Eletrodos de Tubo de Vácuo: Eletrodos de Válvula Termiônica
Existem vários tipos de eletrodos dentro de um tubo de vácuo ou vale termiônico: cada um tem sua própria função e opera de maneira muito diferente.
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Tubo de Vácuo / Válvulas Termiônicas Inclui:
Noções Básicas | Como funciona um tubo | Eletrodos de tubo de vácuo | Válvula de diodo / tubo | Triodo | Tetrodo | Tetrodo de Feixe | Pentodo | Equivalentes | Conexões de pinos | Sistemas de numeração | Soquetes / bases de válvulas | Tubo de onda viajante
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Os tubos de vácuo/válvulas termiônicas possuem vários eletrodos, cada um executando uma função diferente.
Como os diferentes tipos de válvulas/tubos oferecem diferentes níveis de desempenho, bem como possuem parâmetros e funções de desempenho significativamente diferentes, é útil entender a função de cada um dos eletrodos.
Ao entender as funções do eletrodo, é possível entender melhor o desempenho dos diferentes tipos de válvulas ou tubos, a forma como eles funcionam e porque os diferentes tipos são escolhidos para uma determinada posição dentro de um projeto de circuito eletrônico ou projeto de RF, etc.
Eletrodos de válvula/tubo
>Existem vários tipos diferentes de eletrodos que podem ser incorporados dentro do invólucro de um tubo de vácuo/válvula termiônica.
- Aquecedor:- embora nenhum dos eletrodos no mesmo fosse como os outros, é importante
- Cátodo
- Grade:- existem vários tipos, incluindo a grade de controle, a grade de tela e a grade supressora.
- ânodo
Cada um dos eletrodos da válvula/tubo desempenha uma função essencial dentro do dispositivo como um todo.
Cátodo
Há uma variedade de tipos diferentes de cátodo que são usados em tubos de vácuo modernos. Eles diferem na construção do cátodo e nos materiais usados.
Uma das principais maneiras pelas quais os cátodos podem ser categorizados é pela maneira como são aquecidos.
- Aquecido diretamente: O primeiro tipo a ser usado foi o que se chama de aquecido diretamente. Aqui uma corrente é passada através de um fio para aquecê-lo. Além de fornecer o calor, ele também atua como o próprio cátodo, emitindo os elétrons para o vácuo. Este tipo de cátodo tem a desvantagem de ter de ser ligado tanto à alimentação do aquecedor como à alimentação utilizada para utilização no próprio circuito cátodo-ânodo. Isso tem desvantagens porque limita a maneira como o circuito pode ser polarizado, a menos que cada aquecedor seja fornecido separadamente e isolado um do outro. Uma outra desvantagem é que se for utilizada uma corrente alternada para fornecer o aquecimento, este sinal pode ser sobreposto ao circuito catódico-ânodo principal e há um zumbido resultante na frequência da alimentação do aquecedor.
- Aquecido indiretamente: O segundo tipo de cátodo é conhecido como cátodo aquecido indiretamente. Aqui, o aquecedor é desconectado eletricamente do cátodo e o calor é irradiado do aquecedor para aquecer o cátodo. Embora leve mais tempo para esses tipos de válvulas aquecerem, elas são usadas quase universalmente devido à flexibilidade que isso proporciona na polarização dos circuitos e no isolamento do circuito cátodo-ânodo dos efeitos do zumbido do suprimento do aquecedor.
Cátodo Emissor Brilhante
O tipo mais antigo de cátodo era conhecido como cátodo emissor brilhante. Esse tipo de cátodo utilizava um fio de tungstênio aquecido a uma temperatura entre 2.500 e 2.600 K. Embora não seja amplamente utilizado atualmente, esse tipo de cátodo era usado em tubos transmissores de alta potência, como os usados para transmissão.
