TUBI AD EMISSIONE TERMOELETTRONICA

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Tra gli appassionati di HI FI da diversi anni si parla sempre di amplificazione a valvole come la soluzione finale per ogni impianto domestico e non. Non avendone mai parlato qui cercherò di colmare questa lacuna spiegando cosa sono le valvole, come si comportano e come progettare qualcosa con esse.

In questa serie di articoli mi occuperò dei tubi elettronici, essi sono così denominati perché alla base del loro funzionamento vi sono gli elettroni che si muovono in uno spazio vuoto.

Infatti, i tubi elettronici sono formati da un involucro, detto più precisamente bulbo, di solito in vetro, nel quale viene praticato un vuoto spinto, estraendo l’aria con una pompa e quindi chiudendo ermeticamente il bulbo stesso.

Per il funzionamento si utilizza Immissione termoelettronica, consistente nell’emissione di elettroni da parte di un metallo portato ad alta temperatura.

Gli elettroni che vengono emessi sono quelli che si trovano liberi nel metallo.

In condizioni normali questi elettroni non possono uscire dal metallo perché non hanno energia sufficiente per superare l’ostacolo costituito dagli atomi che si trovano sulla superficie del metallo stesso.

Per comprendere in che cosa consiste questo ostacolo, consideriamo la fig.1 in cui sono indicati alcuni atomi superficiali di un metallo, cioè gli atomi che separano l’interno del metallo dallo spazio esterno.

Fig.1

Per uscire dall’interno del metallo e raggiungere lo spazio libero, gli elettroni liberi devono passare attraverso questi atomi; nella fig.1 si vede, però, che nella zona compresa tra le linee indicate con A e B, si trovano esclusivamente gli elettroni appartenenti agli atomi superficiali, i quali formano nel loro insieme un sottilissimo strato che ha un potenziale negativo.

Questo strato costituisce una barriera di potenziale per gli elettroni liberi, perché impedisce loro di passare nello spazio esterno respingendoli verso l’interno del metallo.

Affinché gli elettroni liberi siano in grado di superare la barriera di potenziale e di uscire dal metallo occorre aumentare la loro energia; ciò si può ottenere in diversi modi, ma quello che ora ci interessa consiste nell’aumentare la temperatura del metallo.

La maggiore energia che gli elettroni acquistano all’aumentare della temperatura del metallo si traduce in un aumento della loro velocità.

In tal modo i più veloci tra gli elettroni liberi possono uscire dal metallo, perché la barriera di potenziale non riesce più ad arrestare la loro rapida corsa per respingerli indietro.

L’emissione termoelettronica dipende sia dalla temperatura a cui viene portato il metallo sia dalla natura del metallo stesso.

E’ evidente che l’emissione di elettroni risulta tanto più abbondante quanto maggiore è la temperatura del metallo e quindi l’energia posseduta dai suoi elettroni liberi; non si può tuttavia aumentare la temperatura di quanto si vuole, perché il metallo, raggiunta la sua temperatura di fusione, passerebbe allo stato liquido.

Per ottenere la stessa emissione di elettroni da metalli diversi occorre portarli a temperature che differiscono sensibilmente da un metallo all’altro.

In pratica, gli elettroni necessari al funzionamento dei tubi si ottengono dai metalli che forniscono una buona emissione a temperature non troppo elevate e sufficientemente lontane da quella di fusione.

Tra i vari metalli, il più adatto sotto questo aspetto si è dimostrato il tungsteno puro. L’impiego del tungsteno puro è limitato, però, ai tubi di grande potenza usati per i trasmettitori, mentre per i tubi di media potenza, che si usano anch’essi per i trasmettitori, si ricorre al tungsteno toriato, così chiamato perché al tungsteno viene aggiunto ossido di torio, che ad alta temperatura si trasforma in torio metallico diffondendosi sulla superficie del tungsteno.

Con questo accorgimento si ottiene un’emissione elettronica non solo molto maggiore di quella fornita dal tungsteno puro, ma ad una temperatura inferiore.

Per i tubi di potenza limitata che si usano nei piccoli trasmettitori e nei ricevitori, l’emissione sì ottiene da ossidi di bario e di stronzio depositati a formare un sottile strato su un metallo (di solito nichel), che serve quale supporto.
L’emissione ottenuta risulta ancora più abbondante dei casi precedenti, pur bastando una temperatura più basa, che normalmente si aggira intorno ai 700°C.

