Díc ILa Electrónica ha cambiailo aI munilo, a Ia gente, ha rrtier;dó profundamente sus

tual es reemplnzarla por dispositiuos sólidos, hay y habró por mucho tiempo enornxes

cantidailes ie uá.lvulos en el rnunilo. Estuilinremos la teorla, el comportamiento y lns

aplicaciones de las uáIvulas y en esta primera jornady nos ocuporetnos del principio

fTsico que la hizo posible: la emisión de electrones, Abordemos pues el tema

tA EMIS ION TERMOIONICA

No pretendemos hacer historia, porque nuestroobjetivo es encarar directamente los temas prácti-cos, pero no se puede dejar de mencionar que laválvula electrónica nació de la observación defenómenog que parecieron curiosos y h4sta mo-lestos. Fue Edison, el inventor de la lámpara eléc-trica incandescente, el que observó que, con eluso de la misma, se producía un oscurecimientodel vidrio, como si se depositara en el interior dela ampolla una especie de hollín que no podíalimpiarse; de ahí a pensar que se, trataba de mate-ria incrustrada en el üdrio, y que esa mateúaprovenía del filamento de la lámpara, no se tardómucho. Pero antes de abordar la explicación, te-nemos que ocuparnos de algunos temas previos

ff;J* ayudarán a comprender mejor el fen&

[.os elect¡ones

La mayoría de los lectores ya saben hoy quelos cuerpos están constituidos por una infinidadde pequeñas partículas agfomeradas que se llamanmoléculas. Si las moléculas están rígidamente li-g¿.I¡s entre sí, tenemos los cuerpos solidos; si esalhzón es menos rígida y un poco elastica, tene-rnc los líquidos; y si la ligazón pr{cticamenté nocr.i.rte, tenemos los gases. Por ahore nos interesanlc cuerpos solidos y analizaremos la molécula deun südo cualquiera.

No debemos imaginarnos que las moléculas deun cuerpo son üsibles, puesto que son microscó-picas, tan pequeñas que durante muchísimo añosse las creyó solidas, indivisibles, hasta que final-mente se descubrió que están formadas por laaglomeración de corpusculos más pequeños toda-vía, que se llaman dtomos. Y también pasaronmuchos años hasta que se descubrió que los áto-mos tampoco son sólidos macizos sino que for-man algo así como una esfera hueca con unpequeño sólido central y algunos corpúsculosgirando velozmente alrededor. Aquí convienemenciona¡ las dimensiones del átomo, para com-prender el enorme esfueruo de la ciencia quehubo que desplegar para analizar estas cosas: siimaginamos que colocamos unos 5 millones deátomos formando una hilera, la longitud de lamisma sería ¡de un milímetro!

Veamos entonces un poco ese minúsculo siste-ma planetario que constituye el átomo, y queilustramos sintéticamente en la figura l. Hay uncnerpo central, llamado núcleo, que está formadoa su vez de una aglomeración de partículas; loscorpusculitos gue giran en tomo con velocidadfabülosa, son los elcctrones. ¿Porqué aparentabaser sólido el átomo? -Por la misma razón gue siat¿mos una piedra con un hilo y lt imprimimosun rápido movimiento de rotación teniendo nues.tra mano cbmo centro de giro, no veremos más

la pied¡a sino un crrculo; sr en lugar de hacer queel giro se realice en un plano se cumpliera enmuchos planos. cosa que no podemos hacer con

TRONES

\ -

-a -

Fig. 1,: Un átomo tiene un núcleo central y varios electrones girando a su al¡ededor.

La emisi¡in de electrones

Volvamos a jugar con la piedra; si el hilo serompe porl¡ue aumentamos la velocidad del giro,la piedra se va. En el caso del átomo, ¿se puedenir los electrones? Si, se pueden ir, si aumentamossu velocidad de giro, poriJue de ese modo la fuer-za centrífuga vencería a la atracción del núcleo

ilue permanece inalterable. ¿Y cómo haríamospara aumentar la velocidad de giro de los electro-nes, ya que no podemos llegar a ellos debido asus dimensiones microscópicas? Ell calor aument¿la velocidad de giro de los electrones en los átomos, pero no se trat¿ de calentar un poco a uncuerpo con una estufa sino de llevarlo al estadode incandescencia. Para que el lector vea clara-mente lo que esto significa, üremos que la incan-descencia es el estado físico que adquiere uncuerpo cuando erhite luz; por ejemplo, el fila-mento de las lámparas eléctricas encendidas estáincandescente.

