Tubos al vacio

a) Tubos al vacio

Los tubos al vacio, es un componente electrónico que está compuesto por un cierto número de electrodos contenidos en un recipiente al vacío utilizado para amplificar, conmutar, o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio "vacío" a muy baja presión, o en presencia de gases especialmente seleccionados La utilidad de las válvulas de vacío radica en su capacidad para conducir corriente eléctrica, cuya magnitud puede controlarse por los voltajes aplicados a sus electrodos.

• En los tubos de haz lineal (linear-beam), también conocidos como 'O', el haz de electrones fluye en una dirección paralela a los campos eléctrico y magnético, atravesando toda la longitud del tubo.

• En los tubos de campos cruzados (crossed-field), o tipo 'm', los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección del haz de electrones.

La gran mayoría de los tubos de hoy en día consisten en un recipiente sellado con un vacío en el interior, y, esencialmente, se basan en la emisión termoiónica de electrones de un caliente filamento o un cátodo calentado por el filamento. Algunas excepciones a esta se tratan en la sección sobre los tubos llenos de gas de abajo. El tuvo al vacio más simple, el diodo es similar una bombilla incandescente, con un electrodo añadido en el interior. El filamento de la bombilla que es calentado (rojo incandescente), los electrones “hierven” en su superficie y en el vacio de la bombilla (efecto Edison).

Tríodo

Un tríodo es un tubo al vacio electrónico de amplificación que consiste en 3 electrodos envueltos en un vidrio al sin aire. El filamento caliente o el cátodo, una rejilla, y una placa (ánodo). Esta reja de control puede tener diversas configuraciones; puede ser una hélice de alambre, un cilindro de malla de alambre y aún un cilindro sólido con una perforación para permitir el paso de los electrones hacia la placa. Si a la reja de control no se le aplica ningún voltaje o si se la conecta directamente al cátodo, la válvula se comporta igual que un diodo. Sin embargo si se le aplica un voltaje negativo respecto al cátodo, se producirá un campo eléctrico entre reja y cátodo de signo opuesto al campo entre placa y cátodo, que se opondrá al paso de los electrones por la región cercana a la reja y reducirá la corriente total de placa respecto a la que se tendría si la reja no estuviera polarizada. Si, por el contrario, la reja se polariza positivamente respecto al cátodo, atraerá más electrones de la región de carga de espacio cercana al cátodo y aumentará la corriente de placa. Además, al ser la reja positiva, atraerá una parte de los electrones que viajan hacia la placa y se establecerá una corriente eléctrica en el circuito externo entre reja y cátodo.

El tríodo fue el primer dispositivo de amplificación electrónica, y el antepasado de los otros tipos de tubos de vacío como el tetrodo y pentodo. Hoy en día su uso principal está en los amplificadores de alta potencia de RF en los transmisores de radio y aparatos de calefacción para RF industriales.

Sin embargo, el estudio de los tríodos es importante para comprender el funcionamiento de otros tipos de válvulas más complejas y por ello, se resumirán a continuación algunas de sus propiedades y características más importantes. El símbolo habitual para el tríodo y su estructura básica

Aplicaciones

Aplicaciones de los tríodos. En los sistemas industriales los tríodos siguen utilizándose principalmente como osciladores de alta Potencia Es evidente que la estabilidad de este tipo de osciladores es pobre, por lo que estos circuitos se utilizan principalmente en aplicaciones en que no es necesaria una gran estabilidad y que no se radia energía.

Una aplicación industrial importante de los tríodos es en el calentamiento por inducción. Este es un método para calentar materiales conductivos sometiéndolos a un campo electromagnético, a frecuencias por lo general entre 100 y 500 kHz.

Una bobina, como se muestra en la figura 2 actúa como el primario de un transformador y rodea al material a calentar, que actúa como secundario. En la bobina se hace circular la corriente de radiofrecuencia, la cual genera corrientes de Foucault (eddy) en el secundario calentándolo. La profundidad de penetración de estas corrientes está determinada por la frecuencia, la permeabilidad del material y su resistividad

Otro tipo de aplicación industrial en que también se utilizan tríodos como osciladores es el calentamiento dieléctrico también designado como calentamiento capacitivo utilizado para calentar materiales no conductores. El material a calentar se coloca entre dos electrodos a través de los cuales se conecta una fuente de alta frecuencia. El campo oscilatorio atraviesa el material y al cambiar la dirección del campo, invierte la polarización de las moléculas causando rozamiento y, por consecuencia calor. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el movimiento de las moléculas. Las frecuencias típicas utilizadas en estas aplicaciones suelen estar entre 5 y 80 MHz. Algunas otras aplicaciones incluyen la soldadura de tuberías y de plásticos, pegamento de madera, deshidratación de alimentos para su preservación, excitación de láseres de CO2, etc.

En los sistemas actuales de comunicaciones los tríodos se emplean casi únicamente en amplificadores de alta potencia (aquéllas potencias superiores a unos 500 w) de RF, En los últimos años han vuelto a encontrar aplicación en amplificadores de audio. En general este tipo de tubos se emplea en radiodifusión sonora en las bandas de frecuencias medias (540-1650 KHz) y altas (3-30 MHz). En las bandas de VHF y UHF por lo general se emplean tetrodos.

2. Tetrodo

Un tetrodo es una válvula de vacío de cuatro electrodos que, además del cátodo, la reja de control y la placa incluye una reja adicional entre la placa y la reja de control, a la que se designa como reja pantalla y habitualmente se abrevia como SG (screen grid). La forma de esta

reja es similar a la de la reja de control, es decir, una hélice o una malla metálica fina. El símbolo

utilizado para el tetrodo se muestra y su estructura en la figura 4.

La reja pantalla o simplemente, pantalla, se introdujo originalmente para eliminar algunos de los inconvenientes

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