Occorre tenere presente che tutte le sostanze suddette non emettono elettroni indefinitamente, perché dopo un certo numero di ore di funzionamento dei tubi subiscono alterazioni in conseguenza delle quali si riduce grandemente il numero di elettroni emessi; in queste condizioni un tubo si dice esaurito e risulta praticamente inutilizzabile, essendo ormai insufficiente il numero degli elettroni disponibili per il suo regolare funzionamento.Le sostanze da cui si ottiene l’emissione elettronica vengono portate alla temperatura necessaria utilizzando l’effetto termico della corrente elettrica.

Sotto questo aspetto, i tubi elettronici si distinguono in due grandi categorie: i tubi ad accensione diretta ed i tubi ad accensione indiretta.

Nei tubi ad accensione diretta l’elemento destinato all’emissione degli elettroni è foggiato a forma di filo o di sottile piattina e viene fatto percorrere da una corrente di intensità adatta per portarlo alla temperatura voluta; questo elemento è detto filamento.

Il filo o la piattina costituente il filamento è di solito ripiegato su sé stesso e disposto entro il bulbo del tubo come si vede, ad esempio, nella fig. 2-a, nella quale è illustrato un normale tubo per ricevitori.

Fig.2

Nella parte superiore il filamento è sostenuto da una molla che lo mantiene ben teso anche quando si allunga per effetto dell’aumento della sua temperatura; nella parte inferiore il filamento ha i suoi estremi fissati a due piedini che escono dal bulbo e permettono di collegarlo al circuito esterno dal quale proviene la corrente di accensione che percorre il filamento portandolo alla temperatura dovuta.

Si usa dire che il filamento « si accende » perché osservando un tubo in funzione attraverso il bulbo di vetro si può vedere che il suo filamento assume un colore rosso più o meno vivo. Dunque nei tubi ad accensione diretta lo stesso filamento, portato ad alta temperatura, emette gli elettroni.
Invece, nei tubi ad accensione indiretta gli elettroni vengono emessi da un elemento, detto catodo, che è portato alla temperatura voluta dal filamento, il quale provvede perciò non all’emissione degli elettroni ma soltanto al riscaldamento del catodo.

Il catodo ha la forma di un cilindretto disposto intorno al filamento, come si vede nella fig. 2-b; anche il catodo deve essere collegato al circuito esterno al tubo e quindi è munito di un apposito piedino che fuoriesce dalla parte inferiore del bulbo, vicino a quelli del filamento.

Nella fig. 2-c è mostrata la sezione molto ingrandita di un tratto del catodo: per isolare elettricamente il filamento dal catodo, tra i due elementi è posto un cilindretto di materiale refrattario, cioè di un materiale che resiste alle alte temperature. Si può vedere inoltre che il catodo è formato da un cilindretto di nichel, sul quale viene depositato lo strato di ossidi di bario e di stronzio da cui avviene l’emissione elettronica.

Nei tubi ad accensione indiretta gli elettroni si ottengono sempre per emissione dallo strato di ossidi che ricopre il catodo, mentre per i tubi ad accensione diretta si usano anche filamenti emettitori di tungsteno puro o di tungsteno toriato.

I tubi ad accensione diretta entrano più rapidamente in funzione, dopo la loro accensione, dei tubi ad accensione indiretta, perché in questi ultimi il calore prodotto dal filamento impiega qualche tempo per giungere al catodo e portarlo alla temperatura a cui avviene l’emissione; appunto per questo motivo, dopo aver acceso l’amplificatore, occorre attendere qualche secondo prima di poter ascoltare i suoni diffusi dall’altoparlante.

I tubi ad accensione indiretta presentano tuttavia il vantaggio di poter essere accesi con corrente alternata, che si può ottenere facilmente dalla rete; i tubi ad accensione diretta, invece, richiedono in molti casi una corrente di accensione continua, perché la corrente alternata darebbe luogo ad inconvenienti.

