Tubos de vacío




Tubos de vacío o Válvulas de vacío, dispositivos electrónicos que consisten en una cápsula de vacío de acero o de vidrio, con dos o más electrodos entre los cuales pueden moverse libremente los electrones. El diodo de tubo de vacío fue desarrollado por el físico inglés John Ambrose Fleming. Contiene dos electrodos: el cátodo, un filamento caliente o un pequeño tubo de metal caliente que emite electrones a través de emisión termoiónica, y el ánodo, una placa que es el elemento colector de electrones. En los diodos, los electrones emitidos por el cátodo son atraídos por la placa sólo cuando ésta es positiva con respecto al cátodo. Cuando la placa está cargada negativamente, no circula corriente por el tubo. Si se aplica un potencial alterno a la placa, la corriente pasará por el tubo solamente durante la mitad positiva del ciclo, actuando así como rectificador. Los diodos se emplean en la rectificación de corriente alterna. La introducción de un tercer electrodo, llamado rejilla, interpuesto entre el cátodo y el ánodo, forma un triodo, que ha sido durante muchos años el tubo base utilizado para la amplificación de corriente. El triodo fue inventado por el ingeniero estadounidense Lee De Forest en 1906. La rejilla es normalmente una red de cable fino que rodea al cátodo y su función es controlar el flujo de corriente. Al alcanzar un potencial negativo determinado, la rejilla impide el flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo.
Con potenciales negativos más bajos el flujo de electrones depende del potencial de la rejilla. La capacidad de amplificación del triodo depende de los pequeños cambios de voltaje entre la rejilla y el cátodo, que a su vez causan grandes cambios en el número de electrones que alcanzan el ánodo. Con el paso del tiempo se han desarrollado tubos más complejos con rejillas adicionales que proporcionan mayor amplificación y realizan funciones específicas. Los tetrodos disponen de una rejilla adicional, próxima al ánodo, que forma una barrera electrostática entre el ánodo y la rejilla. De esta forma previene la realimentación de la misma en aplicaciones de alta frecuencia. El pentodo dispone de tres rejillas entre el cátodo y el ánodo; la tercera rejilla, la más próxima al ánodo, refleja los electrones emitidos por el ánodo calentado por los impactos electrónicos cuando la corriente de electrones en el tubo es elevada. Los tubos con más rejillas, denominados hexodos, heptodos y octodos, se usan como convertidores y mezcladores de frecuencias en receptores de radio.
Prácticamente la totalidad de los tubos de vacío han sido reemplazados por transistores, que son más baratos, económicos y fiables. Los tubos todavía desempeñan un papel importante en determinadas aplicaciones, como las etapas de potencia de los transmisores de radio y televisión o en equipos militares que deben resistir el pulso de voltaje inducido por las explosiones nucleares atmosféricas, que destruyen los transistores.

Transistor




Transistor, en electrónica, denominación común para un grupo de componentes electrónicos utilizados como amplificadores u osciladores en sistemas de comunicaciones, control y computación (véase Electrónica). Hasta la aparición del transistor en 1948, todos los desarrollos en el campo de la electrónica dependieron del uso de tubos de vacío termoiónicos, amplificadores magnéticos, maquinaria rotativa especializada y condensadores especiales, como los amplificadores. El transistor, que es capaz de realizar muchas de las funciones del tubo de vacío en los circuitos electrónicos, es un dispositivo de estado sólido consistente en una pequeña pieza de material semiconductor, generalmente germanio o silicio, en el que se practican tres o más conexiones eléctricas. Los componentes básicos del transistor son comparables a los de un tubo de vacío triodo e incluyen el emisor, que corresponde al cátodo caliente de un triodo como fuente de electrones. El transistor fue desarrollado por los físicos estadounidenses Walter Houser Brattain, John Bardeen y William Bradford Shockley de los Bell Laboratories. Este logro les hizo merecedores del Premio Nobel de Física en 1956. Shockley pasa por ser el impulsor y director del programa de investigación de materiales semiconductores que llevó al descubrimiento de este grupo de dispositivos. Sus asociados, Brattain y Bardeen, inventaron un importante tipo de transistor.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES
Las propiedades eléctricas de un material semiconductor vienen determinadas por su estructura atómica. En un cristal puro de germanio o de silicio, los átomos están unidos entre sí en disposición periódica, formando una rejilla cúbica tipo diamante perfectamente regular. Cada átomo del cristal tiene cuatro electrones de valencia, cada uno de los cuales interactúa con el electrón del átomo vecino formando un enlace covalente. Al no tener los electrones libertad de movimiento, a bajas temperaturas y en estado cristalino puro, el material actúa como un aislante.

