STEP #03 - La scienza

L'Elelttronica

Lo sviluppo della disciplina che si occupa e studia il comportamento degli elettroni (le particelle dotate di carica) all’interno dei circuiti si chiama Elettronica. Siamo nel 1948, anno in cui tre grandi scienziati William Shockley, Walter Brattain e John Bardeen realizzarono il primo modello di transistor. Fu un’invenzione epocale; in pochissimo tempo i transistor trovarono spazio in ogni circuito elettronico con la funzione di amplificare segnali elettrici in maniera molto più efficace rispetto alle ormai datate valvole.

Uno studio approfondito sui transistor ha permesso lo sviluppo i primi circuiti integrati che riuscivano ad essere più potenti, più affidabili e soprattutto come dice la parola non richiedevano migliaia di valvole legate tra loro da milioni di saldature. Questo prodigio nello sviluppo dei “dispositivi elettronici” (ovvero il sapere sfruttare al meglio, tecnologicamente parlando, strutture materiali basate su semiconduttori al silicio) portò alla richiesta e all’esigenza da parte della società, di rendere commerciabili e quindi più accessibili a tutti questi componenti per riuscire a creare il mercato dei calcolatori, gli antenati dei PC. Alla fine degli anni 70 tutto ciò era realtà.

“Anche qui troviamo conferma che le invenzioni non nascono dalla lampadina che si accende, chissà come nella testa dell’inventore; ma rispondono invece ad una esigenza dell’epoca.”

-Dietro alle quinte della storia-  Piero Angela e Alessandro Barbero.

L'Elettronica si occupa dell'elaborazione dei segnali elettrici, che nel settore elettronico rappresentano informazioni. Progetta dispositivi per automatizzare applicazioni in settori come le telecomunicazioni, l'informatica, la diagnostica e la robotica.

L’arte dell’Elettronica

Cerchiamo di capire che cosa è l’elettronica. Prima di tutto è importante capire una prima, netta e ben marcata linea di distinzione tra il mondo della più vecchia elettronica analogica e della ben più utilizzata oggi giorno elettronica digitale. Entrambe si occupano di segnali; un segnale è un qualcosa descrivibile da almeno tre variabili, il tipo, il tempo, e lo spazio. Infatti gli strumenti utilizzati ed implementati nell'analogica permettono di studiare e utilizzare segnali che variano nel tempo in modo continuo. Viceversa un sistema digitale è “governato” da un sistema binario dove il segnale può assumere solamente due valori di bit “1” o “0”. Oggi il poter disporre quotidianamente di “macchine” come gli smartphone, sempre più veloci e che non fanno altro che processare istantaneamente milioni di bit nei loro microprocessori, è semplicemente dovuto alla continua ricerca all’interno dell’elettronica digitale. Riuscire a passare dal mondo analogico a quello digitale e viceversa è possibile grazie ai convertitori. Ottenere i migliori risultati in termini di realizzabilità e fattibilità a livello economico di questo componente, dovendo anche scendere a volte a compromessi, è stato una delle attività di ricerca più ambite degli ultimi 40 anni; ancora oggi si cerca di realizzare unità sempre più performanti in termini di rapidità di conversione.

fig. 1 Grafico di un segnale sviluppato
nel  tempo T e rappresentato in
forma continua (verde) e forma
discreta (rossa).

 Componenti principali dell’elettronica:

 -Resistore                           -Condensatore

 -Induttore                             -Diodo

 -Transistor                           -Valvole termoioniche

 -Circuito integrato                -Amplificatore Operazionale

Un tuffo nel passato

A quando possiamo far risalire la nascita dell’elettronica?

La nascita dell’Elettronica può essere fatta risalire alla scoperta dell’effetto Edison fatta da Thomas Edison nel 1883.

