Válvula de Diodo / Tubo de Vácuo: Operação, Teoria, Fórmulas
A válvula de diodo ou tubo de vácuo pode ser usado como um retificador e, além disso, sua operação forma a base da operação na qual outras formas de válvula ou tubo são construídas.
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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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A válvula ou tubo de diodo ainda é amplamente utilizado e, em anos passados, grandes quantidades desses dispositivos foram usadas.
O diodo vale é o mais básico de todos os dispositivos termiônicos ou de tubo de vácuo com apenas dois eletrodos ativos; no entanto, ainda é um componente importante cuja operação precisa ser entendida se outras formas de tubo de vácuo ou tecnologia de válvula termiônica forem compreendidas.
Noções básicas de válvula de diodo
A forma mais básica de válvula de diodo ou tubo de vácuo é o diodo. Consiste em dois eletrodos condutores que estão contidos em um envelope de vidro evacuado. Estes são chamados de cátodo e ânodo.
O cátodo é aquecido e descobre-se que os elétrons ‘fervem’ do eletrodo como resultado da energia que eles têm como resultado do calor.
Os elétrons carregados negativamente deixam uma carga positiva no cátodo que tende a atraí-los de volta e, como resultado, existe uma nuvem de elétrons ao redor do cátodo, diminuindo de intensidade à medida que a distância do cátodo aumenta. Os elétrons que viajam mais longe têm mais energia.
No entanto, descobriu-se que, se um resistor for colocado entre o cátodo e o ânodo, será visto que uma corrente realmente flui como resultado dos elétrons que são emitidos pelo cátodo.
Se um elétron tiver energia suficiente para alcançar o ânodo, ele ficará lá e não terá energia suficiente para escapar, mas poderá fluir de volta para o cátodo através do resistor externo.
Pode-se ver que a corrente de elétrons pode fluir do cátodo para o ânodo como resultado de elétrons escapando do cátodo, mas os elétrons são incapazes de deixar o ânodo.
Como resultado, a corrente só pode fluir em uma direção. Portanto, se um sinal alternado for aplicado à válvula de diodo ou ao tubo de diodo, ele permitirá apenas metade do ciclo, retificando assim o sinal.
Se o circuito for ligeiramente alterado e um potencial positivo for aplicado ao ânodo, ele atrairá mais elétrons e a corrente fluirá como resultado da bateria. Novamente, a corrente só é capaz de fluir em uma direção.
Esta função pode ser usada na linha de retificação ou alimentação de entrada principal, permitindo corrente contínua, energia CC a ser criada a partir de uma entrada CA de corrente alternada. Também pode ser usado na detecção de sinais de rádio e, de fato, foi o primeiro usado para válvulas termiônicas ou tubos de vácuo. Foi Ambrose Fleming, da University College London, quem primeiro teve a ideia de detectar sinais usando uma válvula de diodo.
Válvula de diodo aquecida indiretamente
As primeiras válvulas de diodo usavam um cátodo aquecido diretamente. Este consistia em um elemento aquecedor que também agia como cátodo. Isso limitou significativamente a operação desses dispositivos. O uso de CA para os aquecedores permitiu que um transformador fornecesse o suprimento do aquecedor diretamente da rede elétrica de entrada, reduzindo assim o custo de operação, pois as baterias não duravam muito e eram caras:
- Zumbido induzido: quando a CA foi usada para fornecer válvulas aquecidas diretamente, verificou-se que a CA afetava a operação da válvula e alguma CA poderia ser sobreposta à saída.
- O cátodo aquecido diretamente está conectado ao fornecimento do aquecedor: Um cátodo aquecido diretamente significa que o cátodo está ligado à tensão do aquecedor e isso evita que um fornecimento de aquecedor comum seja usado para várias válvulas que podem precisar de diferentes tensões de cátodo.
A solução para ambos os problemas foi usar um elemento aquecedor eletricamente separado que foi usado para aquecer um cátodo. Este método conhecido como aquecimento indireto é usado quase universalmente para todas as válvulas, sejam elas válvulas de diodo, triodos ou qualquer outra.
Retificador de válvula de diodo de meia onda
A forma mais simples de retificador de válvula de diodo é o retificador de meia onda. Requer apenas o uso de um retificador de válvula de diodo único. No entanto, não é tão eficiente quanto algumas outras formas de retificador.
Pode-se ver que se uma forma de onda alternada for aplicada à válvula de diodo, ou tubo de diodo, ela conduz mais da metade da forma de onda e não a outra. Isso significa que, ao retificar as formas de onda CA, a eficiência é de apenas 50%, pois metade da forma de onda é usada e a outra metade é descartada.