FUNCIÓN DE LAS IMPUREZAS

Los cristales de germanio o de silicio contienen pequeñas cantidades de impurezas que conducen la electricidad, incluso a bajas temperaturas. Las impurezas tienen dos efectos dentro del cristal. Las impurezas de fósforo, antimonio o arsénico se denominan impurezas donantes porque aportan un exceso de electrones. Este grupo de elementos tiene cinco electrones de valencia, de los cuales sólo cuatro establecen enlaces con los átomos de germanio o silicio. Por lo tanto, cuando se aplica un campo eléctrico, los electrones restantes de las impurezas donantes quedan libres para desplazarse a través del material cristalino. Por el contrario, las impurezas de galio y de indio disponen de sólo tres electrones de valencia, es decir, les falta uno para completar la estructura de enlaces interatómicos con el cristal. Estas impurezas se conocen como impurezas receptoras, porque aceptan electrones de átomos vecinos. A su vez, las deficiencias resultantes, o huecos, en la estructura de los átomos vecinos se rellenan con otros electrones y así sucesivamente. Estos huecos se comportan como cargas positivas, como si se movieran en dirección opuesta a la de los electrones cuando se les aplica un voltaje.

SEMICONDUCTORES DE TIPOS N Y P
Un cristal de germanio o de silicio que contenga átomos de impurezas donantes se llama semiconductor negativo, o tipo n, para indicar la presencia de un exceso de electrones cargados negativamente. El uso de una impureza receptora producirá un semiconductor positivo, o tipo p, llamado así por la presencia de huecos cargados positivamente. Un cristal sencillo que contenga dos regiones, una tipo n y otra tipo p, se puede preparar introduciendo las impurezas donantes y receptoras en germanio o silicio fundido en un crisol en diferentes fases de formación del cristal. El cristal resultante presentará dos regiones diferenciadas de materiales tipo n y tipo p. La franja de contacto entre ambas áreas se conoce como unión pn. Tal unión se puede producir también colocando una porción de material de impureza donante en la superficie de un cristal tipo p o bien una porción de material de impureza receptora sobre un cristal tipo n, y aplicando calor para difundir los átomos de impurezas a través de la capa exterior. Al aplicar un voltaje desde el exterior, la unión pn actúa como un rectificador, permitiendo que la corriente fluya en un solo sentido (véase Rectificación). Si la región tipo p se encuentra conectada al terminal positivo de una batería y la región tipo n al terminal negativo, fluirá una corriente intensa a través del material a lo largo de la unión. Si la batería se conecta al revés, no fluirá la corriente.

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR
En un transistor se pueden combinar dos uniones para obtener amplificación. Un tipo, llamado transistor de unión npn, consiste en una capa muy fina de material tipo p entre dos secciones de material tipo n, formando un circuito como el mostrado en la figura 2. El material tipo n a la izquierda del diagrama representa el elemento emisor del transistor, que constituye la fuente de electrones. Para permitir el avance de la corriente a lo largo de la unión np, el emisor tiene un pequeño voltaje negativo con respecto a la capa tipo p, o componente base, que controla el flujo de electrones. El material tipo n en el circuito de salida sirve como elemento colector y tiene un voltaje positivo alto con respecto a la base, para evitar la inversión del flujo de corriente. Los electrones que salen del emisor entran en la base, son atraídos hacia el colector cargado positivamente y fluyen a través del circuito de salida. La impedancia de entrada (la resistencia al paso de corriente) entre el emisor y la base es reducida, mientras que la impedancia de salida entre el colector y la base es elevada. Por lo tanto, pequeños cambios en el voltaje de la base provocan grandes cambios en la caída de voltaje a lo largo de la resistencia del colector, convirtiendo a este tipo de transistor en un eficaz amplificador. Similar al tipo npn en cuanto a su funcionamiento, el transistor de unión pnp dispone también de dos uniones y es equivalente al tubo de vacío denominado triodo. Otros tipos con tres uniones, tales como el transistor de unión npnp, proporcionan mayor amplificación que los transistores de dos uniones.

