Storia della tecnologia del '900. Arriva l'elettricità - Lez 10 - Valvole transistori e circuiti integrati
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ApprendimentoTrascrizione
00:00Buongiorno e benvenuti a questo nostro incontro che è dedicato ai componenti che hanno reso
00:16possibile l'elettronica. Come il trasporto di energia a distanza è stato reso possibile
00:23dal trasformatore, così l'elettronica in tutte le sue varie forme, dalla radiotennica,
00:30alla televisione, ai calcolatori elettronici, il radar, i registratori, è stata resa possibile
00:37dalla invenzione, dello sviluppo di una miriade di dispositivi che sono appunto l'oggetto
00:44che considereremo in questo nostro incontro. Allora guardiamo subito il programma della
00:51nostra lezione e cominciamo col primo dispositivo importante, la valvola o tubo elettronico.
00:57Di ognuno di questi dispositivi potrò dare chiaramente e solamente alcune notizie di carattere generale
01:04sul loro funzionamento, ve ne farò vedere alcuni, ma soprattutto vorrei spiegarvi per ognuno
01:10di questi dispositivi qual è stato il ruolo per far nascere questa nostra società che ormai
01:17è fortemente basata sull'elettronica. Il primo è stato il tubo elettronico o valvola,
01:24perché si chiama valvola? Perché come un rubinetto regola il flusso di qualcosa e questo
01:30qualcosa sono gli elettroni. La valvola è stato l'oggetto più importante dagli anni 1915,
01:40possiamo dire, quando si è cominciato a farle con un certo discernimento, sino per certe cose
01:46ancora oggi. Negli anni 45 e 50 è arrivato il transistore, il semiconduttore, non più
01:54conduzioni di elettroni nello spazio libero, nello spazio vuoto di un tubo, ma gli spostamenti
02:02di elettroni o di cariche elettriche o come vedremo anche di mancanza di cariche elettriche
02:08nel reticolo di un cristallo, con conseguenze in mani per quanto riguarda consumi, dimensioni,
02:16caratteristiche e tutto. Il passo successivo al transistore è stato quello del circuito
02:22integrato, cioè quando in una semplice piastrina di silicio, invece di realizzare la funzione
02:29del transistore, furono depositate prima decine, poi centinaia e poi migliaia di transistori
02:37di componenti per realizzare funzioni complesse. Il circuito integrato è l'oggetto che consente
02:44tante prestazioni che noi vediamo oggi, dei quali noi siamo confrontati o godiamo, dal
02:54televisore all'elettronica che si è inserita nell'automobile. Quindi il circuito integrato
03:00ormai è una trentina di anni di vita, il transistore è 40-45, ma è l'oggetto che consente
03:07la grande diffusione. Per ognuno di questi tre oggetti vi dirò qualcosa su quelli che sono
03:14gli usi tipici, caratteristici usi che loro consentono. Vi dirò anche qualcosa su delle
03:24leggi statistiche, sulla propagazione della complessità, è un'espressione un pochino
03:31complessa, dice con quale legge aumenta il numero di transistori che riusciamo a pigiare
03:38su una determinata superficie. Ma la cosa più importante che vi vorrei dire sin d'ora
03:45è che mentre tanti altri dispositivi nella storia dell'elettronica, proviamo a pensare
03:52allo stesso trasformatore, sono figli dell'Homo Faber che trova quasi per caso un oggetto e poi
03:59arriva l'Homo Sapiens che spiega come funziona, ma soprattutto come farlo meglio, nel caso di
04:07tutti questi dispositivi siamo in presenza di tutti i figli dell'Homo Sapiens, cioè
04:13questi oggetti così strani, così nuovi, se non ci fosse stata una ricerca tecnologica,
04:22una fisica soprattutto che spiegasse il loro funzionamento, non sarebbero con noi, quindi
04:29sono tutti figli dell'Homo Sapiens. Cominciamo col primo oggetto che è il tubo elettronico.
04:37Tubo elettronico però forse è meglio che io prima parli degli usi di questi oggetti,
04:42che sia tubo, transistore o integrato. Vediamo quali sono gli usi, allora mi aiuterò con alcuni
04:48disegnetti per spiegare questi verbi che voi vedete. Allora cosa vuol dire amplificare?