CLASSIFICAZIONE DEI TUBI ELETTRONICI

Dopo aver visto come si ottengono entro il bulbo di un tubo gli elettroni necessari al suo funzionamento, possiamo iniziare l’esame dei vari tipi di tubi elettronici usati nei circuiti radio, per vedere come si utilizzano gli elettroni emessi dal filamento o dal catodo.

Nelle considerazioni che seguiranno mi riferirò a tubi ad accensione indiretta (nel quale, come sappiamo, l’emissione elettronica avviene da parte del catodo), perché questo tipo di tubo è largamente impiegato negli attuali moderni circuiti elettronici.

Il funzionamento dei tubi non dipende comunque dal tipo dell’elemento che emette gli elettroni, sia esso il filamento oppure il catodo; in alcuni casi vi può essere tuttavia qualche differenza nei collegamenti al circuito di utilizzazione del tubo, ma di ciò parlerò quando ci occuperemo di tali collegamenti.

Gli elettroni emessi dal catodo si utilizzano nel modo voluto disponendo entro il bulbo del tubo altri elementi, con i quali è possibile raccoglierli oppure influire sui loro movimenti.

Tutti gli elementi che si trovano nel bulbo di un tubo, compreso quello che emette gli elettroni, sono detti genericamente ELETTRODI ed i vari tipi di tubi si distinguono in base al numero dei loro elettrodi.

Nei tubi ad accensione indiretta il filamento non è compreso nel numero degli elettrodi perché non emette elettroni ma serve soltanto al riscaldamento del catodo; invece, nei tubi ad accensione diretta il filamento è compreso nel numero degli elettrodi, in quanto provvede direttamente all’emissione elettronica.

1. – I DIODI ELETTRONICI

In questa sezione ci occuperemo del DIODO, così chiamato perché comprende due elettrodi: oltre al catodo, nel diodo vi è un secondo elettrodo che ha il compito di raccogliere gli elettroni emessi dal catodo.

Questo secondo elettrodo è detto ANODO od anche PLACCA, perché nel primo diodo realizzato nel 1904 dall’inglese John Ambrose Fleming (1849-1945) tale elettrodo era appunto costituito da una placchetta metallica disposta vicino al catodo.

Fig. 3

Attualmente, nei tubi usati per i ricevitori, l’anodo è costituito da un cilindretto di nichel disposto attorno al catodo e connesso ad un apposito piedino che serve per collegarlo al circuito esterno al tubo, come si vede nella fig. 3-a. In questa figura non sono indicati, per semplicità, i sostegni che reggono gli elettrodi e li mantengono nelle posizioni volute.

Per rappresentare il diodo negli schemi elettrici si usa il segno grafico riportato nella fig. 3-b, mediante il quale si indicano il filamento, il catodo e l’anodo, disegnandoli entro un circolo rappresentante il bulbo che li racchiude.

Molto spesso si usa, però, il segno grafico della fig. 3-c, nel quale non è più rappresentato il filamento, perché di solito non occorre indicarlo, in quanto si sa che è collegato direttamente al generatore che fornisce la corrente di accensione.

1.1 – Funzionamento del diodo

Si è detto in precedenza che l’anodo ha il compito di raccogliere gli elettroni emessi dal catodo; ciò avviene quando l’anodo si trova ad un potenziale positivo rispetto al catodo, perché in tal caso attrae gli elettroni che sono carichi negativamente.

Per portare l’anodo ad un potenziale positivo rispetto al catodo si può usare una batteria, collegando il suo polo positivo all’anodo ed il suo polo negativo al catodo, come si vede nella fig. 4-a.

Fig. 4

In tal caso tra l’anodo ed il catodo del diodo vi è la stessa tensione fornita dalla batteria Ba; la tensione presente tra anodo e catodo è detta TENSIONE ANODICA del diodo e si indica con Va.

Gli elettroni emessi dal catodo raggiungono l’anodo muovendosi all’interno del tubo nel senso indicato dalla freccia segnata tra i due elettrodi nella fig. 4-a.

Quando gli elettroni giungono sull’anodo, respingono da questo elettrodo un ugual numero di elettroni, che vengono attratti dal polo positivo della batteria; d’altra parte, gli elettroni che il catodo ha ceduto all’anodo vengono sostituiti da altrettanti elettroni provenienti dal polo negativo della batteria.

