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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