04:55Vuol dire che io sfruttando questi dispositivi posso realizzare un apparato, questo apparato
05:02viene chiamato amplificatore, il simbolo di questo oggetto nella tecnologia è un oggetto
05:13di questo tipo, questo oggetto ha due ingressi e ha un'uscita. La caratteristica di un dispositivo
05:20del genere, cioè di un amplificatore è che se io all'ingresso mando un segnale, per il momento
05:27non diciamo che segnali, ma un segnale alla cui potenza sia ad esempio di un millivatta,
05:32cioè un millesimo di watt. A spese di energia esterna, un amplificatore io devo sempre alimentarlo,
05:39quindi a spese di energia esterna, scriviamolo, energia esterna, io posso raccogliere il segnale
05:48che io ho inviato all'ingresso, lo posso avere all'uscita fortemente amplificato, amplificato
05:55vuol dire entra un millivatt ed escono 10, non so 100 watt, ad esempio questo qui è quello
06:02che succede nell'amplificatore di casa vostra, i segnali che sono forniti dal sintonizzatore,
06:11dall'apparecchio radio, sono dalle parti dei millivatt, dal registratore il segnale
06:18fornito agli altoparlanti è dell'ordine di alcuni watt e molte volte in alcune automobili
06:24che ci sorpassano sentiamo il tamburo che batte forse è nato e in quel caso lì l'amplificatore
06:32a bordo dell'automobile riceve qualche millivatt e spara fuori un centinaio di watt da mandare
06:39alle casse, quindi questa è la prima funzione importantissima che è quella di amplificare
06:45il segnale, la trovate non gratis ma a spese di alta energia. Un'altra funzione importante
06:51è quella di generare i segnali, cosa vuol dire? Vuol dire questo che io ho un apparato,
06:58solitamente questo apparato è chiamato oscillatore perché genera delle oscillazioni, genera dei
07:06segnali, anche questo apparato riceve dell'energia, questa energia può essere di solito un'energia
07:14continua, quella di una pila, può essere quella di una rete, quello che vuole, poi questo oscillatore
07:20ha una uscita e questa uscita può essere a seconda delle vostre necessità una sinusoide,
07:27un'onda quadra, un segnale triangolare, quello che sia una radiofrequenza con tante oscillazioni
07:35a frequenza molto alta e quindi questo qui è l'uso molto importante, il secondo uso,
07:41cioè prima amplificazione e poi abbiamo visto il generatore di segnali. Poi c'è un uso
07:47un pochino più delicato, abbastanza importante. Noi vedremo molte volte, soprattutto nella prossima
07:54lezione, che per trasmettere a distanza un segnale, abbiamo già accennato qualcosa, anche
08:01quando abbiamo parlato della trasmissione della voce, di solito abbiamo bisogno di un
08:06segnale radio, quello che vola, quello che si propaga dall'antenna trasmittente all'apparato
08:13ricevente e su questo segnale, con dei trucchi che vedremo più avanti, vengono sovrapposti
08:21altri segnali, la vostra voce ad esempio, la vostra voce viene sovrapposta su un segnale,
08:28allora nel caso generale, vi ripeto, tornerò, io ho una funzione che chiamerò la funzione
08:34di rivelazione, l'apparato lo chiamo rivelatore, questo apparato, a questo apparato entra ad esempio,
08:43questa è la vostra voce che cavalca una radiofrequenza, quindi questo qui è il segnale che arriva a casa
08:51vostra dal trasmettitore locale, ad esempio ad onda media, anche questo rivelatore di solito
08:58ha bisogno di un poco di alimentazione, molto a poco, in certi casi anche niente, ma ricordiamolo,
09:05alimentazione, l'uscita del rivelatore è una cosa molto interessante, entra un segnale
09:10a radiofrequenza, ad esempio modulato di ampiezza e all'uscita ci dà un segnale, all'uscita
09:16viene ricostituita la vostra voce, in questo caso ho fatto una sinusoide, quindi sarebbe
09:21un fischio, una bella nota sinosidale, ma la funzione che consentono questi circuiti è
09:27appunto questa di rivelazione di un segnale, di estrarre un'informazione da un'altra informazione.
09:35Naturalmente per poter fare questa cosa per il trasmettitore ci vuole un'altra funzione,
09:42quest'altra funzione è modulare, fatta dal modulatore, il modulatore come funziona?