Il fatto che gli elettroni emessi dal catodo vengano rimpiazzati da altri elettroni forniti dalla batteria non deve far pensare che il tubo possa funzionare indefinitamente senza mai esaurirsi: il tubo si esaurisce perché, dopo un lungo periodo di funzionamento, la superficie del suo catodo si altera perdendo la proprietà di emettere elettroni.

Lo spostamento degli elettroni dall’anodo alla batteria e da questa al catodo costituisce una corrente che è detta CORRENTE ANODICA e si indica come si è fatto nella fig. 4-a; il circuito percorso da questa corrente è detto CIRCUITO ANODICO.

Nella fig. 4-a abbiamo considerato il movimento degli elettroni, assegnando di conseguenza alla corrente anodica il senso elettronico, mentre il senso convenzionale della corrente, che è opposto al senso elettronico, perciò il senso della corrente anodica andrà disegnata come si è fatto nella fig. 4-b.

In tal modo immaginiamo che la corrente anodica parta dal polo positivo della batteria e ritorni al polo negativo della stessa dopo aver attraversato il diodo dall’anodo al catodo, nel senso indicato dalla freccia segnata tra questi elettrodi nella fig. 4-b.

Questo modo di indicare il senso della corrente non causa alcun inconveniente, in quanto basta ricordare all’occorrenza che la corrente circola in realtà in senso opposto a quello convenzionale, anche all’interno del diodo; tuttavia, quando esamineremo tubi elettronici più complessi del diodo, dovremo considerare nuovamente gli elettroni per vedere come i vari elettrodi influiscano sui loro movimenti.

Pertanto fin d’ora ci riferiremo agli elettroni quando dovremo considerare il loro comportamento all’interno di un tubo; quando, invece, ci occuperemo del circuito esterno allo stesso tubo, indicheremo il senso convenzionale della corrente che vi circola.

Nella fig. 4, oltre al circuito anodico, è anche mostrato il CIRCUITO DI ACCENSIONE del diodo, nel quale il filamento è collegato ai capi della batteria Vf che fornisce la corrente di accensione.

Come si vede, il circuito di accensione è del tutto separato da quello anodico e non presenta particolarità degne di nota.

Da quanto è stato detto finora non si comprende quale utilità possa presentare il diodo. Supponiamo, però, di scambiare i collegamenti ai poli della batteria, connettendo il polo positivo al catodo ed il polo negativo all’anodo, come si vede nella fig. 4-c.

Ora l’anodo risulta negativo rispetto al catodo e quindi respinge gli elettroni emessi da questo elettrodo anziché attrarli come in precedenza.

Non avvenendo il passaggio degli elettroni tra i due elettrodi, il circuito in cui è inserito il diodo risulta interrotto e di conseguenza nessuna corrente può più circolarvi.

Vediamo dunque che il diodo è un elemento avente la proprietà di lasciar passare la corrente elettronica soltanto dal catodo all’anodo e non in senso opposto.Da questa proprietà del diodo deriva appunto la sua utilità, ad esempio, per quanto riguarda la trasformazione della corrente alternata in corrente continua.

La prima operazione che si compie nel corso di questa trasformazione consiste nel RADDRIZZAMENTO della corrente alternata, per ottenere una corrente circolante in un unico senso: a ciò provvede appunto il diodo.

Fig. 5

Consideriamo, ad esempio, il circuito della fig. 5 in cui un generatore di corrente alternata alimenta un resistore avente un diodo in serie.

Se non vi fosse il diodo, la corrente invertirebbe il suo senso di circolazione ad ogni semi-periodo ed il resistore R sarebbe attraversato da una corrente diretta in un senso durante un semi-periodo ed in senso opposto nel semi-periodo successivo.

La presenza del diodo modifica invece il funzionamento del circuito, perché permette alla corrente di circolare in un solo senso.

Infatti, durante il semi-periodo nel quale è positivo il polo del generatore collegato all’anodo del diodo (fig. 5-a), la corrente può circolare nel circuito secondo il senso convenzionale indicato dalle frecce.

Quando, invece, nel semi periodo successivo, lo stesso polo del generatore diviene negativo (fig. 5-b), la corrente, che ora sarebbe diretta in senso opposto al precedente, non può più circolare perché il circuito risulta interrotto tra i due elettrodi del diodo.

