Lezione 6 – Le Valvole Termoioniche

LE VALVOLE TERMIONICHE

STORIA

TIPI DI VALVOLE E SIMBOLI

FUNZIONI

IL CATODO

LE VALVOLE TERMOIONICHE

La storia delle valvole termoioniche inizia nell’anno 1884. Molti ritengono che la valvola termoinica sia stata superata dai moderni transistor o circuiti integrati. In gran parte questo è vero ma non completamente. La storia delle valvole termoioniche nella loro più variata specie continua tuttora. Basti pensare alle valvole termoioniche di media ed alta potenza usate dalle stazioni trasmittenti sia in onde Lunghe, sia in onde Medie e sia in onde Corte e Cortissime; a quelle impiegate negli apparecchi elettromedicali nel settore della medicina; a quelle impiegate negli apparati Radar di potenza ed a quelle usate negli amplificatori a bassa frequenza per la riproduzione sonora ad alta fedeltà.
Pregi: Linearità – fedeltà – potenza.
Difetti: Produzione di calore che corrisponde ad un elevato consumo di energia elettrica.
Ingombro: occupano molto spazio a differenza dei transistor o circuiti integrati. Difficoltà circuitali tra i vari elettrodi.
Alcune valvole sono raffreddate con aria forzata ed altre addirittuira con acqua a sua volta raffreddata a mezzo scambiatori di calore. Nessuna meraviglia per questo fatto del calore. Alcuni transistor o circuiti integrati o microprocessori elettronici attuali vengono raffreddati allo stesso modo. Bisogna tenere conto però che con i transistor o microprocessori, il risparmio di energia elettrica rispetto alle valvole è notevole.
Riguardo poi allo spazio la faccenda è sbalorditiva. Infatti per fare con le valvole un P.C. attuale non basterebbe un palazzo di qualche piano mentre con i transistor e con la tecnica SMD sarebbe sufficiente una sottile e piccola valigetta leggera e portatile.
Differenze: Le valvole termoioniche amplificano i segnali in tensione mentre i transistor o equivalenti amplificano i segnali in corrente. Ecco a Voi un gruppo di valvole antiche ed alcune ancora attuali:
adiprospero.it
STORIA

THOMAS EDISON (Celebre inventore autodidatta della lampadina elettrica) in una notte piovosa e fredda del Mese di Marzo dell’Anno 1884, nel suo piccolo laboratorio, era intento e preoccupato per la sua lampadina con filamento ad incadescenza. Il motivo che lo preoccupava era che la stessa lampadina dopo ore di funzionamento ( Attenzione ! a quel tempo non esisteva l’energia elettrica alternata. A quel tempo le case erano illuminate con lumi ad olio, candele di cera o grassi vari oppure – per i benestanti – con acetilene o gas. Edison, pertanto, alimentava la sua lampadina con la Pila o una serie di Pile – energia in corrente continua ). (La Pila fu inventata da Alessandro Volta), il vetro interno ( ampolla sottovuoto cioè senza l’aria) diventava piuttosto nero riducendo quindi la luminosità iniziale.

adiprospero.it
Facendo prove diverse per eliminare l’inconveniente e cioè tale fenomeno negativo, provò ad inserire al di sopra del filamento, una lamina sottile di metallo: una specie di schermo raccoglitore delle impurità rilasciate dal filamento durante l’incandescenza.
Con questo sistema non eliminò il fenomeno dell’annerimento dell’ampolla di vetro ma – di contro – meraviglia delle meraviglie, scoprì un fenomeno nuovo che negli anni seguenti si rilevò di grande importanza: IL PASSAGGIO DI ELETTRONI E QUINDI DI CORRENTE ELETTRICA ATTRAVERSO IL VUOTO D’ARIA PRESENTE ALL’INTERNO DELLA SUA LAMPADINA.
Praticamente scoprì che dal filamento della lampadina – senza contatto alcuno – scorreva un flusso di elettroni e cioè di corrente elettrica verso la lamina metallica applicata al di sopra del filamento stesso.
Cosa accertò Edison? Accertò che collegando una pila alla sua lampadina ( Modificata opportunamente e provvisoriamente con la lamina metallica) con il Negativo sul filamento ed il Positivo sulla lamina, avveniva un passaggio di corrente attraverso il VUOTO senza un normale collegamento di rame o metallico. Accertò anche che invertendo le polarità della Pila ( Positivo sul filamento e Negativo sulla lamina, il passaggio di corrente cessava completamente. Lo stesso fenomento del mancato passaggio di corrente avveniva se si spegneva il filamento della lampada.