09:50Non vi spiego nei dettagli, ma vi dico che cosa fa il modulatore, chiamiamolo modulatore,
09:57il modulatore da una parte riceve la vostra voce, il fischio che dicevo prima, questo è
10:05il segnale che entra di qua, da quest'altra parte riceve un segnale a radiofrequenza, cioè
10:12quello che si può propagare, che può essere affidato all'antenna, si propaga e arriva
10:18a casa vostra, il modulatore cosa fa? Fa cavalcare il vostro segnale, la vostra voce su questo
10:25segnale e all'uscita io mi aiuto con un disegnetto per evitare di fare delle cose
10:31sbagliate, ho tutta questa radiofrequenza che viene modulata dal vostro segnale, vi rendete
10:37conto che questo che vi ho fatto vedere adesso non è niente altro che l'entrata del disegno
10:45precedente, il segnale modulato viene a casa nostra, lì viene rivelato e diventa la bassa
10:52frequenza, la quale primo disegno semmai viene amplificata e viene avviata all'altoparlante,
10:58tutte queste cose altre sono rese possibili dai componenti elettronici attivi. L'importante
11:05di tutti è il tubo elettronico, come voi vedete che in questa trasparenza che vi viene
11:10proposto c'è scritto una cosa, un oggetto importantissimo, questa qui non è un'esagerazione,
11:17è certamente un oggetto importantissimo, questo oggetto è vissuto 50 anni, a questo
11:26tubo, all'esistenza del tubo sono stati, sono dovuti la radiofonia, la radiodiffusione,
11:34la televisione, l'ho messa un pochino nell'ordine storico, nell'ordine cronologico con il quale
11:40si sono verificati, la radiodiffusione negli anni 20, la televisione tra il 40 e il 50, poi
11:47la registrazione magnetica e il radar, il radar è cominciato negli anni 40 con la guerra e
11:55poi soprattutto il calcolatore, quindi il tubo elettronico è un oggetto importantissimo,
12:00ne sono stati fatti a miliardi di tubi elettronici, molte migliaia di tipi diversi, di tutti i tipi,
12:07di tutte le fogge, ve le farò vedere, vediamo molto telegraficamente come funziona, il tubo
12:13elettronico è basato sul moto, su un flusso di elettroni nel vuoto, allora gli ingredienti
12:22quali sono? Il vuoto sarà un'ampolla di vetro nella quale produco degli elettroni
12:29e li raccolgo, ma questi elettroni devo in qualche modo modularli, allora vediamo la
12:34forma più semplice di un tubo elettronico, il famoso involucro nel quale è vuoto, da una
12:42parte c'è la superficie che noi chiamiamo il catodo, che viene arroventata tramite una
12:48resistenza ed emette elettroni, quindi qui dentro dovete immaginare un flusso di elettroni
12:55che si possono propagare perché siamo nel vuoto, gli elettroni sono cariche negative
13:01e se l'anodo, quest'altro elettrodo è positivo, gli elettroni vanno verso l'anodo, ma se l'anodo
13:07improvvisamente diventa negativo, gli elettroni che sono cariche negative tornano indietro,
13:13vengono rispinti, ecco la funzione di diodo, di valvola, il segnale può andare in un verso,
13:20il segnale, gli elettroni che abbandonano il catodo, se questo qui è positivo non possono
13:25andare se questo è negativo, il prossimo passo qual è stato? È stato quello di cercare
13:31di regolare questo flusso di elettroni, allora è nato un nuovo tubo, tipo di tubo elettronico
13:37che è il triodo, nel quale con certo elettrono si regola, è il rubinetto che gira la valvola,
13:45si regola questo flusso di elettroni, quindi con una tensione applicata ad un elettrodo
13:53che è chiamata la griglia, questo elettrodo qui, la griglia, si regola il flusso, naturalmente
13:58come vi dicevo questi oggetti hanno bisogno di una potenza per funzionare, una potenza elettrica
14:05per scaldare il catodo in maniera in cui lui possa evitare elettroni, un'altra potenza
14:11elettrica per raccogliere gli elettroni, mi sono portato dietro vecchi tubi, un diodo
14:18e un triodo, questo oggetto che ho qui nelle mani è un doppio diodo raddrizzatore, ci sono
14:27i due ane in cui c'entra il filamento, quest'altro invece è un triodo, dentro c'è il catodo,
14:35quel cilindro che vediamo dentro è l'anodo e poi c'è a questo piedino qui che ci si
14:42mette la griglia, vedete che in questo caso si tratta di involucri di vetro nei quali
14:49è stato praticato il vuoto. Naturalmente il fatto che i diodi, come vi dicevo di valvole