Entonces, si tomamos un alambre metá{ico

ELEC

7+o

NUCLEO

L-1

, nuestra piedra, por supuesto, podríamos ver una (véase figura 2) y lo calentamos haciéndole pasar.'esfera sólida que no existe en la realidad, pues una corriente eléctrica, ocurrirá que en los áto-

siempre se trat¿ría de la misma piedra. Y bien, mos de ese cuerpo aumentará la velocidad de

El segundo descubrimiento trascendent¿l sobre **"1"-1t oqld"''".-.--- -=--****- ---

.o qqrrnrn ñre nr¡c rqnrn c l ní , ' / l ' ' : -^^^- :^ i los e lectrones emit idos por e l

este asunto fue que tanto el nú, I ru¡ crtuLrutrtD urlrruuu$ PUr ul

electrones de los átomos son care corho salieron impulsados por

que en el núcleo hay tantas car6 rga se alejan del alambre hasta

equilibrar la suma ie electronesi o1T ,!l-9T1,,!,tl ,ii fp&vtFr,

pües, es la más pequeia carga eléc I lo que descubno l'(llson; ese it . Si t..r"*os S- electrorres en un mstaba en el bulbo de vidrio de l

cleo tendrá 5 cargas eléctricas. tricas, no era otra cosa que la ilectrones.

Pero no temina aquí el maravimiento. Sabemos que las cargas eléchicas ejercenfuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, yprecisando más el detalle üiemos que se atraenlas de signo contrario y se rechazan las del mis.mo signo. Bueno, los electrones son cargas negati-uas y el núcleo tiene cargas eléctricas positiaasien consecuencia el núcleo ejercerá fuerzas deatracción sobre los electrones. A-hora se aclara elpanorama, porque en el ejemplo de la piéüa y elhilo, era precisamente el hilo el que impedía quela fuerza centrífuga creada por el giro de .la pie-dra hiciera que ella fuera impelida velozmente; siel hilo se rompe, la piedra resulta arrojada violen-tamente. En el caso del átomo, los electrones sonimpelidos hacia afue¡a por la fuerza centrífugadel giro, pero la atracción eléctrica del núcleo losmantiene en sus órbitas d" st.o.

. ELECTRONES .

Fig 2,- Un alambre en estado incandescente emite elec-trones.

' Los corpúsculos o granos de materia que an-dan sueltos y tienen carga eléctrica, se llamaniones; por eso, una emisión de electrones se-.de-

LA EMISTON TERMOIONICA

nomtna rsr-0n=,tot!tc¿ y sro sea la vta teíttérmica, la emisión es úer-

i el origen de Ia misma

ry:kito. Con esto justificamos eT-noffi;reusa para este fenómeno y que hemos puestocomo título de este capítulo.

Aprovechamiento de la emisiiin. La placa

Ahora resulta que tenemos una lámpara eléctri-ca que además de darnos luz nos da una nube deelectrones que salen del filamento mientras lalámpara esta encendidar / s€ van a incrustar en el

tubo donde están los filamentos, pues con el usose van formando dos collares ennegrecidos, visi-bles por la transparencia del recubrimiento lecho,so interior...d ! ISbs. ¿Qué podemos háCei cónesa nube de electrones? Razonemos un poco einventaremos nosotros también la válvula electró-nica.*

[os éfütrónes son cargas eléctricas negaüvas;luego, podemos atraerlos á cualquier luqaidonde.haya.cargas*el'4ctriqe-s, positivas.- S óolocfrios-üen:-tro de la ampolla de la lámpara eléctrica unaplaca metálica, cerca del filarnento, como lomuestra la figura 3, y a esa placa aplicamos un

corriente eléctrica de caldeo que uEamos para ca-lentar el alambre filamento. Pero tenemos unhecho: los electrones desprendidos del filamentoforman üora una rápida procesión gue va desdeel filamento hacia la placa y que se llama /ujode electrones. ¿Para qué nos sirve? Veamos.

