Válvulas Electrónicas
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Válvulas Electrónicas en Relación a este Tema
En este contexto, a efectos históricos puede ser de interés lo siguiente: [1] 1. Válvulas de gas. Se diferencian de las válvulas o tubos de vacío (véase en esta plataforma: 2) por la presencia de gas en su interior, siendo precisamente este gas el que determina la relación tensión-intensidad a través de los mismos y, por consiguiente, su funcionamiento y aplicaciones. Dos son las aplicaciones más corrientes de las válvulas de gas: la rectificación de corriente, controlada o no, y los tubos estabilizadores de tensión utilizados como referencia en las fuentes de alimentación de corriente continua. Al igual que ocurre con los tubos de vacío, aunque aquí el fenómeno, si cabe, es más acentuado, estos dispositivos están desapareciendo rápidamente en todas sus aplicaciones, sustituidos por elementos que, realizados con semiconductores, llenan sus mismas funciones, superándolos en todos los aspectos, desde la economía de coste al volumen y peso, pasando por la rapidez de respuesta.
Válvulas rectificadoras. La función rectificadora está realizada por válvulas de gas a cátodo caliente, es decir, los electrones primarios necesarios para la conducción proceden de emisión termoiónica por el cátodo calentado por caldeo directo o indirecto. Los electrones emitidos alcanzan, en un proceso de difusión, a la placa, en ausencia de señal positiva aplicada a la misma, dando lugar a una pequeña corriente de placa a cátodo, que se anula para una tensión de placa negativa de unos pocos voltios. La presencia de tensiones placa-cátodo positivas crea, por el contrario, un campo acelerador de los electrones emitidos, los cuales se dirigirán a la placa en un proceso análogo al de los tubos de vacío, sólo que ahora van a chocar repetidamente con las moléculas de gas que tan abundantemente existen en el recorrido de placa a cátodo.Entre las Líneas En tanto la tensión Vpk (P=placa o ánodo, K=cátodo) es menor que la tensión de ionización, la corriente es puramente electrónica; pero, alcanzado este valor, algunos choques dejan de ser elásticos para ceder energía a los átomos de gas a costa del desprendimiento de un electrón periférico (en algunos casos más de uno), lográndose así una multiplicación de portadores (véase en esta plataforma: IONIZACIÓN) y, con ello, un aumento de la intensidad a través del tubo.
Dada la diferente movilidad de los electrones respecto a los iones, tiene lugar la formación de un plasma (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general) macroscópicamente neutro que abarca la casi totalidad del espacio entre P y K, caracterizado por la existencia de un campo eléctrico muy débil, teniendo lugar toda la caída de tensión en las inmediaciones del cátodo; esta zona se ensancha o estrecha según la magnitud de la tensión aplicada, de forma que tiende a mantener ésta sensiblemente constante entre varios órdenes de magnitud de la intensidad. Mayores intensidades pueden conducir a aumentos notables de Vpk, pero estos valores están por encima de los previstos por el fabricante y conducen a la destrucción del tubo por exceso de potencia disipada en él.
El proceso de ionización es siempre más rápido que el de desionización; de aquí que la utilización de diodos de gas como rectificadores presuponga que el tiempo de desionización de los mismos es inferior a medio ciclo de la tensión alterna cuya rectificación se desea. La rectificación controlada con válvulas de gas se hace mediante tiratrones, que son diodos de gas a los que se ha añadido un tercer electrodo, llamado la reja, consistente en una envoltura metálica que rodea íntegramente el cátodo, permitiendo el paso de portadores de carga a la placa por un agujero que tiene orientado en este sentido.
Para un tiratrón, la corriente no se inicia hasta que para cada tensión reja-cátodo la placa haya alcanzado un cierto potencial que para cada tubo es función de la temperatura. Es, pues, posible para cada tensión alterna aplicada en serie con la placa del tiratrón fijar una tensión de reja que determine la porción de ciclo durante la que hay paso de corriente por él y, por consiguiente, por la carga, controlando la energía media suministrada a la misma. Normalmente el control de un tiratrón es por señal de reja negativa, pero se han desarrollado tiratrones llamados de reja positiva para los que la señal de conducción o de «disparo» es positiva y en los cuales este disparo es prácticamente sólo función de la tensión reja-cátodo y de la temperatura e independiente de la tensión de placa. Una vez iniciada la conducción en el tiratrón, la reja pierde todo control del mismo, de forma que el cese de corriente sólo tiene lugar cuando el potencial de P cae por debajo del de ionización. Se dice entonces que el tiratrón se «extingue».