14:59se ne sono state fatte tante, crea da una parte un problema di nomenclatura molto facile,
15:06in greco odos vuole dire via, allora diodo, due elettroni, triodo, tre elettroni, poi abbiamo
15:14avuto il tetrodo, il pentodo, l'ottodo e così via, quest'altro oggetto qui che ho
15:20per le mani è un tetrodo che si usa ancora alcune volte, perché adesso c'è un revival
15:27in particolare nell'alta fedeltà, si sostiene, confesso che non ho mai capito perché, che
15:33un amplificatore con valvole funzioni meglio di uno fatto con transistori, confesso che non
15:38ho capito, quello che so di sicuro è che è molto più bello, costa molto di più e vedere
15:43tutte le valvole accese con le loro lucette rosse dei filamenti è indubbiamente suggestivo,
15:50quindi questo qui è un tetrodo perché ha quattro elettroni, il pentodo, l'ottodo e così via,
15:57di valvole, quindi il nome è questo e poi c'è stato dei tipi enormi, una quantità enorme
16:05di tipi, adesso io non ve le posso presentare tutte, ma per esempio questo oggetto qui,
16:12tra parentesi, questa è una valvola metallica, gli elettroni corrono dentro un ambiente metallico
16:19di ferro nel quale è stato praticato il vuoto in qualche modo, questo oggetto qui si chiama
16:26octal perché ha otto piedini e poi ci sono dei tubi a nove piedini, miniatura, vedete questo
16:36tubo che qui prendo per le mani e che metto qui sul tavolo, questo oggetto qui è un tubo
16:43Noval e per curiosità vediamo che sigla è, anche questo è un tetrodo di potenza, è un tubo per
16:55amplificatori di bassa frequenza. Come vi dicevo di valvole ne sono state fatte a migliaia e migliaia
17:02di tipi, fino in certi casi a dimensioni estremamente ridotte, poi semmai ve ne farò vedere qualcuna
17:11dentro un apparato. Questa qui ad esempio è stata, la metto lì perché per interesse storico, è stata
17:19la più piccola, non proprio la più piccola, c'è un modello ancora più piccolo, ma insomma è stata
17:25tra le più piccole valvole, un tubo elettronico per amplificatori a radiofrequenza, quindi
17:33valvole ce ne sono state fatte tantissime. Quali sono stati i problemi che hanno provocato
17:40poi la scomparsa del tubo? Perché è scomparso? Tipi prodotti ho detto a migliaia, però si fanno
17:49ancora per alcuni usi specifici, soprattutto in microonde, gli amplificatori, alcuni di voi
17:59vedono questa trasmissione tramite un satellite della RAI, allora i ripetitori tramite i satelliti
18:07hanno a bordo un amplificatore, molte volte un tubo onde progressiva, è una particolare
18:12valvola amplificatore delle microonde. Il magnetron, molti di voi hanno un magnetron a casa
18:19vostra, il magnetron è quell'oggetto che è nascosto nel fornetto a microonde, che genera
18:25alcuni kilowatt, molte centinaia di watt di potenza a 2,8 gigahertz, che è quello che
18:32voi usate per desurgelare qualcosa, scaldare il latte o preparare i cibi, quindi il magnetron
18:41è una valvola elettronica, il claistro, sono tutti tipi di tubi che si fanno ancora, che
18:48trovano una cosa, trovano un uso, un'applicazione, perché è scomparso? È scomparso per tanti
18:54motivi, consuma energia, in certi altri casi l'energia che consuma è notevole, ogni tubo
19:03da 5 a 15 watt, in certi casi anche di più, questo attualmente crea dei grossi problemi,
19:10non fosse altro per evacuare il calore e negli anni 70, quando si sono diffusi tra 60
19:18e 70 i primi grossi calcolatori elettronici che andavano tutti con delle valvole, il problema
19:24più grosso era quello di come evacuare il calore prodotto da un tubo, un tubo può tra
19:31dissipazioni e l'altro, può corrispondere alla stufetta della 10 watt, immaginate una
19:37stanza dove ci siano 10 mila tubi, 10 mila tubi fa 100 kilowatt, 100 kilowatt di energia
19:44termica da smaltire in qualche modo, quindi consumo di energia necessità, poi il volume,
19:51il tubo abbiamo visto è un oggetto abbastanza grosso, ha un certo volume, li abbiamo visti
19:57assieme, poi un'altra cosa il problema, l'affidabilità, la vita del tubo è legato
20:04al filamento, se il filamento si brucia oppure esaurisce la carica di materiale che consente
20:14l'emissione di elettroni, il tubo è finito, molti tubi dopo 3 mila, 4 mila, 5 mila ore
