Le valvole elettroniche o termoioniche

Sicuramente avete visto una valvola elettronica o meglio termoionica, quelle ampolle di vetro che quando sono sotto tensione si illuminano di luce arancione e scottano come le lampadine ad incandescenza. Certo, quelli della mia età le avranno anche utilizzate, ma con molta probabilità i nostri giovani le considerano obsolete, forse non sanno nemmeno cosa sono. Un tempo non tanto remoto erano ovunque, nelle radio, nelle tv. ecc.. Quando ero ragazzino avevo in camera una tv a valvole in bianco e nero e ricordo ancora che quando non funzionava il tecnico arrivava a casa con la sua valigia piena di valvole per la sostituzione, come quando si brucia una lampadina. Mi piaceva guardare le valvole accese, tutte arancioni, mentre il tecnico cercava di individuare quella da sostituire.

Televisore del 1954

Ora queste valvole esistono ancora oggi e vengono utilizzate nella costruzione di amplificatori audio Hi-fi di ottima qualità e design, poiché riescono a produrre una musica cosiddetta "calda", oppure nelle vecchie radio d'epoca. Alcuni musicisti adorano suonare un basso o una chitarra elettrica con un amplificatore a valvole.

Come avrete potuto notare, ho usato il termine "lampadina". Ed è proprio qui che volevo arrivare. Mi è venuto il desiderio di cercare di spiegare le origini della "valvola elettronica" nel modo più semplice possibile, partendo dalla lampadina ad incandescenza che tutti, ma proprio tutti noi conosciamo.

Infatti, nel nostro percorso incontreremo nomi famosi che, con le loro invenzioni ed esperimenti, hanno contribuito in maniera significativa alla realizzazione della valvola elettronica nelle diverse configurazioni.

Il primo personaggio che vi presento è Thomas Edison.

Si proprio lui, quello della lampadina a filamento incandescente utilizzata per l'illuminazione. Siamo attorno al 1880 e Edison, nel corso dei vari esperimenti, aveva notato che nel bulbo di vetro della sua lampadina si manifestava uno strano fenomeno. Aveva notato che con l'utilizzo prolungato della lampadina, al suo interno si formava un deposito scuro. Curioso di conoscere il perché di questo fenomeno, inserì un secondo conduttore all'interno del bulbo. Il conduttore era formato da una piccola placca metallica, realizzando così il primo diodo (poiché composto da due elementi) nella struttura più elementare possibile.

Provò a collegare il secondo conduttore (la placca) al morsetto positivo della pila di accensione del filamento e poteva verificare, tramite un amperometro, il passaggio di corrente attraverso lo spazio presente tra il filamento e la placca. In pratica gli elettroni, quando la lampadina era accesa, riuscivano a "saltare" nel vuoto dal filamento incandescente per raggiungere la placca.  L'esperimento aveva dato un esito positivo ma di che fenomeno si trattava? Bene, Edison non riuscì a trovare una spiegazione, ma diede comunque un nome alla sua scoperta; la chiamò "effetto Edison". Aveva sostanzialmente osservato la "emissione termoionica".

Ed arriviamo al 1899, quando uno scienziato inglese, tale Sir J.Thomson, riuscì finalmente a spiegare la scoperta di Edison.

Sir Thomson sosteneva che particelle negative di elettricità, chiamate elettroni, venivano emesse dal filamento delle lampade di Edison quando queste erano incandescenti. Quindi il filamento della lampadina, quando è incandescente, produce elettroni con carica negativa. Va bene, ma dove vanno questi elettroni? Sir Thomson aveva notato che gli elettroni venivano attratti dalla placca caricata positivamente (poiché collegata al morsetto positivo della batteria) finché il filamento era incandescente, determinando un passaggio di corrente che andava a chiudere lo spazio "vuoto" presente tra la placca e il filamento.

Anche lo scienziato inglese J.A. Fleming si dedicò attivamente alla scoperta, compiendo un notevole balzo in avanti nella ricerca quando progettò la prima vera valvola elettronica, rendendola di fatto in qualche modo utilizabile, almeno in campo teorico. Come ?

Fleming aveva notato che quando la placca (quella realizzata da Edison) veniva collegata al polo negativo della pila, il passaggio di corrrente era pari a zero. La valvola poteva quindi essere utilizzata come elemento rettificatore per converitre la corrente alternata in corrente continua.

Ed arriviamo al 1907, quando la valvola di Fleming veniva ripresa da Lee De Forest, che riuscì a realizzare un dispositivo atto ad amplificare le piccole correnti elettroniche, inserendo un terzo elettrodo, questa volta a spirale, chiamato "griglia di controllo" nello spazio tra il filamento e la placca, realizzando una valvola amplificatrice.

Era la valvola "audion",nome dato dallo stesso inventore, poi sostituito dal nome "triodo" poiché composto da tre elementi; quello a due elementi era il diodo, ricordate?

La valvola "audion"

Strutturalmente la nuova valvola era costituita da un'ampolla in vetro sottovuoto con i tre elementi sopra citati. Ma venivamo al funzionamento del "triodo". In maniera molto elementare possiamo pensare che gli elettroni si spostano dal filamento alla placca, ma la quantità di elettroni in movimento sono controllati dalla griglia in relazione alle tensioni applicate. La griglia funziona come una saracinesca che fa passare tanta, poca o niente acqua in un impianto idraulico. Se alla griglia non si applica alcuna tensione rispetto al catodo, la valvola si comporta come un diodo. Se invece alla griglia si applica una tensione lievemente negativa (rispetto al catodo) avviene una significativa variazione di corrente all'interno alla valvola. Quindi variando lievemente la tensione della griglia, si produce una grande variazione di corrente (come il pedale dell'acceleratoredell'auto, basta poco per aumentare i giri del motore). A questo punto, potendo facilmente controllare il flusso di corrente, possiamo immaginare il loro impiego nell'elettronica per amplificare i segnali di radiofrequenza, mescolare segnali di diversa frequenza, trasformare una corrente alternata in corrente continua pulsante ecc., ma direi che ci fermiamo qui.

Il mio intento era spiegare le origini della valvola elettronica. Mi sarebbe piaciuto spiegare come fanno gli elettroni a muoversi più o meno velocemente, staccandosi poi dalla superficie metallica, e come incide la temperatura sulla velocità degli elettroni formando la "nube elettronica". Siete curiosi di approfondire l'argomento? Bene, allora ho raggiunto il mio scopo.

73! de IW2IID - Fabrizio.