Me han dicho que los audiófilos aprecian las válvulas de vacío. Si eso es cierto, me alegro de que alguien todavía respete un componente que de otro modo se ha convertido en un símbolo de obsolescencia y un monumento a las limitaciones tecnológicas que frenaron a la humanidad antes de la invención del transistor.

No niego que hay algo casi impactante en la naturaleza audazmente macroscópica de estos componentes obsoletos pero históricamente significativos. ¡Piense en los miles y miles de MOSFET, perfectamente grabados en silicio y alojados en cómodas cajas de plástico, que pueden caber dentro de un tubo de vacío!

Los MOSFET se vuelven cada vez más pequeños, por lo que no estoy seguro de cuántos miles de millones se pueden organizar actualmente en este mismo espacio de tres por cinco pulgadas. Imagen (reducida) cortesía de RJB1 [CC BY 3.0]

Sin embargo, el desarrollo tecnológico es un proceso muy incremental, y debemos recordar los tubos de vacío como un precursor indispensable de los dispositivos semiconductores que finalmente hicieron que los tubos parecieran tan inquietantemente primitivos. Y, en consecuencia, también debemos recordar a Lee de Forest, quien abrió la puerta a la microelectrónica moderna mediante la adición crucial de un tercer electrodo a un diseño de tubo de vacío existente.

De los gadgets a la escuela primaria

Lee de Forest, nacido en 1873, fue un ejemplo temprano de los muchos ingenieros eléctricos cuyas carreras comenzaron con la curiosidad infantil y los retoques juveniles. Observó ansiosamente el progreso tecnológico que tenía lugar en aquellos vertiginosos días de fines del siglo XIX, el período que condujo a la famosa pero apócrifa declaración de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos de que «todo lo que se puede inventar ha sido inventado».

El joven de Forest creó algunos artilugios mecánicos interesantes y aprendió lo que pudo de lo que sucedía en un taller ferroviario cerca de su casa. Más tarde estudió química y física como parte de su educación en una escuela primaria de Massachusetts, y los inventos de Tesla llamaron su atención mientras asistía a la Feria Mundial de Chicago en 1893.

En la década de 1890, pocas instituciones universitarias podían brindar una excelente educación en ciencias aplicadas. Yale estaba entre los mejores, y Lee de Forest estuvo allí desde sus días de estudiante universitario hasta la finalización de su doctorado. en 1899. Su tesis doctoral se tituló «Reflexión de las ondas hertzianas desde los extremos de los cables paralelos», y aunque hoy en día esto no suena particularmente emocionante, fue una investigación pionera de la tecnología de radio en ese momento.

inventos preliminares

El tubo de vacío de tres terminales, lo que de Forest llamó Audion, fue el logro más significativo de su larga y dinámica carrera como ingeniero, hombre de negocios e inventor. Pero ese no fue su único logro, y su trabajo anterior debe haberlo ayudado a sintonizar su mente con las posibilidades innovadoras en el campo relativamente nuevo de los circuitos de alta frecuencia y la comunicación inalámbrica.

De Forest sostiene dos de sus Audions, un pequeño tubo receptor de 1 vatio (izquierda) y un tubo de potencia de transmisión de 250 vatios al que llamó «oscilión» (derecha). Imagen cortesía de Wikimedia Commons

Otra gran figura en la historia de la radio, Guglielmo Marconi, permitió la recepción de RF utilizando un dispositivo llamado coherer, en el que las limaduras de metal ubicadas entre dos electrodos se unen y forman un camino de baja impedancia bajo la influencia de una señal de RF aplicada. No impresionado con el desempeño del cohesor, de Forest inventó y patentó el «respondedor», un dispositivo similar pero superior; integró el transpondedor en un sistema de comunicaciones de RF que se probó con éxito en el campo en 1901. Posteriormente, mejoró el transpondedor, modificó la fuente de alimentación del sistema y logró vender su equipo de radio actualizado a la Armada de los Estados Unidos.

el sonido

Una demanda por infracción de patente obligó a de Forest a buscar una alternativa a su transpondedor mejorado y encontró la válvula Fleming. Este era un tubo de vacío de dos terminales que funcionaba como un diodo, y De Forest comenzó a usarlo para la detección inalámbrica. El momento histórico llegó cuando convirtió el tubo de Fleming en un dispositivo de tres terminales al que llamó Audion.

¡Esta estampilla de 1973 en honor al audión de De Forest es un buen recordatorio de que todo «progreso» es relativo! Imagen cortesía de Wikimedia Commons

Como un diodo, el tubo de Fleming tenía electrodos de ánodo y cátodo. Podría rectificar pero no amplificar. Al insertar un electrodo de «rejilla» entre el ánodo y el cátodo, de Forest creó un dispositivo activo: el Audion de tres terminales, que era esencialmente una resistencia variable controlada por voltaje. La siguiente descripción, escrita por el propio de Forest, apunta a las similitudes entre el comportamiento del Audion y la región lineal del funcionamiento del MOSFET (la región lineal también se denomina región del triodo, un nombre heredado de los días de la válvula de vacío):

En la bombilla apagada, la resistencia entre los electrodos es prácticamente infinita. Cuando el filamento está al rojo vivo, hay una resistencia de 10.000 a 30.000 ohmios entre él y el ánodo frío. El valor de esta resistencia depende de una variedad de condiciones, como la temperatura del filamento; tamaño, forma, condición y ubicación de los dos electrodos exteriores. . . ; y el valor instantáneo y el signo del potencial eléctrico impreso o residente en el electrodo intermedio o rejilla.

El Dr. de Forest reconoció (aunque quizás descuidó el concepto de ruido de fondo) las posibilidades de amplificación y detección de un dispositivo controlado por voltaje como el Audion: no registra”; mientras que «extremadamente sensible», el dispositivo «no era microfónico, ni delicado, sino confiable y sin distorsiones».

Si bien no es particularmente «confiable» según los estándares de semiconductores del siglo XXI, Audion se convirtió en un componente esencial en los sistemas de radio, televisión, radar e informática, y mantuvo este estatus privilegiado hasta que los transistores comenzaron a reemplazar a los tubos de vacío a mediados del siglo XX. Al conectar en cascada múltiples Audions, de Forest logró una ganancia extremadamente alta. Al devolver una señal de salida de Audion a un terminal de entrada, creó osciladores de baja y alta frecuencia y luego pudo modular las sinusoides resultantes de tal manera que se convirtieran en portadores de palabras y música; demostró con éxito esta característica en 1907. De hecho, de Forest hizo mucho para marcar el comienzo de la era de lo que llamó arte eléctrico «ondulante», «la escalera hacia los reinos finales del aire».

Un receptor de radio Audion de principios del siglo XX. Imagen cortesía de Wikimedia Commons

Un patrimonio de telecomunicaciones

Innovador implacable, de Forest desarrolló más tarde un método para grabar sonido en película, incorporó Audion en equipos de diatermia e inventó un dispositivo que se utiliza para la marcación automática en los sistemas telefónicos. Había acumulado más de 300 patentes cuando su larga carrera finalmente llegó a su fin. El Instituto de Ingenieros de Radio le otorgó la Medalla de Honor y el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos le otorgó la Medalla Edison.

Fascinado por la comunicación inalámbrica, de Forest reveló su lado poético en una entrevista de 1907 con el periódico New York World: lo que llamó las «ondas del éter».

son mudos para todos menos para el oyente con el «respondedor» correcto sintonizado correctamente con las ondas eléctricas. Solo él escucha el etérico “llamado de lo salvaje”. . . y tiembla ante la extrañeza de todo.