20:22non vanno più avanti, nel senso che non emettono più elettroni e naturalmente tutte
20:28queste cose hanno sollecitato la scelta, la ricerca di altre soluzioni alternative, questa
20:36soluzione alternativa è nata col semiconduttore, questo è un puro prodotto della ricerca, è
20:42nato negli anni, diciamo, attorno al 50, nei laboratori di un'industria americana, la
20:52bella, è un oggetto piccolo, perché io posso mettere qui sul tavolo un certo numero di
20:58transistori e come è facile vedere sono oggetti, anche se sono di potenza, piuttosto piccoli,
21:08magari vicino a questi metto una valvola e quindi uno vede subito che i transistori, questi
21:17vari oggetti che ho messo qui, o di odio, transistori, sono tutti notevolmente più piccoli rispetto
21:25a leggero, si capisce dalle dimensioni, non è fragile, un tubo elettronico è un oggetto
21:31pieno di pezzetti di vetro, chiusi una scatola di vetro e quindi si può rompere facilmente,
21:37soffre le vibrazioni il tubo elettronico, non consuma, adesso ho detto una cosa poco
21:44corretta, ma mi sono corretto perché l'ho messo tra virgolette, non consuma niente, non
21:49è che non consumi niente, un poco consuma anche lui, ma naturalmente è poca cosa rispetto,
21:56vi farò anche un esempio tra poco, rispetto al consumo di un tubo elettronico e poi naturalmente
22:03è miniaturizzabile e questo lo vedremo meglio tra poco, quindi tutti questi motivi hanno
22:09portato alla morte del tubo elettronico sostituito dal transistore, ho fatto due esempi, che è
22:17l'oggetto che avete a casa vostra, l'amplificatore del vostro apparecchio radio, in salotto in genere
22:24lo usate sulla potenza di un paio di watt, la potenza d'uscita dell'amplificatore, con
22:31tubi sono necessari due valvole, per tenere caldi i filamenti quasi 5 watt, per le tensioni
22:39anodiche, quelle che fanno correre gli elettroni, in totale ci vogliono 18 watt, quindi 18 watt
22:46per ottenere 2 watt di bassa frequenza sull'altoparlante, vediamo la stessa situazione, gli stessi risultati
22:55ottenuti con dei transistori, ci vogliono 4 semiconduttori, la potenza consumata in totale
23:03è 2,8 watt, quindi ottenete 2 watt di potenza acustica con 2,8 watt di alimentazione, è facile
23:13calcolare il rendimento, nel primo caso dovete spendere 18 watt, avete un rendimento attorno
23:21al 10%, nell'altro caso il rendimento attorno al 70%, quindi il rendimento del transistore
23:31è enormemente più elevato. Vi faccio anche un altro esempio, qui mi sono portato due ricevitori
23:39portatili, questo qui è un ricevitore portatile degli anni 50, fatto con le valvole, mi sono
23:48divertito a metterlo su una bilancia e a pesarlo e con un doppio decibetro prendere le dimensioni,
23:55poi ho preso un altro ricevitore di quelli con transistori, tipo quelli che adesso troviamo
24:02nei fustini di detersivo, vedete un litro e mezzo contro 0,07 litri l'altro, questo qui se lo metto
24:13su una bilancia sono un chilo e mezzo, l'altro è un etto, il consumo medio 1,8 watt, nell'altro è 0,2 watt
24:22e questa qui è stata una delle manifestazioni più belle, più spinte della tecnologia del tubo
24:33elettronico, questo oggetto qui ha 4 tubi elettronici, ve lo faccio vedere da questa parte e lo apro
24:41e così potete avere un'idea di questo oggetto qui, vi ripeto anni 55, tutto con tubi elettronici
24:50e questo oggetto qui, voi vedete qui dentro, ecco le valvole, queste valvole qui sopra sono
24:57le valvole in miniatura, ce ne sono 4, pile e tutta l'apparato, comunque vi ho fatto vedere
25:05l'enorme differenza tra la soluzione del tubo elettronico e la situazione che fa le stesse cose
25:12con i transistori. Una conseguenza curiosa della diffusione del transistore è che le fabbriche
25:20di pila che erano morte sono risorte, adesso il consumo di pile per tutte le diavolerie che
25:27vanno con i transistori è diventato tale che voi le pile le trovate al supermercato, le
25:33trovate dal giornalaio, le trovate a momenti anche in farmacia perché servono, poi a un certo
25:39momento c'è la grande innovazione del semiconduttore, non posso qui anche perché non ho tempo entrare
25:46nei dettagli di spiegare come funziona il semiconduttore, il transistore, ma vi voglio dare almeno un'idea.