La corrente riprende a circolare, ancora nel senso indicato nella fig. 3-a, quando il polo del generatore collegato all’anodo torna ad essere positivo per un altro semi-periodo.

In tal modo il resistore risulta attraversato da una corrente diretta sempre nello stesso senso, sebbene il suo passaggio avvenga soltanto per un semi-periodo di ciascun periodo della corrente alternata.

La corrente raddrizzata così ottenuta non è ancora una vera e propria corrente continua e per renderla tale occorrono altri circuiti, che esamineremo più avanti, perché prima è consigliabile avere una conoscenza un po’ più approfondita del funzionamento del diodo.

1.2- Curva caratteristica del diodo

Applicando diverse tensioni anodiche e misurando per ciascuna di esse la corrispondente corrente anodica si rilevano le curve caratteristiche; questa prova viene compiuta dalle case costruttrici dei tubi, mediante un circuito che, nella sua forma più semplice, è riportato nella fig. 6.

Fig. 6

Si vede così immediatamente che, raddoppiando la tensione anodica da 10 V a 20 V, la corrente anodica aumenta più del doppio, passando da 60 mA a 150 mA; triplicando la tensione anodica da 10 V a 30 V, la corrente anodica passa da 60 mA a 280 mA, aumentando più del quadruplo.

Non potendo stabilire con una relazione semplice come la legge di Ohm la dipendenza tra la tensione e la corrente, si fa ricorso ad un diagramma cartesiano per sapere quale valore assume la corrente che attraversa il diodo per ogni valore della tensione anodica.

Fig. 7

Unendo con una linea i punti A, B e C corrispondenti alle misure, si ottiene una curva che viene detta curva caratteristica del diodo o, più semplicemente, caratteristica DEL DIODO.

E’ bene, tuttavia, avere una visione completa del comportamento di un diodo ed a questo scopo dobbiamo considerare come proseguirebbe la curva se la tensione anodica venisse aumentata oltre il valore di 30 V.

La curva non proseguirebbe indefinitamente con lo stesso andamento, ma ad un certo punto diverrebbe orizzontale, come si vede nella fig. 8.

Fig. 8

Il diagramma riportato in questa figura ha soltanto lo scopo di mostrare l’andamento della caratteristica e quindi sui suoi assi non sono stati indicati i valori della tensione e della corrente.

Il fatto che la caratteristica presenti un tratto orizzontale significa che in corrispondenza a questo stesso tratto la corrente ha costantemente il medesimo valore, ossia non aumenta più per quanto continui ad aumentare la tensione anodica.

La corrente costante che attraversa il diodo in queste condizioni è detta corrente di saturazione.

Per spiegarci il comportamento del diodo dobbiamo considerare che cosa avviene, nel suo interno, gli elettroni emessi dal catodo vengono attirati dall’anodo in maniera sempre maggiore in funzione della tensione di accelerazione, fino a raggiungere un punto massimo.

Quando ciò accade, si ottiene la corrente di saturazione, il cui valore, come indica il tratto rettilineo della caratteristica, non può più aumentare anche se si continua ad aumentare la tensione anodica, perché ormai tutti gli elettroni che il catodo è in grado di emettere raggiungono l’anodo.

Nelle applicazioni normali il diodo funziona con correnti relative al tratto curvo della caratteristica, che è l’unico fornito dal costruttore per un funzionamento senza danni per il diodo stesso.

1.3- Potenza elettrica nel diodo

Per avere una visione completa del funzionamento del diodo occorre ancora considerare questo elemento dal punto di vista della potenza elettrica.

A tale scopo consideriamo ancora il circuito della fig. 4-a ed osserviamo che in questo circuito viene messa in gioco una potenza data dal prodotto della tensione della batteria Va per la corrente anodica.

Domandiamoci perciò che cosa accade della potenza che la batteria fornisce al circuito: questa potenza viene dissipata sotto forma di calore nel diodo, così come accadrebbe se al suo posto si trovasse un resistore.

Riguardo a quest’ultimo elemento sappiamo che la potenza viene dissipata in calore a causa della resistenza che gli elettroni costituenti la corrente incontrano nell’attraversarlo; nel caso del diodo ciò non avviene, perché gli elettroni che passano dal catodo all’anodo si muovono nel vuoto e quindi non incontrano alcuna resistenza nel loro movimento.

