Tubos de vacío
El primer dispositivo práctico destacado que podía amplificar fue el tubo de vacío de triodo, inventado en 1906 por Lee De Forest, que condujo a los primeros amplificadores alrededor de 1912. Los tubos de vacío se usaban en casi todos amplificadores hasta las décadas de 1960 y 1970 cuando los transistores los reemplazaron. Hoy en día, la mayoría de los amplificadores usan transistores, pero los tubos de vacío continúan usándose en algunas aplicaciones.
El desarrollo de la tecnología de comunicación de audio en forma de teléfono, patentado por primera vez en 1876, creó la necesidad de aumentar la amplitud de las señales eléctricas para extender la transmisión de señales a distancias cada vez más largas. En telegrafía, este problema había sido resuelto con dispositivos intermedios en las estaciones que reponían la energía disipada haciendo funcionar un registrador de señales y un transmisor de apoyo, formando un relé, de modo que una fuente de energía local en cada estación intermedia alimentaba el siguiente tramo de transmisión.
Para la transmisión dúplex, es decir, enviar y recibir en ambas direcciones, se desarrollaron repetidores de retransmisión bidireccionales a partir del trabajo de C. F. Varley") para transmisión telegráfica. La transmisión dúplex era esencial para la telefonía y el problema no se resolvió satisfactoriamente hasta 1904, cuando H. E. Shreeve de la American Telephone and Telegraph Company") mejoró los intentos existentes de construir un repetidor de teléfono que constaba de transmisor de gránulos de carbono") y pares de receptores electrodinámicos.[1] El repetidor de Shreeve se probó por primera vez en una línea entre Boston y Amesbury, MA, y los dispositivos más refinados permanecieron en servicio durante algún tiempo. Después del cambio de siglo, se descubrió que las lámparas de mercurio") de resistencia negativa podían amplificar, y también se probaron en repetidores, con poco éxito.[2].
El desarrollo de válvulas termoiónicas a partir de 1902 proporcionó un método completamente electrónico para amplificar señales. La primera versión práctica de tales dispositivos fue el Audion de triodo, inventado en 1906 por Lee De Forest,[3][4][5] lo que condujo a los primeros amplificadores alrededor de 1912.[6] Dado que el único dispositivo anterior que se usaba ampliamente para fortalecer una señal era el relé utilizado en los sistemas de telégrafo, el tubo de vacío amplificador se llamó originalmente relé de electrones.[7][8][9][10] Los términos amplificador y amplificación, derivados del latín amplificare, (agrandar o expandir),[11] se utilizaron por primera vez para esta nueva capacidad alrededor de 1915, cuando los triodos se generalizaron.[11].
El tubo de vacío amplificador revolucionó la tecnología eléctrica, creando el nuevo campo de la electrónica, la tecnología activa&action=edit&redlink=1 "Pasividad (ingeniería) (aún no redactado)") de dispositivos eléctricos.[6] Hizo posibles líneas telefónicas de larga distancia, sistema de megafonía"), transmisión de radio, el cine sonoro, práctica de grabación de audio"), radar, televisión, y los primeros ordenadores. Durante 50 años, prácticamente todos los dispositivos electrónicos de consumo utilizaron tubos de vacío. Los primeros amplificadores de válvulas a menudo tenían retroalimentación positiva (regeneración), lo que podía aumentar la ganancia pero también hacer que el amplificador fuera inestable y propenso a la oscilación. Gran parte de la teoría matemática de los amplificadores se desarrolló en los Bell Telephone Laboratories durante las décadas de 1920 a 1940. Los niveles de distorsión en los primeros amplificadores eran altos, generalmente alrededor del 5%, hasta 1934, cuando Harold Black") desarrolló el amplificador de retroalimentación negativa"); esto permitió que los niveles de distorsión se redujeran considerablemente, a costa de una menor ganancia. Otros avances en la teoría de la amplificación fueron realizados por Harry Nyquist y Hendrik Wade Bode.[12].
El tubo de vacío fue prácticamente el único dispositivo amplificador, además de los dispositivos de potencia especializados como el amplificador magnético y el amplidyne"), durante 40 años. Los circuitos de control de potencia utilizaron amplificadores magnéticos hasta la segunda mitad del siglo , cuando los dispositivos semiconductores de potencia se volvieron más económicos, con velocidades de operación más altas. Los viejos repetidores electroacústicos de carbón de Shreeve se usaban en amplificadores ajustables en equipos de abonados telefónicos para personas con discapacidad auditiva hasta que el transistor proporcionó amplificadores más pequeños y de mayor calidad en la década de 1950.[13].
Transistores
El primer transistor en funcionamiento fue un transistor de contacto puntual inventado por John Bardeen y Walter Brattain en 1947 en Bell Labs, donde William Shockley más tarde inventaron el transistor de unión bipolar (BJT) en 1948. Les siguió la invención del transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) por Mohamed M. Atalla") y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Debido a la escala MOSFET, la capacidad de reducir la escala a tamaños cada vez más pequeños, el MOSFET se ha convertido desde entonces en el amplificador más utilizado.[14].
El reemplazo de voluminosos tubos de electrones con transistores durante las décadas de 1960 y 1970 creó una revolución en la electrónica, haciendo posible una gran clase de dispositivos electrónicos portátiles, como la radio de transistores") desarrollada en 1954. Hoy en día, el uso de tubos de vacío es limitado para algunas aplicaciones de alta potencia, como los transmisores de radio.
A partir de la década de 1970, se conectaron más y más transistores en un solo chip, creando así escalas más altas de integración (como la integración a pequeña, mediana y gran escala) en los circuitos integrados. Muchos amplificadores disponibles comercialmente en la actualidad se basan en circuitos integrados.
Para fines especiales se han utilizado otros elementos activos. Por ejemplo, en los primeros días de la comunicación por satélite, se utilizaron amplificadores paramétricos"). El circuito central era un diodo cuya capacitancia cambiaba mediante una señal de RF creada localmente. Bajo ciertas condiciones, esta señal de RF proporcionó energía que fue modulada por la señal de satélite extremadamente débil recibida en la estación terrestre.
Los avances en electrónica digital desde finales del siglo proporcionaron nuevas alternativas a los amplificadores de ganancia lineal tradicionales mediante el uso de conmutación digital para variar la forma de pulso de las señales de amplitud fija, lo que resultó en dispositivos como el amplificador de clase D").