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Electrodos de tubo de vacío: electrodos de válvula termoiónica

Electrodos de tubo de vacío: electrodos de válvula termoiónica

Su construcción es naturalmente diferente y existen variaciones según el diseño del tubo y sus aplicaciones.


Cátodo

Existe una variedad de diferentes tipos de cátodos que se utilizan en los tubos de vacío modernos. Se diferencian en la construcción del cátodo y los materiales utilizados.

Una de las principales formas en que se pueden clasificar los cátodos es por la forma en que se calientan. El primer tipo que se utilizó fue el que se denomina calentado directamente. Aquí se pasa una corriente a través de un cable para calentarlo. Además de proporcionar el calor, también actúa como cátodo en sí mismo, emitiendo los electrones al vacío. Este tipo de cátodo tiene la desventaja de que debe conectarse tanto al suministro del calentador como al suministro utilizado para su uso en el circuito del ánodo del cátodo. Esto tiene desventajas porque limita la forma en que se puede polarizar el circuito a menos que cada calentador se suministre por separado y aislado entre sí. Una desventaja adicional es que si se usa una corriente alterna para proporcionar el calentamiento, esta señal puede superponerse al circuito del ánodo del cátodo principal y hay un zumbido resultante en la frecuencia del suministro del calentador. El segundo tipo de cátodo se conoce como cátodo calentado indirectamente. Aquí el calentador se desconecta eléctricamente del cátodo, y el calentador irradia calor para calentar el cátodo. Aunque estos tipos de tubos tardan más en calentarse, se utilizan casi universalmente debido a la flexibilidad que esto proporciona para polarizar los circuitos y aislar el circuito del ánodo del cátodo de los efectos del zumbido del suministro del calentador.

El primer tipo de cátodo se conoce como cátodo emisor brillante. Este tipo de cátodo utiliza un alambre de tungsteno calentado a una temperatura de entre 2500 y 2600 K. Aunque no se usa mucho en estos días, este tipo de cátodo se usaba en tubos transmisores de alta potencia como los que se usan para radiodifusión. Sufre una serie de inconvenientes, uno de los cuales es que no es particularmente eficiente en términos de emisión ganada por la entrada de calor. La vida del cátodo también está limitada por la evaporación del tungsteno y la falla ocurre cuando aproximadamente el 10% del tungsteno se ha ido.

Otro tipo de cátodo se conoce como emisor opaco. Estos cátodos se calientan directamente y consisten en tungsteno toriado. Proporcionan más emisiones que un cátodo de tungsteno y requieren menos calor, lo que aumenta la eficiencia general del tubo. Por lo general, funcionan a una temperatura de entre 1900 y 2100 K. Aunque estos cátodos normalmente tienen una vida relativamente larga, son frágiles y cualquier válvula o tubo que los use debe tratarse con cuidado y no debe tratarse con golpes técnicos o vibraciones.

El tipo de cátodo que se utiliza mucho más es el cátodo recubierto de óxido. Estos pueden usarse con cátodos calentados indirectamente, a diferencia de los cátodos emisores de tungsteno y opacos que deben calentarse directamente como resultado de las temperaturas involucradas. Este tipo de cátodo normalmente tiene forma de níquel en forma de cinta, tubo o incluso en forma de copa pequeña. Este se recubre con una mezcla de carbonato de bario y estroncio, a menudo con un rastro de calcio agregado. Durante el proceso de fabricación, el revestimiento se calienta para reducirlo a su forma metálica y los productos de la reacción química se eliminan cuando finalmente se vacía la válvula. En este cátodo es el bario el que actúa como emisor primario y opera a un nivel mucho más bajo que los otros tipos estando en la región de 950 - 1050 K.

Algunos tipos de válvulas termoiónicas o tubos de vacío utilizan lo que se denomina cátodo frío. Estos son estabilizadores de voltaje y utilizan una forma de superficie metálica activada.


Ánodo

El ánodo generalmente se forma en un cilindro de modo que pueda rodear el cátodo y cualquier otro electrodo que pueda estar presente. De esta forma, el tubo de vacío se puede construir de forma tubular y el ánodo puede recoger el número máximo de electrones.