Dobbiamo ricordare, però, che un corpo in movimento possiede energia, che è detta precisamente energia cinetica e che dipende dalla massa e dal quadrato della velocità del corpo.

Pertanto anche gli elettroni in movimento nel diodo, quantunque abbiano una massa estremamente piccola, possiedono un’energia cinetica, il cui valore aumenta a causa dell’accelerazione, che fa aumentare la loro velocità a mano a mano che si avvicinano all’anodo.

Quando raggiungono l’anodo, gli elettroni vengono arrestati nella loro veloce corsa dall’urto contro questo elettrodo e perdono così tutta l’energia cinetica, essendosi annullata la loro velocità.

In conseguenza dell’urto da parte degli elettroni l’anodo si riscalda e ciò significa che l’energia cinetica posseduta dagli elettroni viene ceduta all’anodo sotto forma di calore: si può quindi concludere che in un diodo la dissipazione in calore della potenza elettrica avviene sull’anodo del tubo.

A causa di questo fatto si dice comunemente che in un diodo si verifica la dissipazione anodica della potenza elettrica.

Poiché la velocità degli elettroni e quindi la loro energia cinetica trasformata in calore sull’anodo dipende dalla tensione anodica, è evidente che quanto più elevata è questa tensione, tanto maggiore risulta la dissipazione anodica nel diodo. Pertanto di due diodi diversi, attraversati dalla stessa corrente, dissiperà maggior potenza quello che ha una tensione anodica più elevata.

Per confrontare due diodi sotto questo riguardo, si può ricorrere alle loro caratteristiche, riportandole su uno stesso grafico, come si è fatto nell’esempio della fig. 9, per il diodo di tipo europeo EZ81 e per il diodo di tipo americano 6X4.

Fig. 9

Si vede immediatamente che per fare attraversare i due diodi dalla stessa corrente, ad esempio di 75 mA, occorre una tensione anodica di 12 V per il tipo EZ81 e di 22,5 V per il tipo 6X4: si può quindi dedurre che, con tale corrente, il secondo diodo ha una dissipazione anodica quasi doppia del primo.

Le caratteristiche fornite dai costruttori dei diodi si presentano generalmente come quelle riportate nella fig. 9, cioè sono formate da un primo tratto a linea intera e da un secondo tratto a linea tratteggiata, per tenere conto della dissipazione anodica.

Occorre ricordare, infatti, che il calore ceduto all’anodo in conseguenza della dissipazione di potenza determina un aumento della temperatura dell’elettrodo: per evitare quindi che l’anodo raggiunga una temperatura eccessiva, tale da venirne danneggiato, la potenza dissipata nel diodo non deve superare un determinato valore massimo.

Il tratto a linea intera della caratteristica indica appunto i valori della tensione continua e della corrente continua per i quali la potenza dissipata non supera il valore massimo.

Quando il diodo viene usato per trasformare la corrente alternata in corrente continua, la tensione e la corrente possono anche avere valori maggiori di quelli indicati dal tratto a linea continua, pur senza che si superi la massima potenza dissipabile, in quanto questi valori vengono assunti per un tempo molto breve.

Per conoscere il comportamento del diodo in tali condizioni, si traccia pertanto anche il secondo tratto della curva, con linea tratteggiata, per ricordare che i valori indicati si riferiscono a tensioni e correnti di breve durata.

Abbiamo visto che per limitare la dissipazione anodica occorre ridurre per quanto possibile la tensione anodica; quando sono in gioco potenze notevoli, ciò si ottiene ricorrendo ad un tipo di diodo diverso da quello considerato finora, del quale ci occuperemo ora.

2. – I DIODI A GAS

Tali diodi praticamente non sono più usati perchè soppiantati da quelli a stato solido, ne descrivo qui il funzionamento in maniera veloce. I diodi considerati in precedenza sono detti A vuoto spinto od anche ad alto vuoto, in quanto dall’interno del loro bulbo viene estratta quasi tutta l’aria mediante pompe speciali.

Non è possibile tuttavia estrarre completamente l’aria, quindi in un tubo vi sono pur sempre alcuni miliardi di molecole dei vari gas che costituiscono l’aria stessa.