DESARROLLOS POSTERIORES
A finales de la década de 1960 una nueva técnica electrónica, el circuito integrado, comenzó a sustituir al transistor en los equipamientos electrónicos complejos. Aunque en términos generales su tamaño era parecido al de un transistor, el circuito integrado realizaba la función de quince a veinte transistores. Un desarrollo natural del circuito integrado durante la década de 1970 fue la producción de circuitos con niveles de integración medio, alto y muy alto, que permitieron la fabricación de computadoras compactas. El microprocesador, que se comenzó a utilizar a mediados de la década de 1970, es un refinamiento de la técnica de alta integración. Como resultado de una miniaturización aún más avanzada, un único microprocesador puede incorporar las funciones de varias placas de circuito impreso y desarrollar la misma potencia de cálculo que la unidad central de proceso de una computadora mucho mayor, en una microcomputadora alimentada por baterías que además cabe en la palma de la mano.

Pascal (informática)




Pascal (informática), lenguaje de programación de alto nivel, diseñado a principios de la década de 1970 por el profesor suizo Niklaus Wirth como un elemento de aprendizaje, y así denominado en honor a Blaise Pascal, matemático francés del siglo XVII que creó la primera máquina calculadora. Se trata de un lenguaje estructurado, disponible en numerosas versiones, tanto interpretado como compilado. Basado inicialmente en el lenguaje ALGOL, simplifica su sintaxis, a la vez que incluye nuevos tipos de datos y estructuras, como subrangos, tipos de datos enumerados y funciones para la gestión de archivos, manejo de registros y conjuntos.
Posteriormente, Niklaus Wirth desarrolló el lenguaje Modula, un derivado de Pascal pero con mayor modularidad. Este lenguaje todavía se utiliza (estándar ISO Modula-2), aunque nunca alcanzó la popularidad del lenguaje Pascal, a pesar de ser considerado un lenguaje de código especialmente elegante y estructurado.
También deriva de él el lenguaje Ada, desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos para ser el estándar de la programación con fines militares, y el conocido como Object Pascal, una versión avanzada orientada a objetos.
Durante la década de 1970 la versión más utilizada fue la UCSD (siglas de la Universidad de California en San Diego), para el sistema operativo CP/M. La aceptación y el uso de Pascal se incrementó considerablemente en 1984, cuando Borland International (actualmente Inprise Corp.) introdujo Turbo Pascal. Se trataba de un compilador de Pascal, de alta velocidad y bajo coste, para sistemas MS-DOS, entre otros; incluía un entorno de desarrollo (IDE, Integrated Development Environment), en vez de las tradicionales herramientas en línea de comandos, que se convirtió en un estándar de facto. Se vendieron millones de copias en sus diferentes versiones, incluyendo las específicas para Windows (Turbo Pascal para Windows y Borland Pascal para Windows).
En los últimos años su popularidad ha decrecido, aunque sigue comercializándose, y se utiliza muy a menudo en medios educativos. El producto comercial actual más conocido es Borland Delphi, un entorno de programación visual, basado en Turbo Pascal para Windows y que usa las extensiones de Object Pascal. Existen también versiones para desarrollos bajo Linux.

Programación linealProgramación lineal




Programación lineal, técnica matemática y de investigación de operaciones que se utiliza en la planificación administrativa y económica para maximizar las funciones lineales de un gran número de variables sujetas a determinadas restricciones (véase Álgebra; Función; Matemáticas). El desarrollo de computadoras electrónicas y de técnicas de procesamiento de alta velocidad ha aportado recientemente muchos avances a la programación lineal, de forma que ahora esta técnica se utiliza extensamente en operaciones industriales y militares.
La programación lineal se utiliza básicamente para hallar un conjunto de valores, elegidos a partir de un conjunto de números dado, que maximizarán o minimizarán una forma polinómica dada (véase Binomio). En el siguiente ejemplo se muestra un tipo particular de problema y un método para solucionarlo. Un fabricante produce dos variantes, V1 y V2, de un artículo que contiene piezas que se deben cortar, ensamblar y acabar. El fabricante sabe que puede vender tantos artículos como produzca. La variante V1 requiere 25 minutos de corte, 60 minutos de ensamblaje y 68 minutos de acabado, generando un beneficio de 30 dólares. La variante V2 requiere 75 minutos de corte, 60 minutos de ensamblaje y 34 minutos de acabado, generando 40 dólares de beneficio. Cada día se dispone de un máximo de 450 minutos de corte, 480 minutos de ensamblaje y 476 minutos de acabado. ¿Cuántos artículos de cada variante deben fabricarse diariamente para maximizar los beneficios?
Sean x e y los números de artículos de las variedades V1 y V2, respectivamente, que deben ser fabricados diariamente para maximizar los beneficios. Dado que x e y no pueden ser números negativos,