Tale importante scoperta fu chiamata EFFETTO TERMOELETTRONICO DI EDISON (Praticamente la prima valvola termoionica). Dopo circa 20 anni ( 1904 ) lo scienziato A. FLEMING prese seriamente a cuore la scoperta di EDISON e volle andare a fondo sulla questione del fenomeno. Accertò che quando un filamento immerso nel vuoto diventa incandescente gli elettroni negativi che ruotano attorno ai loro nuclei (Atomi) sfuggono dalle loro orbite proporzionalmente alla temperatura dello stesso filamento e attirati velocemente dalla piastrina metallica con polarità Positiva. La piastrina metallica, FLEMING la chiamò PLACCA RACCOGLITRICE ( In seguito …. PLACCA o ANODO ). La scoperta di EDISON rimaneva comunque invariata.
Sucessivamente ( 1907 ), un altro scienziato LEED de FOREST, studiando la scoperta di EDISON, accertò che gli elettroni e cioè la corrente circolante nel vuoto fra Filamento e Placca poteva essere regolata nel flusso ( Aumentare o diminuire ) inserendo un altro elettrodo attorno al filamento in equidistanza con la Placca. Gli elettroni negativi emessi dal filamento acceso ed attirati dalla Placca di polarità Positiva non solo erano costretti a passare attraverso questo nuovo elettrodo ma potevano essere controllati anche nella quantità ( Corrente: aumentare o diminuire). Questo nuovo elettrodo fu chiamato, per la sua precisa funzione, GRIGLIA CONTROLLO.
Col passare degli anni, alla “valvola” di EDISON, di FLEMING e di FOREST, vennero aggiunti altri elettrodi – ognuno con una propria funzione – come la GRIGLIA SCHERMO, la GRIGLIA SOPPRESSIONE ed infine il CATODO.
Torna su

TIPI DI VALVOLE E SIMBOLI

TIPI DI VALVOLE.
A seconda degli elettrodi applicati, le valvole termoioniche possono assumere funzioni diverse. Le principali sono le seguenti:
-VALVOLE RADDRIZZATRICI DI CORRENTE CONTINUA (Senza catodo-Praticamente quasi un diodo attuale);
-VALVOLE RADDRIZZATRICI DI CORRENTE ALTERNATA (Con catodo);
-VALVOLE RADDRIZZATRICI A VAPORI DI MERCURIO;
-VALVOLE RIVELATRICI ED AMPLIFICATRICI;
-VALVOLE AMPLIFICATRICI DI BASSA FREQUENZA;
-VALVOLE AMPLIFICATRICI DI ALTA FREQUENZA;
-VALVOLE AMPLIFICATRICI DI OSCILLAZIONI AD ALTA FREQUENZA;
SIMBOLI DELLE VALVOLE.
Si riportano,qui di seguito,i simboli delle principali valvole:
adiprospero.it

adiprospero.it
In base agli elettrodi applicati, le valvole si dividono in:
DIODO – DOPPIO DIODO – TRIODO – DOPPIO TRIODO – TETRODO – PENTODO -DOPPIO PENTODO.
Di solito, nei pentodi, la GRIGLIA SOPPRESSIONE, risulta – internamente – direttamente collegata al Catodo.
Le principali caratteristiche tecniche e cioè di lavoro di una valvola si distinguono in:
-MASSIMA TENSIONE POSITIVA ANODICA;
-MASSIMA CORRENTE ANODICA;
-VOLT GRIGLIA SCHERMO;
-CORRENTE GRIGLIA SCHERMO;
-VOLT GRIGLIA SOPPRESSIONE;
-RESISTENZA INTERNA (RI);
-INDUTTANZA INTERNA (Capacità intereelettrodica);
-WATT RESI IN USCITA PER AMPLIFICAZIONE (Classi A – AB – B e C .A seconda dei vari sistemi circuitali);
-TIPO DI TENSIONE AL FILAMENTO;
-VOLT FILAMENTO;
-CORRENTE ASSORBITA FILAMENTO.
Torna su

F U N Z I O N I

Le principali elementari funzioni di una valvola sono le seguenti:
A)-Valvola termoionica munita di griglia controllo (TRIODO). Se alla Griglia Controllo non applicassimo alcuna tensione, si avrà lo scorrere veloce degli elettroni dal Filamento alla Placca (Anodo) fino alla sua saturazione (Praticamente la Placca si arrossirà poco o notevolmente a seconda della corrente circolante fra Filamento e Placca e più precisamente se superiore ai dati tecnici forniti dalla casa costruttrice).

Le tensioni rese visibilmente dalla pila ,sono soltanto indicative e d’esempio.
B)-Valvola termoionica munita di griglia di Griglia Controllo (TRIODO). Se alla Griglia Controllo, applicassimo una tensione negativa, collegata ad un capo del filamento ed in serie alla alimentazione positiva della Placca – tramite strumento di misura Miliamperometro anche questo in serie – noteremo una diminuizione del flusso di elettroni verso la Placca impedendo la saturazione della stessa. Lo strumento di misura inserito darà conferma del valore della corrente assorbita.

C)-Stessa situazione come alla lettera sub B. Se al circuito descritto alla lettera B che precede, applicassimo un potenziometro a filo di tipo lineare (Classe A) avremo la possibilità di regolare in più od in meno, a propria discrezione o a seconda dei dati tecnici di lavoro della casa costruttrice, il flusso della corrente fra Filamento e Placca.

Un tipo di valvola in miniatura è la seguente :

In essa si può notare il Filamento acceso e tutti gli altri elettrodi attorno. Scoprite Voi quali sono.
Torna su

IL C A T O D O .
Con l’avvento dell’energia elettrica alternata fu necessario eliminare dalle valvole il forte ronzio (RCA) che si veniva a creare sia negli apparecchi radio riceventi che in quelli trasmittenti ed altro.Così si ricorse all’applicazione del Catodo . Ma ciò non bastò ed allora si ricorse alla Griglia soppressione. Il Catodo non è altro che uno schermo metallico che ricopre interamente il Filamento quasi incandescente lasciando passare però il suo calore. Solo così fu possibile eliminare il ronzio dei 50 Hz provenienti dalla rete a corrente alternata.Con l’aiuto di altri filtri statici esterni fu inoltre possibile eliminare ronzii o disturbi di altra natura.