Poiché tali molecole sono estremamente piccole, è praticamente impossibile che gli elettroni possano incontrarne qualcuna che ostacoli il loro breve cammino dal catodo all’anodo; in queste condizioni il tubo si comporta quindi come se nel suo interno vi fosse il vuoto perfetto.

Si dicono invece diodi a gas i diodi nei quali si introducono appositamente determinati gas per aumentare il numero delle molecole presenti nel bulbo e favorire così l’incontro degli elettroni con queste molecole.

Se la tensione anodica è bassa e quindi anche la velocità degli elettroni non è molto elevata, il comportamento del diodo non differisce sensibilmente da quello di un diodo a vuoto spinto.

Aumentando, però, la tensione, gli elettroni emessi dal catodo acquistano una maggior velocità e possono urtare le molecole del gas che incontrano nel loro cammino con violenza tale da staccare uno o più dei loro elettroni periferici.

Questo fenomeno è detto ionizzazione per urto, perché le molecole del gas che hanno perduto elettroni periferici a causa dell’urto da parte degli elettroni emessi dal catodo divengono ioni positivi.

Gli elettroni staccati dalle molecole del gas si dirigono verso l’anodo insieme agli elettroni emessi dal catodo, mentre gli ioni positivi sono respinti dall’anodo, che è anch’esso positivo, e si spostano verso il catodo.

Gli ioni positivi, avendo una massa molto maggiore degli elettroni, si muovono con velocità molto minore e quindi rimangono più a lungo degli elettroni nello spazio fra gli elettrodi, facendo sentire per maggior tempo l’effetto delle loro cariche positive.

In tal modo queste cariche possono neutralizzare la carica spaziale negativa della nube elettronica che si trova nei pressi del catodo, annullando di conseguenza la repulsione che essa esercita sugli elettroni emessi dal catodo stesso.

Tutti gli elettroni emessi possono così raggiungere l’anodo con una tensione anodica applicata al tubo minore di quella che sarebbe necessaria per ottenere lo stesso risultato in un diodo a vuoto spinto, con il vantaggio di una minore dissipazione anodica.

Per il momento termino qui questo articolo ma, proseguirò la trattazione dei diodi a vuoto con i loro circuiti di utilizzo con il prossimo articolo.

VOTO
2 commenti
  1. Amilcare
    Amilcare dice:

    Ho deciso di fare questi articoli dopo aver accompagnato nell’ultimo viaggio il mio primo insegnante di elettronica.
    Ricordo di aver pensato ‘il mio insegnante ha lo stesso nome di chi ha scritto il libro di testo’
    Col tempo, quando non ero più suo allievo i rapporti si trasformarono in amicizia e rispetto. http://www.wuz.it/ricerca-catalogo/Cecconelli-Alvise
    Un uomo che mi ha insegnato a farmi una semplice domanda perché si comporta così?
    Addio Valerio, il nome con cui ti chiamavano solo pochi intimi.

    Approvazioni
  2. Avatar
    theremino dice:

    Questo articolo ci voleva proprio! Chi è nato “a transistor” non sa niente delle valvole, e potrebbe facilmente diventare preda di chi le mitizza e le vende come se fossero sacre. In realtà le valvole avevano mille difetti. Non starò ad elencarli ma chi le ha usate davvero li conosce. Ed anche il decantato, mitico “suono delle valvole” non è prodotto dal “calore degli elettroni” o da altre magie, ma semplicemente dal particolare tipo di distorsione che si otteneva con i trasformatori di uscita e altre diavolerie simili (compresi una serie di difetti nella curva di trasferimento che con le valvole erano inevitabili). Inoltre le valvole si esaurivano gradualmente per cui il “suono” cambiava continuamente nel tempo e in pochi anni finiva per trasformarsi in una schifezza piena di ronzii.

    La tecnologia attuale, non dico i mosfet, ma proprio la tecnologia in genere, e le conoscenze che oggi abbiamo, permettono non solo di ottenere esattamente lo stesso suono che si otteneva dalle valvole, ma anche di simularne ogni tipo di difetto. Non parlo per sentito dire, ho lavorato per molti anni come fonico per un gruppo rock, come fonico di sala e da palco, e anche in sala di incisione. E concludo riguardo alle valvole: chi le conosce le evita.

    Approvazioni

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