O cátodo emissor brilhante sofreu uma série de inconvenientes, sendo um deles não ser particularmente eficiente em termos de emissão obtida para a entrada de calor. A vida do cátodo também foi limitada pela evaporação do tungstênio com falha ocorrendo quando cerca de 10% do tungstênio se foi.
Cátodo Emissor Opaco
Um outro tipo de cátodo era conhecido como emissor opaco. Esses cátodos foram aquecidos diretamente e consistem em tungstênio toriado. Eles forneciam mais emissão do que um cátodo de tungstênio e exigiam menos calor, tornando a eficiência geral do tubo maior.
Normalmente, os cátodos emissores foscos funcionavam a uma temperatura entre 1900 e 2100°K. Embora esses cátodos normalmente tivessem uma vida relativamente longa, eles eram frágeis e quaisquer válvulas ou tubos que os utilizassem precisavam ser tratados com cuidado e não receber choques ou vibrações.
Cátodo Revestido de Óxido
O tipo de cátodo que foi de longe o maior uso é o cátodo revestido de óxido. Estes podem ser usados com cátodos aquecidos indiretamente, ao contrário dos cátodos de tungstênio e emissor opaco que devem ser aquecidos diretamente como resultado das temperaturas envolvidas.
Os cátodos revestidos de óxido eram normalmente na forma de níquel na forma de uma fita, tubo ou mesmo uma pequena forma de copo. Este foi revestido com uma mistura de bário e carbonato de estrôncio, muitas vezes com um traço de cálcio adicionado. Durante o processo de fabricação, o revestimento foi aquecido para reduzi-lo à sua forma metálica e os produtos da reação química foram removidos quando a válvula foi finalmente evacuada.
Para os cátodos revestidos de óxido, foi o bário que atuou como emissor primário de elétrons e operou a uma temperatura muito mais baixa do que os outros tipos, estando na região de 950 – 1050°K.
Cátodos Frios
Alguns tipos de válvula termiônica ou tubo de vácuo usavam o que era chamado de cátodo frio. As válvulas ou afinações que usavam esses cátodos eram estabilizadores de voltagem e usavam uma forma de superfície de metal ativada.
Vários desses estabilizadores de tensão foram usados e obviamente foram encontrados com mais frequência em projetos de circuitos de fonte de alimentação. As tensões típicas giravam em torno de 150 volts, e muitas vezes podiam ser usadas para alimentar os circuitos osciladores de RF em receptores de rádio, transmissores e similares.
Ânodo
O ânodo é geralmente formado em um cilindro para que possa envolver o cátodo e quaisquer outros eletrodos que possam estar presentes. Desta forma, o tubo de vácuo pode ser construído de forma tubular e o ânodo pode coletar o número máximo de elétrons.
Para as válvulas ou tubos menores usados em muitos receptores de rádio, os ânodos são geralmente feitos de aço niquelado ou simplesmente de níquel. Em alguns casos em que grandes quantidades de calor precisam ser dissipadas, ela pode ser carbonizada para obter um acabamento fosco que permite irradiar mais calor para fora da válvula.
Para aplicações em que são necessárias potências ainda maiores, o ânodo deve ser capaz de dissipar ainda mais calor e operar em temperaturas mais altas. Para esses tubos, materiais como carbono, molibdênio ou zircônio podem ser usados. Outra abordagem é construir aletas do dissipador de calor na estrutura do ânodo para ajudar a irradiar o calor adicional. Essa abordagem é naturalmente limitada pela construção da válvula e pelo fato de que o tubo precisa estar contido em seu invólucro de vidro. No entanto, uma grande estrutura de dissipador de calor exigirá que o envelope de vidro seja muito maior, aumentando assim os custos.
Para superar este problema, o ânodo pode ser fabricado de modo que o calor possa ser transferido para fora da válvula e removido usando um ar forçado ou uma camisa de água. Usando essa abordagem, o envelope do tubo pode ser relativamente pequeno, enquanto ainda é capaz de lidar com níveis significativos de potência.
