quarta-feira, 8 de fevereiro de 2017

Válvulas Termoiônicas

Válvulas Termoiônicas

Wenderson Rodrigues - Viçosa, 8 de Fevereiro de 2017

As válvulas termoiônicas ou válvulas eletrônicas são dispositivos usados, principalmente, para retificar uma corrente elétrica alternada, ou seja, dar um sentido para o fluxo de elétrons no circuito e também para amplificação de sinais elétricos.
Basicamente uma válvula é constituída por um tubo de vidro com vapor de gás a baixa pressão (10 micropascais até 10 nanopascais), normalmente um gás nobre, em conjunto com alguns terminais onde se estabelece as conexões elétricas. Há também um filamento, comumente de tungstênio, semelhante aos das lâmpadas incandescentes, o qual é responsável pela emissão de elétrons ou aquecimento do catodo.
DIODO
Em 1904 um engenheiro eletricista e físico britânico John Ambrose Fleming desenvolveu um tipo de válvula especifica, o diodo. Este primeiro dispositivo era usado para retificar a corrente elétrica e tinha a seguinte configuração:

Configuração de uma válvula diodo                              Os primeiros diodos de Fleming
                            

            Ao se aplicar uma diferença de potencial no filamento surge nele uma corrente elétrica que, dependendo do valor, o aquece até este começar a emitir luz. Quando isso acontece, forma-se ao redor do filamento uma nuvem de elétron que tende a se desprender do metal, devido ao aumento de temperatura (Emissão Termiônico). Ao se aplicar uma tesão positiva na placa ou anodo, estes elétrons fluem em sua direção, formando assim uma corrente elétrica orientada. Portanto a válvula retificou a corrente elétrica, ou seja, orientou o sentido do fluxo de elétrons no circuito. Observe a figura.
        Caso seja invertido a polarização na válvula aplicando-se uma tensão negativa na placa, nota-se que a circulação de corrente elétrica entre o catodo e o anodo é interrompida. Isso ocorre porque o filamento aquecido tende a emitir elétrons (carga negativa) e, caso se aplique uma tensão negativa na placa, esta ira repelir os elétrons provenientes do filamento, bloqueando assim a passagem de corrente elétrica no tubo. É por esse motivo que as válvulas diodo só permitem a passagem de corrente elétrica em um único sentido.
TRIODO
        Posteriormente, em 1906, Lee De Forest, um físico norte americano inventou o Tríodo, uma válvula constituída pelo filamento, o catodo, o anodo e agora por mais um elemento chave, a grade.
                                                                                                                  Um dos primeiros tríodos
       

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       O Funcionamento do tríodo é parecido com o do diodo mas agora o fluxo de elétrons orientado entre o catodo e o anodo é modulado pela grade. Se aplica uma diferença de potencial especifica no filamento, que chega a atingir temperaturas de cerca de 3000ºC aquecendo o catodo até que comece a emitir elétrons que vão em direção ao anodo. Entre esses dois terminais a grade recebe um sinal a ser amplificado, por exemplo; caso se queira falar em um microfone para uma multidão, se esse for ligado diretamente no alto-falante não se percebera um som intenso, ou talvez nem som seja gerado. Portanto deve-se amplificar o sinal para que ele seja enviado apara as caixas de som com mais energia. Para isso direciona-se o sinal do microfone para a grade da válvula. Esse sinal modulará o fluxo de elétrons entre o catodo e o anodo na mesma frequência do sinal gerado pelo microfone. O sinal amplificado é coletado no anodo e direcionado, agora já amplificado, para o alto-falante. Através desse dispositivo é possível aumentar, ou seja, amplificar um sinal de baixa intensidade.
Mais especificamente, isso só ocorre porque a corrente elétrica que se forma ente o catodo e o anodo da válvula é mais intensa, ou seja, é mais energética. Ao se aplicar um sinal na grade pode-se modular essa corrente elétrica, que oscilará na frequência do sinal aplicado na grade. Isso ocorre porque o sinal entre o catodo e o anodo é negativo (fluxo de elétrons) e o sinal da grade é alternado, ou seja, ora é positivo ora negativo. Com isso haverá repulsão quando o sinal for negativo e atração quando for positivo. Isso faz com que passe nos furos da grade uma corrente elétrica oscilante, que dependerá dos níveis de repulsão e atração causados pelo sinal aplicado a ela.
                       
                                 Filamento de uma lâmpada                 Catodo incandescente em uma válvula
                                     
  
Essa é uma das primeiras válvulas fabricadas industrialmente,           Válvula diodo 2X2A 
           um tríodo fabricado pela Philips em 1917.                    introduzida primeiramente em 1949      
            
                         

          Outra aplicação importante das válvulas foi com indicador de sintonia, de intensidade sonora e tantos outros. Estas válvulas possui a mesma configuração dos tríodos, porem alguns modelos possuem mais de um anodo. Estes vão ser dimensionados na válvula de tal modo a produzir os padrões de sinalização pretendidos. Segue alguns modelos abaixo:
                        Válvula EM34                                                           Fases de funcionamento da válvula EM80
              

Circuito de acionamento da válvula EM34        Circuito de acionamento da válvula EM80
                          
          O sinal de luz emitido pela válvula é devido a incidência de um feixe de elétrons sobre a parte indicadora, uma tela metálica coberta com material fluorescente, comumente o fósforo. A grade é a responsável por modular o feixe de elétrons em diferentes direções, possibilitando uma imagem dinâmica sobre a tela, a qual se pode extrair informações a respeito do sinal aplicado na grade.


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