Durante un’esperienza effettuata con una lampada a incandescendenza, egli rivelò, in un involucro di vetro in cui era stato fatto il vuoto, il passaggio di una corrente elettrica, che fluiva da un filamento riscaldato verso un elettrodo metallico freddo, quando tale elettrodo si trovava ad un potenziale positivo rispetto al filamento; tale flusso di corrente cessava invece invertendo la polarità dell’elettrodo metallico. È da tempo ben noto che questa corrente è dovuta al moto di elettroni emessi dal filamento caldo che si spostano verso l’elettrodo positivo (anodo).

fig. 2 Esempio di convertitore
Analogico to Digitale

La macchina Universale

Era il 3 settembre 1939. La Gran Bretagna entrò in guerra con la Germania. Alan Turing vena assunto come crittografo dall'esercito inglese a Bletchley park, una base militare segretissima localizzata nel Buckinghamshire e nota come spazio X. Lì vennero condotte le crittoanalisi dei codici tedeschi durante la seconda guerra mondiale.La missione di Turing era cercare di decrittare il sistema cifrato di una macchina creata dai nazisti chiamata "Enigma", fattagli arrivare dall'esercito Polacco. Il problema era che i Tedeschi cambiavano il sistema cifrato tutti i

fig. 3 La macchina Enigma 

giorni a mezzanotte: Turing e la sua squadra avevano quindi le ore contate per sviluppare un sistema capace di decifrare i messaggi inviati dai tedeschi prima d'ogni mezzanotte. Turing così costruì una macchina chiamata "Bombe"; per ogni possibile combinazione, l'elettricità attivava una catena di deduzioni logiche. In questo modo era possibile scoprire la presenza di una contraddizione e scartare la combinazione corrispondente e riuscire così a tradurre il messaggio. Oltre ad aver accorciato la guerra e salvato migliaia di vite, aprì le porte all'idea di progettare quelle che oggi chiamiamo "Logiche programmabili". Prima dei "PLC" (programmable logic controller) i sistemi di automazione e controllo potevano essere realizzati solo tramite relè, in quella che veniva definita "logica cablata", con rigidità costruttive, tempi lunghi e costi per i test, verifiche di cablaggi, e soprattutto per modifiche a fronte di nuove esigenze impiantistiche: in una parola, assoluta mancanza di flessibilità. Nell'articolo "Computing machinery and Intelligence", apparso nel 1950 sulla rivista "Mind", Alan Turing spiegò come una macchina fosse in grado di esibire un comportamento intelligente. Secondo Turing sarebbe stato possibile inventare una macchina che potesse essere utilizzata per qualsiasi sequenza computabile. La novità di questa teoria è che si dimostrava che una macchina poteva essere codificata come un numero e viceversa, introducendo il concetto di ciò che oggi chiameremmo software. Alla fine degli anni '60, arrivò un sistema che permise di realizzare funzioni logiche non più cablate ma programmabili, appunto da software: un completo stravolgimento dell'approccio progettuale e del modo di pensare l'architettura del computer.

La potente Elettronica dei giorni nostri

 

L’elettronica di oggi ha trovato posto in quasi tutti campi della società. Si potrebbe quasi dire che se oggi istantaneamente tutta la conoscenza del campo elettronico tornasse al 1930 il mondo si fermerebbe. La sua complicatezza e l’intrecciato rapporto che ha con la fisica quantistica e dei materiali, la chimica, la matematica e la programmazione la rendono forse la più multi trasversale fra tutte le discipline di questo millennio. Di seguito le applicazioni più comuni dove in particolare i microprocessori hanno avuto funzioni di rilievo:

        -informatica                           -clinica medica e chirurgia

        -domotica                              -veicoli e sistemi stradali, ferroviari, nautici

        -elettrodomestici                   -strumenti di misura

        -diagnostica                          -azionamenti di motori a velocità variabile

        -visione artificiale                  -controllo di robot e macchine industriali e civili

fig. 4 Le Smart socities

        

        -telecomunicazioni               -controllo impianti automatizzati/intelligenti

        -GPS radar system              -sistemi wireless e controlli remoti in tempo reale

        -elettronica di potenza         -conversione dell'energia elettrica e gestione risorse

        -settore aereospaziale         -micro/nano elettronica

BIBLIOGRAFIA & FONTI:

La Grande Storia della Elettronica di Libero Formisani 

L'arte dell'elettronica di Paul Horowitz, Winfield Hill

Alan Turing Storia di un Enigma di Andrew Hodges e David Mezzacapa

 

https://vitolavecchia.altervista.org/differenza-tra-circuito-analogico-e-digitale-in-elettronica/

https://sorgente.forumfree.it/?t=49100862

https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_termoionico