Un flujo de electrones que circula por unalambre conductor no es otra cosa que la corrien-te eléctrica, la cual requiere para subsistir teneruna continuidad o sea formar un circuito cerra-do. Completemos entonces la figura 3 hasta llegara la figura 4 que es más real. Por un lado, tene-mos allí el filamento conectado a una pila que lesuminstra la corriente de caldeo para conseguir laemisión termoiónica. Además tenemos la placa ala cual hay que aplicar un potencial eléctrico po-sitivo, y eso lo conseguimos con una batería.Pero- ésta tiene dos polos, el positivo y el negati-vo; bueno, unimos el polo positivo a la placa re-ceptora de electrones para darle a la misma elpotencial posiüvo pedido, y unimos a un extre-mo del filamento el polo negaüvo; así hemos ce-rrado el circuito para el flujo de electrones ytendremos una corriente eléctrica. Si bien el espa-cio entre el filamento y la placa no tiene alambreconductor, la corriente se mantiene lo mismo,porque ese espacio es saltado por los electronesdebido a la impulsión que llevan por la emisión ypor la atracción que ejerce sobre ellos (cargasnegativas) la placa (carga positiva). Entonces seforma un circuito cenado que permite la circula-ción continua de una corriente eléctrica que notiene nada que ver con la otra corriente que te-níamos y que circula por el filamento y la pila, yes la de caldeo. Bueno, ya hemos inventado laválvula electrónica. Fdta decir que en el interiorde la ampolla o bulbo de esta válvula, tal comoocurre en las lámparas eléctricas, no debe haberaire sino que Se hace el vacío. Yeamos este deta-lle con mayor _detenimiento...

En las lámpa;;i¿.hi; r" 1"." "t "".io

p"."-\,permitir que el filamento se mantenga en incan- X )

La váIvuta diodo

Ya tenemos la uáluuln electrónica pero todavíano hemos dicho el porqué de ese nombre, Volva-mos a Ia figura 4 y veamos lo que ocu¡ri¡ía sisoltamos uno de los cables de la pila; al no circu-lar la corriente de caldeo, la emisión de elecfones cesa y no circulará la corriente de placa aun_

PLACA

@NECTADOA rcTENCIALFrcSlTlvo

CORRlENTEOE CALDEO

Fg 3.- Una placa metá'lica con potencial positivo atrae alos electrones emitidos por el filamento,

potencial eléctrico positivo, los electrones salidosdel filamento v¿rn a ser atraídos üolentamentepor la placa. Esto no tiene nada que ver con la

FILAMENTOEMISOR

¡ O. . /

a o oO a

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Ho l F +a

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'É*a

.!_-

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=*o,. I l** i descencia sin funürse, porque el oxígeno del aire -,r,'.- provogaría es

cas, et vacro se nece$ta por esa misma razón,pero también por oha; si hubiera aire dentro de ._ /', l" ampolla, los electrones chocarían con los áto- ,/...

'... mo6 de aire y no llegarían a la placa."----ff

que esté conectada la batería. Luego, podemoshacer que circule o no circule una-corriente. Perohay algo más interesante: la corriente de placa

FITáMENTO

FLUJO DE

ETECTRONE,s

solamente puede circular en un sentido, que es elque marcan las flechas, porque si invertimos labatería, conect¿ndo el polo negativo a la placa yel positivo al extremo del filamento, no podráhaber corriente eléctrica; esto es evidente porquesi la placa es negativa, rechazará a los electronesque son cargas eléctricas negativas y no s€ cerra¡áel circuito. Es decir, que nuestra válvula solo per-mite la.circulación de corriente en un sentido,impiüéndolo en el otro; esto justifiea el nombrede uóluula que se le ha dado.

Más adelante veremos que a la válvula electró-nica se le agregan ohos elementos en el interior,cada uno de los cq{99 tieue-un¿-mipÉn_dgfgruri-.nada. Eá¡lfAlém-ento interior recibe ei nómbre de

-*efe6llodo y segun la cantidad de electrodos, la" válvula toma el nombre aücional de diodo, trio-

..',, do, tetrodo, pentodo cgg"ndp- tiene-.2,.$"-4,--5-plpglr-g4ql, -e¡9-g¡e11a..'Ehtonces, la válvula quemostramos en la figura 5 es un diodo porquetiene solamente do5 elementos o electrodos: elfilamento, también llamado cátoiJo emisor, y laplaca, también llamada ónodo.