Los datos de corte, ensamblaje y acabado, determinan las siguientes igualdades y desigualdades:


En un gráfico, estas desigualdades representan áreas bajo líneas dadas.
El problema radica en hallar los valores de x e y que maximizarán el beneficio, si existen, siempre que cumplan las restricciones (1) a (5).
Para satisfacer las cinco condiciones, el punto que representa x e y debe hallarse en el límite o en el interior de la región convexa poligónica OABCD de la figura 1.

El beneficio será máximo eligiendo la línea definida por p =30 x + 40 y, donde p se encuentra en el máximo y sólo roza la región OABCD superior, es decir, la línea que atraviesa el vértice B (3,5). El fabricante ingresará los máximos beneficios (290 dólares) produciendo 3 artículos de la variedad V1 y 5 artículos de la variedad V2 al día. Cualquier otra cantidad de ambas variantes, dadas las restricciones en cuanto al tiempo, reducirá el beneficio.

Programación estructurada




Programación estructurada, en informática, término general que se refiere a un tipo de programación que produce código con un flujo limpio, un diseño claro y un cierto grado de modularidad o de estructura jerárquica. Entre los beneficios de la programación estructurada se encuentran la facilidad de mantenimiento y la legibilidad por parte de otros programadores.
La programación estructurada se refiere tanto a la estrategia del programador, como al lenguaje utilizado. Así, para ella se usan lenguajes de programación que faciliten el diseño de aplicaciones con llamadas a procedimientos o funciones, como lo son típicamente Pascal y Ada, entre otros. En ellos el flujo de información es más fácilmente legible y no requieren de bifurcaciones basadas en llamadas a líneas concretas (uso de etiquetas al estilo BASIC), sino, más bien, en saltos a áreas de código perfectamente diferenciadas. La programación bien estructurada permite, de forma adicional, la reusabilidad del código, extrayendo módulos que pueden ser utilizados en otros programas, sin cambios en el código o con un mínimo de readaptaciones.

Programación orientada a objetos




Programación orientada a objetos, en informática, un método de programación en el que un programa se contempla como un conjunto de objetos limitados que, a su vez, son colecciones independientes de estructuras de datos y rutinas que interactúan con otros objetos, o que dan acceso para modificar el contenido de un dato o propiedad del propio objeto. También se identifica con las siglas POO y OOP (del inglés Object Oriented Programming).

El lenguaje Simula (Simulation Language), desarrollado en 1964, partiendo del lenguaje ALGOL 60 (Algorithmic Language), fue el primero que se diseñó para facilitar la programación orientada a objetos.

El concepto clave en la programación orientada a objetos es la denominada clase (de objetos). Una clase define las estructuras de datos y rutinas de un objeto. A su vez, un objeto es una instancia de una clase, que se puede usar como una variable en un programa; es decir, la creación de una instancia de una clase se corresponde con la declaración de una variable en la programación tradicional, pero refiriéndose a objetos. En algunos lenguajes orientados a objetos, el objeto responde a mensajes, que son el principal medio de comunicación. En otros lenguajes orientados a objetos se conserva el mecanismo tradicional de llamadas a procedimientos o funciones (según los casos).

En cuanto a la funcionalidad y la metodología interna, la programación orientada a objetos se fundamenta en la encapsulación, la herencia y el poliformismo. La encapsulación significa que en una clase se declaran los tipos de datos y el medio de manipularlos (sus métodos). La herencia supone crear clases derivadas de otras existentes, que heredan sus tipos y métodos y pueden contener otros nuevos. Si una nueva clase hereda propiedades de más de una antecesora, se denomina herencia múltiple; no todos los lenguajes orientados a objetos lo permiten. El poliformismo facilita la programación de funciones o procedimientos que ejecutarán acciones que dependerán de los objetos sobre los que se apliquen; por ejemplo, aumentar el tamaño de un objeto, independientemente de su forma.

En La actualidad, los lenguajes de programación orientada a objetos más utilizados son el lenguaje C++, JAVA, Smalltalk, Pascal orientado a objetos (Object Pascal) y otros, bien derivados, bien precursores de éstos.

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