
(fig. 2 (a) y (b)). El filamento cumplía además la función de
cátodo, el cual al calentarse por el paso de una corriente
eléctrica generaba la “nube electrónica” debida a la emisión
1
En 1909, Braun recibió el Premio Nobel de física junto al italiano G.
Marconi, por el desarrollo de la telegrafía sin hilos.
termoiónica. El cilindro metálico o placa era accesible desde
un lateral del bulbo de vidrio.
Contrariamente, el diodo moderno posee dos electrodos
separados para las funciones de filamento y cátodo,
respectivamente. Esta separación permite generar circuitos
eléctricos aislados entre filamento y cátodo, además es posible
mejorar la emisión del cátodo. En la figura 2, se pueden ver
detalles constructivos y los correspondientes símbolos.
IV. CONTRIBUCIÓN DE De FOREST
Lee De forest con su Audion [5].
En 1906 el ingeniero estadounidense Lee De Forest (1873-
1961) propone y patenta el Audion (posteriormente llamado
triodo), una versión modificada del diodo de Fleming, con el
agregado de un electrodo de control o grilla (ver fig. 3).
Sin embargo, la publicación del invento tuvo lugar en 1914
por razones de patente [5], [8]. De los contenidos del artículo
de De Forest no surge con claridad cuales fueron los motivos
que lo llevaron a generar una modificación del diodo de
Fleming. Evidentemente se trataba de una necesidad de
“control” del flujo de electrones al interno del dispositivo,
para a su vez lograr un control de la corriente de placa.
Probablemente la aplicación más lógica sea como interruptor
de corriente (relay no mecánico), para ser usado en telegrafía
y telefonía, campos en los cuales De Forest trabajaba en la
época.
Sin duda De Forest conocía al momento de la publicación,
además de la propiedad detectora, la propiedad amplificadora
del dispositivo. Esto surge de manera evidente a partir del
título de su trabajo [8]. En tal publicación se muestran
aplicaciones de un cierto desarrollo tecnológico, como por
ejemplo amplificadores de dos y tres etapas (ver figura 3). En
tal figura se observa además el tipo de polarización básica
usada (compárese con la fig. 4), además del cátodo y
filamento en un único electrodo.
El Audion de De Forest generó una serie de controversias
con Fleming atribuyéndose ambos la propiedad intelectual del
desarrollo, dado que Fleming sostenía que el Audion era un
diodo modificado. De un rápido análisis surge inmediatamente
la diferencia más evidente entre estos dispositivos ya que el
triodo (o Audion) posee un electrodo de control, el diodo no.
En la figura 4, se muestra el circuito de polarización del triodo
y la característica de salida.
FLORIANI : ON THE HISTORY OF ELECTRONICS TO A 243
(a) (b)
Placa
Filamento
(c) (d)
Placa
Cátodo
Filamento
(e)
Fig. 2. (a)Válvula de Fleming [6], (b)-(c)Detalle constructivo [3] y símbolo de un diodo tipo Fleming. (d)-(e) Detalle constructivo [3] y símbolo del diodo
moderno.
Fig. 3. Circuito del amplificador de De Forest [8] y detalles constructivos de un triodo moderno [3].
Placa
Cátodo
Grilla
Señal
Salida
+B
-
Tensión de Placa [V]
Corriente de Placa [mA]
5
10
15
100 200 300
Tensión de
grilla Vg = -1 V
Vg = -3 V
Vg = -5 V
Vg = -7 V
Vg = -9 V
Fig. 4. Polarización de un triodo y característica de salida.
V. CONTRIBUCIÓN PARALELA DE LA FÍSICA
Cuando Edison descubre la emisión termoiónica, en 1883,
seguramente no tenía la mínima noción de que se trataba de
electrones y tampoco que poseían masa (por lo menos con
certeza científica). El nombre electrón le fue dado por el físico
ingles G. J. Stoney (1826-1911) en 1891 y fue descubierto en
1897 por el físico ingles J. J. Thomson (1856-1940), en un
experimento orientado a encontrar la relación e m del
mismo. Para este experimento, Thomson utilizó un tubo de
rayos catódicos, que a su vez emplea la emisión termoiónica
para su funcionamiento [9].
La determinación directa del valor de la carga del electrón
fue hecha por varios investigadores en diferentes trabajos. Por
ejemplo, la determinación de la carga elemental en forma
directa fue hecha por Townsend en 1897, por J. J. Thomson
en 1898 y por H. A. Wilson en 1903. Algunos autores
atribuyen la medida de e a Ch. T. R. Wilson en 1913. En 1917,
R. A. Millikan2
(1868-1953) midió la constante e y el valor
obtenido fue 19 1.59 10 − − × coulombs. La carga negativa del
2
Por este trabajo y otros, Millikan recibió el Premio Nobel de física en 1923.
electrón fue demostrada por el físico francés J. B. Perrin
(1870-1942). El valor actual de la misma es 19 1.602 10 − − × coulombs y se debe a los experimentos de
Hopper y Laby en 1941 [9].
En 1901 aparece el primer trabajo que da una descripción
cuantitativa del fenómeno de emisión termoiónica y es debida
al físico inglés O. W. Richardson (1879-1959) quien establece
una relación entre la cantidad de electrones emitidos y la
temperatura:
RT
W
e m
RT N n
−
= 2π
en la cual: N es el número de electrones emitidos por unidad
de superficie; T es la temperatura absoluta; n número de
electrones libres en el metal; R es la constante del gas para un
electrón (constante de Boltzman); m es la masa del electrón
[10].
Si los electrones están animados de una cierta energía
cinética, producen una corriente eléctrica. La expresión de
Richardson que relaciona la corriente (de saturación) con la
temperatura es [10]:
244 IEEE LATIN AMERICA TRA