Para las válvulas o tubos más pequeños utilizados en muchos receptores de radio, los ánodos generalmente están hechos de acero niquelado o simplemente de níquel. En algunos casos, donde es necesario disipar grandes cantidades de calor, puede carbonizarse para darle un acabado mate que le permita irradiar más calor fuera de la válvula.

Para aplicaciones donde se requieren potencias aún mayores, el ánodo debe ser capaz de disipar aún más calor y operar a temperaturas más altas. Para estos tubos, se pueden usar materiales que incluyen carbono, molibdeno o circonio. Otro enfoque es construir aletas del disipador de calor en la estructura del ánodo para ayudar a irradiar el calor adicional. Este enfoque está naturalmente limitado por la construcción de la válvula y el hecho de que el tubo debe estar contenido dentro de su envoltura de vidrio. Sin embargo, una gran estructura de disipador de calor requerirá que la envoltura de vidrio sea mucho más grande, aumentando así los costos.

Para superar este problema, el ánodo puede fabricarse de modo que el calor pueda transferirse fuera de la válvula y eliminarse utilizando aire forzado o una camisa de agua. Con este enfoque, la envoltura del tubo se puede hacer relativamente pequeña, al mismo tiempo que puede manejar niveles significativos de potencia.


Cuadrícula

La rejilla es el electrodo por el cual la corriente que fluye en el circuito del ánodo puede ser controlada por otro potencial. En la forma más básica, un tubo de vacío puede tener una rejilla, pero es posible utilizar más de una para mejorar el rendimiento o para permitir la realización de funciones adicionales. En consecuencia, las válvulas se nombran por el número de electrodos que contienen y que están asociados con el flujo de electrones. En otras palabras, se omiten los filamentos o calentadores y otros elementos similares.


Número de rejillasNumero total
de electrodos
Nombre generico
13Triodo
24Tetrode
35Pentodo
46Hexode
57Heptode
68Octodo

Una rejilla se construye normalmente en forma de malla de gasa o espiral de alambre. Si está hecho de alambre, normalmente consta de níquel, molibdeno o una aleación y se enrolla con varillas de soporte que lo mantienen alejado del cátodo. Como tales, pueden ser anchos, posiblemente de forma ovalada y generalmente están hechos de cobre o níquel.

Para lograr un alto nivel de rendimiento que sea repetible, las tolerancias dentro del tubo de vacío deben mantenerse de un dispositivo a otro. Además de esto, a menudo es necesario montar la rejilla a solo fracciones de milímetro del cátodo u otras rejillas. Para poder mantener estas dimensiones, un enfoque que se adopta es utilizar un marco rectangular rígido y luego enrollar el alambre de la rejilla en este bajo tensión. Luego, esta estructura debe fijarse mediante el uso de vidriado o incluso soldadura de oro para que permanezca firmemente en su lugar. En algunas circunstancias, incluso puede ser necesario pulir el revestimiento de la superficie del cátodo para asegurar su planeidad. Esta forma de cuadrícula se conoce como cuadrícula de marco.

Un aspecto importante del diseño de tubos de vacío o válvulas termoiónicas es garantizar que la rejilla no se sobrecaliente. Esto podría provocar una distorsión mecánica y la falla de toda la válvula. Para ayudar a eliminar el calor, el alambre de la rejilla puede estar carbonizado y, a menudo, se pueden unir aletas de enfriamiento a los alambres de soporte de la rejilla. Estos alambres de soporte también pueden soldarse directamente a las clavijas de conexión en la base de la válvula para que el calor pueda ser conducido a través de las conexiones externas.

Incluso hoy en día se encuentra disponible una amplia variedad de válvulas termoiónicas o tubos de vacío. Utilizando las técnicas que se han desarrollado durante muchos años, pueden ofrecer una excelente repetibilidad, rendimiento y fiabilidad.


Ver el vídeo: Evolución electrónica #2: Válvulas de vacío. JRPM (Diciembre 2020).