25:55Allora immaginiamo di avere un materiale come il silicio, il silicio è tetravalente, quindi
26:00un cristallo di silicio ci sono degli elettroni, questi, questi, questi, questi, degli elettroni
26:09di valenza che sono agganciati fra di loro e che sono inchiodati nel ridicolo. Se per qualche
26:18motivo abbiamo un elettrone, eccolo qua, un elettrone libero per i fatti suoi, dove lui c'era
26:25si crea la mancanza di un elettrone. Allora vediamo come con campi elettrici noi possiamo
26:32sfruttare questo fatto. Per fare questo noi dobbiamo drogare, cosa vuol dire drogare il
26:39silicio? Vuol dire sostituire per esempio ogni tanto un atomo di silicio che è tetravalente
26:47con un atomo che sia ad esempio pentavalente. Allora se io qui incastro un atomo pentavalente
26:55che ha 5 elettroni di valenza, 4 vengono usati come dire per ricostituire i legami con tutti
27:04i cristalli di silicio negli intorni, 1 resta libero e quindi abbiamo un elettrone libero e
27:10se io applico un elettrone carica negativa, un campo elettrico, questo elettrone libero
27:15comincia a passeggiare. Naturalmente il trucco qual è? Se io prendo invece un materiale tipo
27:23l'indio, il quale è trivalente, non tetravalente come il silicio e non penta come l'antimonio,
27:31allora in questo caso si crea la mancanza di un elettrone e anche questa mancanza di elettrone
27:38si può propagare applicando dei campi elettrici. Quindi siamo andati proprio dentro la fisica dei
27:45cristalli e drogando con delle impurità piccolissime un cristallo di silicio si può fare in modo
27:53che ci siano come dire più elettroni di quanto ci dovrebbero essere se tutto fosse fatto di silicio
28:00o meno elettroni e questi elettroni che sono in più o in meno, quelli in meno vengono chiamati
28:06in gergo i buchi, cioè la mancanza di elettroni in un determinato punto del reticolo cristallino,
28:13sono proprio quelli ai quali è affidata la conduzione dell'elettricità e quindi tutti i fenomeni
28:20di amplificazione, oscillazione, generazione e così via. Il primo dispositivo fu un diodo,
28:28un rivelatore, lo usavano i nostri nonni e non si sapeva ancora tutta la fisica che c'era dietro,
28:35con certi diodi, ma poi nacquero subito i transistori, il primo transistore 1947, i due che lo scoprirono
28:45si beccarono subito il premio Nobel perché era un oggetto completamente insperato, non possiamo
28:51entrare nei dettagli, questo qui ve la faccio vedere soprattutto perché abbiate la data 1947,
28:59negli anni 50-52 sono cominciate ad arrivare anche qui in Europa i primi transistori, a quell'epoca
29:08ero un giovane studente all'Università di Pisa e guardavamo questi strani oggetti con
29:14estatica meraviglia, non si capiva come funzionassero, però ci accorgevamo che funzionavano. Il prossimo
29:22passaggio è stato quello di un transistore nel quale in uno stesso cristallo di silicio
29:30si drogavano in maniera opportuna delle zone, vedete qui una zona NPN, questo ricorda quei
29:41tipi di drogatura con materiali pentavalenti o trivalenti e allora mettendo opportunamente
29:49un materiale di questo tipo e polarizzando, polarizzando cosa vuol dire? Dando un'attenzione
29:57a questo elettrodo rispetto agli altri, uno può ottenere non solo dei fenomeni di conduzione,
30:04ma può soprattutto ottenere dei fenomeni di regolazione della corrente, fare passare più
30:11corrente, meno corrente. Questi oggetti qui arrivarono e spopolarono il mercato, perché
30:21naturalmente erano caratteristiche completamente nuove, naturalmente la produzione del semiconduttore
30:28è difficilissima, ci vogliono delle tecnologie fisiche e chimiche folle, bisogna drogare, costruire
30:36dei cristalli, tra parentesi il monocristallo di silicio è il materiale di sintesi che è
30:44prodotto in maggior quantità al mondo, fare questi cristalli, drogarli, lavorare in condizioni
30:52folli di pulizia, però tutte queste operazioni, anche se erano complesse, consentivano un'automazione
31:01spinta, naturalmente tutto questo richiedeva una grande pulizia ambientale e una misura.