Retificador de válvula de diodo de onda completa
Para fazer uso de ambas as metades de um ciclo de forma de onda alternativo, um retificador de onda completa pode ser usado. Da mesma forma que pode ser implementado com diodos semicondutores, o mesmo pode ser feito usando válvulas de diodo. Na verdade, as válvulas de diodo retificador de onda completa estão disponíveis com um dispositivo contendo os dois retificadores.
No circuito retificador de onda completa, diferentes diodos dentro do retificador lidam com diferentes metades da forma de onda. Desta forma, ambas as metades da forma de onda são usadas. Além disso, o fato de o tempo entre os picos ser menor significa que suavizar a forma de onda é muito mais fácil.
Conforme visto no diagrama, válvulas / tubos retificadores de onda completa estavam disponíveis. Estes continham dois ânodos e um único cátodo, permitindo que a retificação de onda completa fosse realizada usando uma única válvula.
Outro ponto a ser observado é que os diodos retificadores da fonte de alimentação geralmente usavam uma fonte separada de 5 V, enquanto o padrão comum para os aquecedores usados para o equipamento em si era de 6,3 volts, embora outras tensões fossem frequentemente usadas.
Detector de sinal de válvula de diodo
Foi através da investigação da detecção ou demodulação do sinal de rádio que a primeira válvula de diodo foi inventada por Ambrose Fleming. De fato, o detector de válvula de diodo pode ser usado para sinais modulados em amplitude.
A ação do diodo retificador da válvula pode ser vista abaixo onde o sinal modulado em amplitude que consiste na portadora de amplitude variável é demodulado. Para recuperar a modulação, o sinal é retificado e então a portadora é removida usando um capacitor como filtro de alta frequência.
Esta é uma forma muito simples, mas eficaz de demodulação AM, embora tenha suas desvantagens. Os níveis de distorção podem ser altos porque a característica do diodo não será totalmente linear, e esta forma de detector de diodo também está sujeita a distorções resultantes do desvanecimento seletivo – um problema que é aparente nas faixas de frequência normalmente usadas para transmissões moduladas em amplitude.
Teoria, operação e fórmulas da válvula de diodo
A válvula de diodo ou tubo de vácuo de diodo é relativamente fácil de usar em um circuito para atuar como um retificador de energia ou detector de sinal.
No entanto, a teoria básica e alguns dos gráficos e fórmulas podem ajudar a fornecer uma compreensão da operação dos circuitos nos quais eles podem ser usados.
Teoria da corrente e tensão do ânodo do diodo
A relação entre a corrente que flui no circuito e a tensão do ânodo é mostrada no diagrama abaixo.
Pode-se ver que os limites de corrente para qualquer temperatura do cátodo. A razão para isso é que quando uma tensão de ânodo suficientemente alta é atingida, o ânodo retira todos os elétrons que são emitidos pelo cátodo. Como o número de elétrons emitidos pelo cátodo depende de sua temperatura, isso se torna o fator limitante geral para um determinado material de cátodo.
Com tensões anódicas moderadas ou baixas, a corrente anódica é menor que a emissão máxima do cátodo. A razão para isso é que os elétrons que viajam no espaço entre o cátodo e o ânodo produzem uma carga espacial negativa. Isso reduz a atração do potencial positivo no ânodo.
Como resultado, isso significa que o número total de elétrons em trânsito em um determinado instante não pode exceder o número que fornecerá a carga espacial negativa que neutraliza completamente o campo eletrostático produzido pelo potencial do ânodo na superfície do cátodo.
Diodo cátodo anodo teoria da distribuição de potencial
Se a carga espacial for examinada no espaço entre o cátodo e o ânodo, veremos que há uma interessante distribuição de potencial.
Verificou-se que a carga negativa dos elétrons nas proximidades do cátodo dá um leve potencial negativo em relação ao cátodo.
Os elétrons da superfície do cátodo da válvula de diodo são emitidos para este campo negativo e suas velocidades variam com diferentes elétrons.
O campo negativo ao redor do cátodo faz com que os elétrons desacelerem à medida que são repelidos pela carga negativa. Aqueles com altas velocidades penetrarão neste campo negativo, enquanto aqueles com apenas baixas velocidades serão repelidos e retornarão à superfície do cátodo.
Corrente de ânodo de diodo limitada por carga de espaço
Pode ser determinado que a corrente do ânodo é proporcional a uma lei 3/2 da tensão no ânodo.
Para cátodos do tipo aquecedor, a emissão é aproximadamente a mesma em toda a superfície e, portanto, a corrente anódica total para uma tensão anódica positiva pode ser determinada pela equação ou fórmula:
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