Rectificación de grandes intensidades sin control sobre la porción de ciclo rectificado tiene lugar en los diodos de cubeta de mercurio y de una forma controlada mediante excitrones e ignitrones.Entre las Líneas En todos estos dispositivos la descarga «automantenida» se mantiene esencialmente por el mismo procedimiento que en los tubos reguladores de tensión, pero ya en la zona de «arco», en la cual la densidad de corriente manejada por el tubo ha aumentado extraordinariamente, dando lugar a una mancha en el cátodo, cuya magnitud es función de la corriente rectificada; al mismo tiempo desciende la tensión, de forma que la caída catódica coincide aproximadamente con el potencial de ionización. La emisión de electrones por el cátodo, que no dispone de sistema propio de caldeo, depende de cada caso; así, en la descarga en arco entre electrodos de carbón, la mancha del cátodo adquiere una temperatura del orden de los 4.000° C, con lo que queda asegurada la emisión termoiónica de los electrones primarios. Para los cátodos de mercurio, la localización de la mancha no es fija, variando continuamente su posición, alcanzándose una temperatura en ella de unos 200º C, lo que hace suponer que la emisión tiene lugar por efecto campo, es decir, bajo el campo de la caída catódica de potencial, y si bien clásicamente este campo es insuficiente para desprender electrones del metal, o, lo que es lo mismo, para vencer la barrera de potencial que limita el metal, pueden estos electrones salir del mismo por efecto túnel, según el cual existe una probabilidad finita de que los electrones pasen esta barrera. El efecto túnel es un efecto típicamente cuántico.
En el llamado diodo de arco de mercurio o rectificador de arco de mercurio existen tantos ánodos como fases tiene la corriente a rectificar, más un ánodo auxiliar (secundario, subordinado)
consistente en una cubeta de mercurio, próxima a la que hace de cátodo del rectificador. La conducción se inicia por inclinación mecánica del rectificador, de forma que el cátodo se pone en contacto con el ánodo auxiliar, llamado cebador; roto este contacto, al restablecerse la posición primitiva, salta el arco, que es recogido por un ánodo, alternándose a partir de este momento la conducción entre dichos elementos de forma ininterrumpida. Si por alguna causa se interrumpe la conducción, hay que repetir el proceso de cebado.
En el ignitrón existen elementos que realizan este cebado en la parte del ciclo que se desee, logrando, por un proceso análogo al del tiratrón, el control de la energía suministrada a la carga.Entre las Líneas En el excitrón, por medio de un ánodo auxiliar (secundario, subordinado)
cebado por un procedimiento análogo al del rectificador de arco de mercurio, se mantiene continuamente el arco entre el cátodo y este ánodo auxiliar. La corriente entre el cátodo y el ánodo principal se establece también bajo el control de una reja.
En el ignitrón el cebado tiene lugar en cada ciclo mediante la aplicación de un impulso positivo entre el cátodo y un ánodo auxiliar, llamado ignitor, que, sumergido en parte en el mercurio del cátodo, está constituido por un material tal como carburo de silicio o de boro que, resistente al calor, no es mojado por el mercurio. La aplicación del impulso inicia un proceso de conducción que se propaga por toda la cubeta-cátodo, iniciándose el arco entre la misma y el ánodo principal.
Con todos estos dispositivos es posible manejar energías extraordinariamente elevadas, siendo normales las unidades que manejan potencias del orden de los 500 Kw.Entre las Líneas En todas ellas existe, pues, un sistema de refrigeración.
Tubos estabilizadores de tensión. También llamados de cátodo frío, son diodos en los que el ánodo es un filamento o barra central totalmente rodeada por una placa conductora que constituye el cátodo. La conducción inicial generalmente es debida a materiales radiactivos introducidos en el tubo, los cuales producen la ionización necesaria. La aplicación de tensión Vpk positiva obliga al sistema a pasar por las llamadas zonas de Townsend I y II, cayendo bruscamente la tensión entre estos dos electrodos, y apareciendo luz en la zona de conducción, que queda restringida a la sección necesaria para mantener la corriente en una determinada densidad propia de cada tubo. Es la llamada zona de densidad de corriente constante, que mantiene esencialmente constante la diferencia de potencial Vpk para variaciones muy importantes del valor de la intensidad.Entre las Líneas En toda esta zona la descarga es automantenida, y puede prescindirse de la radiación inicial que ha favorecido la iniciación del proceso. Los electrones primarios son obtenidos por emisión secundaria al chocar los iones con el cátodo. El margen de tensiones estabilizadas por tubos de este tipo oscila entre los 75 y los 150 válvulas Es necesario recalcar que la colocación del tubo en sus condiciones de trabajo exige la aplicación al mismo de una tensión (la tensión de disparo) muy superior a la que posteriormente estabilizará el tubo, en contraposición a los dispositivos de análoga,función en los semiconductores, los diodos Zener, que sólo admiten tensiones inferiores o iguales a la que estabilizan.
Otros tubos de gas para aplicaciones particulares son los tubos contadores y visualizadores numéricos y alfanuméricos (de aplicación en máquinas calculadoras) y los llamados tubos de conmutación con gas (de aplicación en el radar; válvulas MICROONDAS).
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
Recursos
Notas y Referencias
- Basado parcialmente en el concepto y descripción sobre válvulas electrónicas en la Enciclopedia Rialp (f. autorizada), Editorial Rialp, 1991, Madrid
Véase También
Bibliografía
G (se puede estudiar algunas de estas cuestiones en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). F. ALFREY, Physical Electronics, Nueva York-Londres 1964; J. MILLMAN y S. SEELY, Electronics, Nueva York-Londres 1951; A (se puede estudiar algunas de estas cuestiones en la presente plataforma online de ciencias sociales y humanidades). F. PUCHSTEIN, Alternating-current machines, Nueva York-Londres 1964; J. D. RYDER, Engineering Electronics, Nueva York-Londres 1957.
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