31:09Tutte queste cose che vi dicevo prima, il trattamento dei segnali elettrici è dovuto
31:16all'esistenza di questi dispositivi, però questi dispositivi, il tubo e il transistore
31:24non funzionano separati fra di loro, ma funzionano inseriti in una serie di cose che si chiamano
31:31circuito elettronico, circuiti elettronici cosa sono? Sono dei componenti, condensatori,
31:39resistenze, induttanze, tubi elettronici che sono connessi elettricamente fra di loro, quindi
31:48ci vuole un supporto che li colleghi fra di loro e allora qui nacquero all'inizio il circuito
31:55cablato, quello ancora con le valvole. Mi sono divertito a portare un ricevettore per
32:00aeronautica, sono quelli che servivano e servono in certi casi, non più a transistori, per beccare
32:07i radiofari non direzionali. Però un classico esempio di circuito cablato, è una, due, tre,
32:18quattro valvole metalliche, due valvole in vetro, ma la cosa che vi volevo fare è la
32:23complessità, lo ribalto, adesso se mettono la telecamera zenitale che riprende dall'alto,
32:32potete vedere la complessità di questo oggetto, dove vedete condensatori, resistenze, i zoccoli
32:40del valvole, altri condensatori, bobine e tutte queste cose sono cablate fra di loro con tanti
32:47fili elettrici. Quindi questo qui è il modo di costruire cablato con dei cavi. L'altra
32:54soluzione è quella del circuito stampato. Anche in questo caso ho portato dei circuiti
33:04stampati, questi qui sono circuiti stampati di un PC, poi li riprenderò per vedere determinati
33:12componenti e in questi circuiti voi vedete che ci sono tanti componenti, qui lo si vede
33:19abbastanza bene in questo circuito, nel quale abbiamo tanti componenti che sono collegati
33:27a delle piste d'oro o dorate depositate su un supporto. Quindi circuito cablato, circuito
33:34stampato. I componenti passivi sono condensatori, induttanze, diodi e poi ci sono quelli attivi
33:41che sono i valvoli, i transistori e così via. E i componenti attivi, come ricordo, devono
33:48essere sempre alimentati fra di loro.
33:53I collegamenti, però a questo punto qui i collegamenti tra i vari componenti sono tutti
34:00realizzati con saldature di stagno in qualche modo e allora nasce l'ultima, la grande innovazione
34:08che era quella di circuito integrato, dove tutti i componenti, condensatori e resistenti,
34:15ma soprattutto transistori e diodi, vengono montati assieme, non montati, vengono realizzati
34:22assieme su una piastrina. Ci sono delle curve tragiche che dicono che ogni 18 mesi raddoppia
34:31la complessità, cioè il numero di componenti che si riesce a stipare in una determinata superficie.
34:40Quindi sono delle curve che danno lo sviluppo di questi componenti.
34:46La preparazione dei circuiti integrati è estremamente complessa. Si parte da un progetto,
34:53prima si deve decidere cosa si vuole fare, il progetto, poi si fa un reticolo dei collegamenti,
35:02LSI vuole dire Large Scale Integration, integrazione a grande scala.
