O elemento fundamental dos circuitos digitais modernos celebra seu centenário
Muitos engenheiros estão familiarizados com os nomes de
Lee de Forest , o inventor do
tubo de elétrons amplificador ,
Walter Brattain e
William Shockley , os inventores do transistor. No entanto, poucas pessoas conhecem
William Eccles e
F.U. Jordan , que registrou uma patente para um
gatilho há 100 anos, em junho de 1918. Um gatilho é um elemento essencial dos circuitos digitais: funciona como um interruptor eletrônico que pode ser colocado na posição ligado ou desligado, no qual permanecerá mesmo após a interrupção do sinal de controle. Isso permite que os circuitos memorizem e sincronizem seus estados e, portanto, executem operações
lógicas seqüenciais .
O gatilho foi criado antes da era digital na forma de relés para circuitos de rádio. Sua existência foi descrita em
um artigo na edição de dezembro de 1919 da The Radio Review, e duas décadas depois o gatilho estará no computador
Colossus ,
criado na Inglaterra para decifrar códigos militares alemães e no computador americano
ENIAC .
Inúmeros gatilhos modernos são feitos de transistores em circuitos integrados, mas em homenagem ao centenário do gatilho, decidi reproduzir o circuito original de Eccles e Jordan o mais próximo possível do original.
O circuito é construído em dois tubos eletrônicos, então comecei com eles. Eccles e Jordan provavelmente usaram lâmpadas
Audion ou suas contrapartes britânicas.
De Forest inventou o áudio , e foi o primeiro tubo de elétrons a mostrar amplificação e permitir que o sinal fraco alimentado à rede controle a corrente elétrica muito mais forte que flui do cátodo para o ânodo. Mas as primeiras lâmpadas eram feitas à mão e não eram confiáveis, e hoje seria impraticável comprar um par de tais lâmpadas.
Em vez disso, virei para o
UX201A , uma versão aprimorada do
UV201 , que a General Electric começou a produzir em 1920. Com o tempo, o UV201 não foi muito longe da patente original, observando ao mesmo tempo o início da produção em massa de lâmpadas eletrônicas, o que levou a um salto na confiabilidade e disponibilidade. Consegui encomendar duas lâmpadas 01A por US $ 35 cada.
Trabalhando com desenhos retirados de várias fontes, incluindo a patente de Eccles e Jordan (abaixo), recriei o circuito e selecionei as resistências por tentativa e erro (acima).No gatilho, as lâmpadas são interconectadas para que a balança seja mantida, usando um par de resistores que controlam a tensão. Equilibrar significa que desligar, mesmo instantaneamente, uma lâmpada acende na segunda e mantém a primeira desligada. Esse estado permanece até que a segunda lâmpada apague o sinal de controle, o que faz com que a primeira lâmpada acenda e a segunda se apague.
Para atingir o equilíbrio desejado, foi necessário selecionar com precisão os valores dos resistores. No laboratório, Eccles e Jordan usariam uma ferramenta chamada caixa da década do resistor, um dispositivo volumoso que permite usar a alça para conectar várias resistências a diferentes pontos do circuito. Por razões de economia de espaço, decidi usar resistores fixos de um modelo adequado a tempo de uma patente.
Consegui obter tais resistores da coleção de rádios antigos que montei ao longo de muitos anos. Na década de 1920, houve um aumento explosivo na produção de rádio, como resultado de vários rádios antigos que não podem ser classificados e restaurados, por isso não fiquei muito chateado ao desmontá-los por peças. Os resistores fabricados antes de 1925 eram geralmente localizados em soquetes, em vez de soldados em uma placa, por isso era fácil removê-los.
A dificuldade era que esses resistores eram terrivelmente imprecisos. Eles foram feitos manualmente a partir de carbono localizado entre os grampos em uma caixa de vidro. Uma maneira de aproximar o valor da resistência do desejado é abrir a caixa, remover a tira de carbono, fazer nicks para aumentar a resistência e inseri-la novamente. Apertei alguns resistores dessa maneira, mas para outros foi muito complicado, então trapacei e coloquei resistores modernos em caixas de vidro vintage.
Usei baterias modernas para evitar o contato com baterias líquidas, que os inventores devem ter usado. Um dos problemas com os circuitos das lâmpadas é a necessidade de várias tensões diferentes. Quatro baterias D instaladas em série fornecem os 6 V necessários para luzes indicadoras e filamentos. Ao conectar onze baterias de 9V em série, obtive os 99V necessários para a placa da lâmpada. Uma fonte de alimentação de 63 V fabricada de forma semelhante é necessária para a corrente de polarização negativa da rede. Os botões antiquados da campainha me permitiram conectar 9 V para pulsos de controle. Para demonstrar o estado do gatilho, usei relés de telégrafo vintage sensíveis que controlam lâmpadas incandescentes em miniatura.
Depois de muitas tentativas, erros e ajustes dos meus componentes, com quase 100 anos de idade, um ano depois, finalmente consegui alcançar a operação estável desse venerável esquema!
Se você deseja repetir minha conquista e está pronto para negligenciar a precisão histórica em favor da simplificação da busca por componentes confiáveis, existem várias boas opções.
As lâmpadas 6J5 , que começaram a ser fabricadas no final da década de 1930, são
perfeitas . Eles são confiáveis e vendidos muito mais baratos que 01A, por US $ 5 a US $ 7 cada.
Relés e lâmpadas de telégrafo podem ser substituídos por lâmpadas de neon NE-2 baratas. Eles devem ser conectados entre as placas 6J5 e as baterias para que brilhem quando a lâmpada não conduz e se apagam quando conduzem, diminuindo a voltagem da placa. Observe que 6J5 são lâmpadas incandescentes indiretas; portanto, o cátodo deve ser aterrado e 6 V aplicados separadamente ao brilho, em contraste com o circuito original.
A escolha de uma bateria para a corrente de polarização exigirá experimentação e, para o 6J5, provavelmente precisará de menos do que os 63 V usados para 01A. Quanto às resistências utilizadas, seus valores devem ser considerados aproximados e, para a combinação exata dos três pares, serão necessários alguns esforços.