Tubo a vuoto (valvola termoionica)
Che cos'è un tubo a vuoto o valvola termoionica?
Il tubo a vuoto, noto anche come valvola termoionica, è un tubo elettronico nel quale si verifica conduzione di corrente elettrica per effetto del movimento di elettroni tra due o più elettrodi contenuti in un involucro in cui è stato fatto il vuoto.
Perché il catodo mantenga per lungo tempo notevole potere emissivo, è necessario che all'interno dell'involucro esista un vuoto molto spinto.
I tubi a vuoto si suddividono in un grande numero di categorie e possono essere classificati con criteri molto diversi. In relazione alle caratteristiche più appariscenti d'impiego si distinguono in tubi riceventi, trasmittenti, fototubi, tubi a raggi catodici e tubi speciali.
In questa lezione sono esaminati i principi generali di funzionamento e sono descritti in modo particolareggiato le caratteristiche dei più semplici tubi a vuoto.
Principi di funzionamento di un tubo a vuoto
Nei tubi a vuoto si sfruttano essenzialmente due fenomeni fisici:
1) l'emissione di elettroni da parte di alcuni elementi o composti quando i livelli energetici degli atomi superficiali vengono innalzati mediante riscaldamento (emissione termoelettronica), o mediante bombardamento di fotoni luminosi (fotoemissione), o in seguito al bombardamento di particelle con elevata energia cinetica (emissione secondaria), o per azione di un intenso campo elettrico (emissione di campo);
2) l'azione meccanica esercitata dal campo elettrico prodotto dalla polarizzazione degli elettrodi sugli elettroni, la quale consente di governare il moto di un gran numero di elettroni all'interno del tubo.
Un tubo a vuoto è dunque costituito da un elettrodo che emette elettroni (catodo o filamento) e da uno o più elettrodi che creano intorno al catodo un campo elettrico capace di controllare il moto degli elettroni tra il catodo e l'elettrodo collettore (anodo).
I tubi elettronici sono quindi elementi unidirezionali, poiché gli elettroni fluiscono sempre dal catodo verso l'anodo e di conseguenza la corrente elettrica convenzionale, diretta in senso opposto al moto degli elettroni e nel senso anodo → catodo.
Il tubo più semplice è costituito da due soli elettrodi, il catodo e l'anodo, e vi chiama diodo; in esso la corrente anodica è funzione soltanto della tensione fra l'anodo e il catodo.
Con l'inserzione di un elettrodo ausiliario tra l'anodo e il catodo, chiamato griglia di comando, si ottiene il triodo, cioè un tubo con tre elettrodi, in cui la corrente anodica è funzione anche del potenziale della griglia.
Schema di un triodo.
Per ridurre la capacità interelettrodica tra la griglia di comando e l'anodo, si è aggiunta una seconda griglia (detta griglia schermo) tra quella di controllo e l'anodo, costruendo il tetrodo, cioè un tubo con quattro elettrodi.
Ma l'inserzione della seconda griglia altera la relazione fra la tensione e la corrente anodica, a causa dell'emissione secondaria da parte dell'anodo: per ridurre questo effetto si è aggiunta una terza griglia, detta soppressore, ottenendo in tal modo il pentodo.
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