35:08Generazione delle maschere, le maschere sono quelle cose che ci servono per decidere dove
35:13passeranno i fili, che non sono i fili, ma che sono tutte quelle piste che collegano i dispositivi
35:19fra di loro. Queste maschere vengono stampate su una fettina di biossido di silicio e poi
35:27con procedimenti fotografici, fotolitografici, chimici, fici, si fa crescere e si ossida e
35:36poi si scava. Sono cose estremamente complesse. In ognuno di questi rettangolini che voi vedete
35:43qui sopra, si realizza il vostro circuito integrato, nel quale magari ci sono 10 mila
35:48transistori. Questi oggetti poi vengono tagliati fra di loro, ogni circuito semplice viene montato,
35:57incapsulato, collaudato e quindi nascono tutti questi oggetti qui, dove sono circuiti di piccola
36:05scala, circuiti di media scala, oppure come abbiamo visto in questi oggetti, circuiti a
36:13larga scala, che sono appunto, questi qui sono dei microprocessori, questi oggetti qui
36:20che io tocco e che mostro qui sopra. Naturalmente questi circuiti integrati possono essere analogici
36:28numerici, vedete 40 transistori un millimetro quadrato, le caratteristiche sono ripetive,
36:35sono tutti fatti a macchina, sono stampati, il progetto dell'ingegnere è semplificato
36:41e vorrei farvi vedere un pochino, per chiudere questo mio incontro, due cose ancora. Una cosa
36:50riguarda la scheda di un televisore moderno, televisore a colori, nel quale praticamente
36:57ho cercato di ripararlo in vano dei giorni scorsi, non ce l'ho fatta, ogni tanto mi diverto
37:04a riparare vecchi oggetti, non ce l'ho fatta. Comunque se voi guardate da questa parte vedete
37:11che c'è un mare di piste, tutte queste piste qui sono le piste dei collegamenti, tra che
37:18cosa? I collegamenti tra i circuiti integrati e se giriamo dall'altra parte vediamo dei circuiti
37:24integrati media e larga scala, tipo questi qui sotto, che sono dei circuiti che hanno
37:30decine e decine di piedini che fanno tutto. Vorrei chiudere questa mia chiacchierata facendo
37:37un esempio, un divisore per 10, come veniva fatto 40 anni fa nei calcolatori elettronici
37:46e come viene fatto oggi. Questo per dare un'idea drammatica di quello che sono stati i progressi
37:53della binaturizzazione. Questa qui è la scheda di un calcolatore, si chiamava Elea, fatto
38:00dalla Olivetti tantissimi anni fa, diciamo 35 anni fa. Questo qui è un calcolatore, c'è
38:08una decade, ogni decade c'è un divisore per 10, 20 transistori, 40 resistori, 8 diodi,
38:174 condensatori. In questa scheda qui che ho, di danza a me, con le mani, ci sono 4 decadi,
38:27in questa scheda ci sono 4 decadi e quindi ci saranno circa 80 transistori e altri tali,
38:36cioè resistori di odio e così via. Quindi questa qui è la tecnologia più spinta che avevamo
38:42negli anni 60. Quindi questa scheda qui è quasi un oggetto storico dove voi vedete i singoli
38:50componenti, transistori, diodi, condensatori e resistenza, sono stati infilati uno per uno
38:58pazientemente e qui dentro ci sono 4 decadi, no scusate, qui dentro c'è una decade sola su
39:10questa scheda qui. Naturalmente non prendo un circuito integrato perché 1500 di questi oggetti
39:19qui sono un oggettino che è delle dimensioni di pochi millimetri. Vi ho fatto vedere questa
39:27scheda qui perché abbiate direttamente un'idea che colpisca direttamente la vostra fantasia di
39:35quelli che sono stati i sviluppi della microelettronica consentiti unicamente dalla nostra possibilità
39:43di realizzare circuiti integrati sia analogici sia numerici. La possibilità di tante cose
39:51come l'elettronica che c'è dentro un telefonino, dentro i giocattoli e in certi casi dentro
39:57una lavastoviglia o nell'automobile è dovuta solo alla produzione dei circuiti integrati.
40:04Grazie e arrivederci.