Grade
A grade é o eletrodo pelo qual a corrente que flui no circuito do ânodo pode ser controlada por outro potencial. Na forma mais básica, um tubo de vácuo pode ter uma grade, mas é possível usar mais de uma para melhorar o desempenho ou permitir a execução de funções adicionais.
Assim, as válvulas são nomeadas pelo número de eletrodos que contêm e que estão associados ao fluxo de elétrons. Em outras palavras, os filamentos ou aquecedores e outros elementos semelhantes são omitidos.
Diferentes tipos de válvulas/tubos possuem diferentes números de grades: um triodo possui apenas uma grade de controle, um tetrodo possui uma grade de controle e tela e o pentodo possui grades de controle, tela e supressora.
As diferentes grades têm finalidades diferentes dentro da válvula/tubo geral.
- Grade de controle: Como o nome indica, o gid de controle é usado para controlar o número de elétrons que passam por ele. Ao alterar o potencial em relação ao cátodo, o fluxo de elétrons pode ser alterado.
- Grade da tela: A grade da tela tem um propósito diferente. Tem um potencial positivo aplicado e ajuda a atrair elétrons através da grade de controle alterada negativamente, o que aumenta o desempenho. Ele também atua como uma tela entre o ânodo e a grade de controle. Isso reduz significativamente os níveis de feedback e é particularmente importante para projetos de RF.
- Grade supressora: a energia adicional dada aos elétrons significava que muitos deles atingiram o ânodo e depois ricochetearam novamente. Isso resultou em uma torção significativa na característica das válvulas de tetrodo com duas grades. A solução foi colocar uma terceira grade mais próxima do ânodo para evitar esse efeito, ou seja, suprimir o efeito de ressalto.
| NÚMERO DE GRADES | NÚMERO TOTAL DE ELETRODOS | NOME GENÉRICO |
|---|---|---|
| 1 | 3 | Triodo |
| 2 | 4 | tétrodo |
| 3 | 5 | Pentodo |
| 4 | 6 | hexodo |
| 5 | 7 | heptóide |
| 6 | 8 | outubro |
Uma grade é normalmente construída na forma de uma malha de gaze ou uma hélice de arame. Se for feito de arame, normalmente consiste em níquel, molibdênio ou uma liga e é enrolado com hastes de suporte que o mantêm afastado do cátodo. Como tal, podem ser largos, possivelmente de forma oval e geralmente são feitos de cobre ou níquel.
Para atingir um alto nível de desempenho repetível, as tolerâncias dentro do tubo de vácuo devem ser mantidas de um dispositivo para outro.
Além disso, muitas vezes é necessário montar a grade apenas a frações de um milímetro de distância do cátodo ou de outras grades. Para poder manter essas dimensões, uma abordagem adotada é usar uma estrutura retangular rígida e, em seguida, enrolar o fio da grade sobre ela sob tensão. Essa estrutura então precisa ser fixada com o uso de vidrado ou mesmo brasagem de ouro para que fique firme no lugar. Em algumas circunstâncias, pode até ser necessário retificar o revestimento da superfície do cátodo para garantir sua planicidade. Essa forma de grade é conhecida como grade de quadro.
Um aspecto importante do projeto de tubos de vácuo ou válvulas termiônicas é garantir que a grade não superaqueça. Isso pode levar a distorção mecânica e falha de toda a válvula. Para ajudar na remoção do calor, o fio da grade pode ser carbonizado e, muitas vezes, aletas de resfriamento podem ser conectadas aos fios de suporte da grade. Esses fios de suporte também podem ser soldados diretamente aos pinos de conexão na base da válvula para que o calor possa ser conduzido através das conexões externas.
Uma grande variedade de válvulas termiônicas ou tubos de vácuo está disponível até hoje. Usando as técnicas que foram desenvolvidas ao longo de muitos anos, eles são capazes de oferecer excelente repetibilidade, desempenho e confiabilidade.
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