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Come funzionavano gli apparati elettronici prima dell’avvento dei transistor? Si usavano le valvole termoioniche che erano dei tubi di vetro sotto vuoto (pensate a una lampadina), dove c’erano più elementi metallici collegabili all’esterno.
Fino agli anni sessanta i tubi termoionici erano impiegati nelle apparecchiature elettroniche come i ricevitori e trasmettitori radio, nei televisori, nei primi calcolatori elettronici, e nelle telefonia.
L’invenzione rese possibile il passaggio dalla radiotelegrafia alla radiofonia, in quanto, l’amplificazione dei segnali elettrici permise di trasmettere non solo impulsi telegrafici, ma anche voci e suoni: era nata l’era dei mass media.
Il tubo conteneva un filamento metallico che se era attraversato da corrente elettrica diventava incandescente, ed era chiamato Catodo, mentre l’elemento più esterno anodo. Gli elementi intermedi: griglie.
Nei primi tempi il filamento e il catodo erano uno stesso elemento, poi si passò al riscaldamento indiretto, in quanto nacque la necessità di alimentare il catodo con tensioni variabili, e il riscaldamento del catodo fu deputato al filamento.
Il principio di funzionamento è quello dell’emissione termoionica. Riscaldando un metallo ad alta temperatura questo emette elettroni (cariche elementari di segno negativo).
I tubi termoionici si classificano a secondo il numero degli elementi elettrici attivi che contengono: il Diodo (2 elementi), il Triodo (3 elementi), ecc.
Nel Diodo l’anodo e il catodo sono polarizzati con potenziale diverso e quando l’anodo è più positivo rispetto al Catodo: si produrrà un passaggio di elettroni tra i due elementi.
Quando succede l’inverso: non si avrà passaggio di corrente.
Dunque il diodo termoionico permette la circolazione della corrente in un solo senso, dal catodo verso l’anodo.
Perciò, applicando una tensione alternata all’anodo, la corrente circola solo in corrispondenza delle semionde positive.
Mentre in corrispondenza della semionda negativa la tensione alternata del diodo non conduce e quindi non ci sarà il passaggio di corrente anodica (Ia) e la tensione ai capi di Rc sarà uguale a 0, in quanto VRc= Rc*Ia ed essendo Ia Corrente anodica uguale a 0 la tensione VRc sarà uguale a 0.
In virtù di questa sua proprietà il Diodo era utilizzato negli alimentatori come raddrizzatore e nelle radio come rettificatore.
Quello che vedete in figura era chiamato Triodo, e serviva per amplificare i segnali elettrici: un elemento fondamentale per tutti gli apparati elettronici.
Il suo funzionamento in estrema sintesi era questo: alimentando il filamento metallico questo riscaldava il catodo, che emetteva elettroni se era polarizzato negativamente rispetto all’anodo, e si stabiliva un flusso di corrente. Mentre la funzione della griglia era di agevolare o ridurre il passaggio degli elettroni, e dipendeva dal tipo di polarizzazione. Perciò, se si applicava una tensione variabile tra catodo e la griglia, si otteneva un passaggio di corrente tra catodo e anodo che seguiva, amplificandolo, l’andamento del segnale applicato alla griglia.
I Triodi erano usati per l’amplificazione audio a basso livello (preamplificazione), ma non in radiofrequenza, per le elevate capacità parassite che erano presenti tra griglia e anodo, per questo motivo fu studiato il Tetrodo.
Il Tetrodo fu pensato per amplificare anche i segnali ad alta frequenza, ponendo una seconda griglia (griglia schermo) che era posizionata tra quella di controllo e l’anodo: ottenendo uno schermo elettrostatico che diminuiva la capacità tra anodo e griglia.
Alla griglia schermo era applicata una tensione positiva poco più bassa rispetto a quella di placca, la quale contribuiva a intensificare l’azione sugli elettroni emessi dal catodo e regolati dalla griglia di controllo. Questo faceva sì che intercettasse un certo numero di elettroni sottraendoli al flusso che attraversava la valvola. In questo modo il tetrodo permetteva anche le amplificazioni ad alta frequenza.
Questo tubo termoionico però introduceva nel segnale una distorsione dovuta al fenomeno delle emissioni secondarie: per questo motivo fu inventato il Pentodo.
Il pentodo è, essenzialmente, un tetrodo con una griglia in più, la griglia di soppressione; questa ha lo scopo di ridurre l’emissione secondaria e la conseguente distorsione. La terza griglia viene normalmente collegata al catodo, in genere con un collegamento interno alla valvola, che quindi spesso ha lo stesso numero di piedini del tetrodo.
Il pentodo è il punto d’arrivo nello sviluppo della valvola: alta amplificazione, larga banda, bassa distorsione, buona linearità. I pentodi si trovano negli stadi a radiofrequenza e a media frequenza di un ricevitore, ma anche negli amplificatori d’uscita. Il difetto principale del pentodo è un maggiore livello di rumore introdotto nel segnale in uscita, che lo rende inadatto per i primi stadi di amplificazione o quando è necessaria un’amplificazione molto elevata, per questo motivo è solitamente preceduto da uno stadio amplificatore di tensione in genere costituito da triodi.
Le valvole termoioniche furono sostituite nella maggior parte dei casi da un nuovo prodotto ideato nel 1947 all’interno dei Laboratori Bell dell’AT&T , il TRANSISTOR.
Il Transistor è un dispositivo elettronico che permette di controllare la corrente di un circuito e in pochi anni è diventato una delle componenti hardware più importanti e utilizzate in ambito elettronico.
Viene usato come amplificatore nei circuiti analogici (per es. negli apparecchi radio), o come interruttore nei circuiti digitali.
Essenzialmente è costituito da un cristallo semiconduttore (germanio o silicio) e ha sostituito con notevoli vantaggi i tubi termoelettronici, rispetto ai quali ha dimensioni e costi molto inferiori e vita media molto maggiore.