La válvula de la figura 5 es la misrna de la fi-gura 4 pero mas real. Claro, si queremos ap¡ove-char todos los. electrones emitidos por el fila-mento, que salen del mismo en todas direccionegla placa üene que ser cilíndrica y el filamento

deberá estar colocado en su interior. Si la válvulafunciona al vacío, debe haber una ampolla obulbo, y por algun lado deben salir los alambres

PLACA

Fig. tl- Para forma¡ el cir-,cuito de Ia corriente de

placa se aplica unabatería-

FI¡áMENTO

BULBO OE VIDRIO

AIáM6RE5

CU¿OfE

Fig 5.- Aspecto constnrctivo de una válvula diodo de c*lentamiento di¡ecto.

para conectar al circuito exterior los electrodos;" estos alambres se colocan dentro de patas cilín-

dricas, que permiien que la vfvula se enchufe en

o¡¡¡aJ

otst¡¡Fzlt¡¿g

IIII

LA EMISION TERMOIONICA

un zócalo. En la historia de las válvulas tuümosprimero bulbos de vidrio pegados a un culote de

FILAMENTO

\-.'<coNExtoNFILAM€,NTO

Fig. 6.. El filariento se coloca dentro de un tubo emisorqr-re es el cátodo.

bakelita que sirve de sostén a las patas; luego se

hicieron los bulbos de metal pero posteriormentese volvió a los bulbos de üdrio y actualmente se

ha suprimido el iulote, y las patas están asegura-

das ürectamente al bulbo. La forma de los

bulbos también evolucionó desde la esférica, pa-

recida a la de las lámparas eléctricas, hasta la

cilíndrica que es Ia actual,

/- ciila "n/ la fabricación de válvulas electrónicas la constitu-

batería que vimos en la figura desaparece, camo

muestra la figura 7, el filamento puede alimentar-

\ , , r D r u , E s

,.\ terial muy apto para emitir electrones, mientras l' que otras sustancias üenen la propiedad de emitir /

y6 el cátodo. Una de las razones que hubo paraz esto, es que el metal del filamento no es un ma-

mayor can

Fig. 7.- El circuito de placa se forma con el cátodo y laplaca mediante la batería extema.

se con corriente alternada, sin que ésta produzcapotenciales cambiantes en la conexión común.

Aciaremos que la posibilidad de usar corrientealternada para alimentar al filamento es una ven-taja positiva, puesto que como la corriente parael filamento es fuerte, las pilas duraban poco, ysi se puede usar corriente alterna se alimenta elfilamento desde l¿r red eléctrica mediante untransformador reductor de tensión, Este detalleserá tratado más adelante cuando nos ocupemosde conexiones y uso de válvulas.

Vemos claramente que el cátodo puede estaraislado eléctricamente del filamento emisor ya queel calentamiento se produce simplemente por laproximidad entre ellos aunque no estén tocándose.El aspecto construcüvo del diodo con cátodo es elmismo que vimos en la figura 5, ya que solamentecambia el hecho de que el filamento está dentro deun tubito. Inclusive la váIvula sigue Ilamándoseüodo aunque tenga tres elementos, porque el fi-lámento pasa a tener una función auxiliar; esoomún que _en, este caso se lo llame calefactor,porgue.el .nombre de cátoilo que le habíamosasignado "antes pasa ahora al tubito que lo en-vuelve.

- mienterf,ales sustanci"s son los óxidos de estron'--éió. de bario, etcétera. Entonces, se hizo un tubi

to con esos rnateriales y se colocó el filamento

en su interior, corno se ve en la figura 6. El fila-mento pasó a tener una función meramente cale-{actora, o sea que sirve para llevar al cátodo, queasí se llamó el tubito, al estado ,de incandescen-cia. Otra ventaja de esto es que siendo.ahora ellilamento indepenüente del circuito de placa,puesto que la conexión común de la pila y la