Aunque el efecto de emisión termoiónica fue originalmente informado por Frederick Guthrieen 1873, es la investigación de Thomas Alva Edison el trabajo más a menudo mencionado. Edison, al ver que con el uso el cristal de las lamparas incandescentes se iba oscureciendo, buscó la forma de aminorar dicho efecto, realizando para ello diversos experimentos. Uno de ellos fue la introducción en la ampolla de la lámpara de un electrodo en forma de placa, que se polarizaba eléctricamente con el fin de atraer las partículas que, al parecer, se desprendían del filamento. A pesar de que Edison no comprendía a nivel físico el funcionamiento, y desconocía el potencial de su "descubrimiento", en 1884 Edison lo patentó bajo el nombre de "Efecto Edison". Triodo de 1906. Al agregar un electrodo plano (placa), cuando el filamento se calienta se produce una agitación de los átomos del material que lo recubre, y los electrones de las órbitas de valencia son acelerados, alcanzando velocidades de escape, con lo que se forma una nube de electrones por encima del mismo. La nube termoiónica, fuertemente atraída por la placa, debido al potencial positivo aplicado en la misma, da lugar a la circulación de una corriente electrónica a través de la válvula entre el filamento y el ánodo. A este fenómeno se le denomina Efecto Edison-Richardson o termoiónico. Llegados a este punto, tenemos que la válvula termoiónica más simple está constituida por una ampolla de vidrio, similar a la de las lámparas de incandescencia, a la que se le ha practicado el vacío y en la que se hallan encerrados dos electrodos, denominados cátodo y ánodo Físicamente, el cátodo, consiste en un filamento de wolframio (también llamado tungsteno) recubierto por una sustancia rica en electrones libres, que se calienta mediante el paso de una corriente. El ánodo está formado por una placa metálica que rodea al filamento a una cierta distancia y a la que se aplica un potencial positivo. Por constar de dos electrodos a la válvula antes descrita se le denomina diodo tubo de vacío o bulbo. televisión. que rodea el filamento. redes telefónicas. otra aplicación. Al estar los filamentos aislados se pueden conectar juntos (en serie o paralelo) los filamentos de todas las válvulas del equipo.En tanto que la función de cátodo es realizada directamente por el filamento. se utiliza un cátodo independiente constituido por un pequeño tubo metálico revestido o "pintado" con algún material rico en electrones libres. y dado que con pequeñas diferencias de potencial aplicadas entre rejilla y cátodo se pueden producir variaciones considerables de la corriente circulante entre cátodo y ánodo. posiblemente la más importante. se trata de una válvula de caldeo directo. En este caso la válvula se denomina de caldeo indirecto. radar. lo que no es posible con cátodos de caldeo directo. válvula de vacío. como el óxido de torio. pudiendo entonces la corriente del caldeo ser incluso alterna. conmutar. Cuando se quieren obtener mayores corrientes a través de la válvula y un aislamiento eléctrico entre la fuente de corriente de caldeo del filamento y la de ánodo-cátodo. también llamada válvula termoiónica. computadoras analógicas y digitales. La válvula originaria fue el componente crítico que posibilitó el desarrollo de la electrónica durante la primera mitad del siglo XX. o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio "vacío" a muy baja presión. es como amplificador Característica del tubo al vacío La válvula electrónica. etc. Algunas de estas aplicaciones son anteriores a la válvula. audio. pero los principios de funcionamiento básicos son: . fueron introducidos muchísimos tipos de válvulas. A lo largo de su historia. es un componente electronicoutilizado para amplificar. Si se agregan otros electrodos entre ánodo y cátodo (llamados rejillas) se puede controlar o modular el flujo de electrones que llegan al ánodo. una de las aplicaciones de las válvulas termoiónicas es su utilización como rectificador Asimismo. control industrial. aislado eléctricamente. En este tipo de válvulas el filamento solo es el elemento calefactor y no se considera un electrodo activo. de ahí la denominación de válvula. pero muy próximo a él para poder calentarlo adecuadamente. pero experimentaron un crecimiento explosivo gracias a ella. incluyendo la expansión y comercialización de la radiodifusión. Debido al hecho de que la corriente por el interior de la válvula solo puede circular en un sentido. o en presencia de gases especialmente seleccionados. así como en equipos de sonido de alta fidelidad. se utilizan las características de la conducción electrónica en gases ionizados. De esta manera. El filamento es el órgano calefactor que proporciona la energía suficiente para que el cátodo emita una cantidad de electrones adecuada. La gran mayoría de las válvulas electrónicas están basadas en la propiedad que tienen los metales en caliente de liberar electrones desde su superficie. Esto resulta principalmente importante en los reguladores de tensión. válvula de conmutación T/R. . Posteriormente se separaron las funciones. Efecto Edison. etc. Ambas formas convivieron ya que el caldeo directo mejora la transferencia térmica entre el cátodo y el filamento. thyratrones. quedando el filamento sólo como calefactor y el cátodo como electrodo separado (cátodo de caldeo indirecto). rectificadores de vapor de mercurio. También siguen siendo ampliamente utilizadas en preamplificadores de micrófonos. Por ejemplo en transmisores de radiofrecuencia de alta potencia y sistemas de radar se utilizan magnetrones. En otros casos. el filamento también actuaba como cátodo (cátodo de caldeo directo). baratos y fiables que la válvula. Efecto fotoeléctrico El ocaso de esta tecnología comenzó con la invención del transistor y el posterior desarrollo de componentes de estado sólido que eran mucho más pequeños. guitarras y bajos. válvula de conmutación T/R. Gases ionizados Cuando el ambiente está lleno de gases ionizados se crea una corriente eléctrica de convección. En las primeras válvulas. amplificadores. pudiéndose generar las aplicaciones que se deseen. mientras que el caldeo indirecto simplifica grandemente el diseño de los circuitos y permite optimizar cada uno de los electrodos. se puede controlar las características de conducción de este flujo de electrones en el medio. donde por razones técnicas resultan más convenientes. rectificadores de vapor de mercurio. Gases ionizados. Sin embargo hoy en día aún sobrevive en ciertas aplicaciones específicas. etc. En televisión y sistemas de imagen medicinal aún se utilizan tubos de rayos catódicos o tubos de captura de imagen. esto resulta principalmente importante en los reguladores de tensión. válvulas de onda progresiva TWT. Efecto fotoeléctrico En otros casos. el principio de funcionamiento se basa en la emisión de electrones por él. etc. y en el hogar es la base de funcionamiento del horno microondas. gracias al empleo de materiales con un potencial de extracción de electrones más bajo (aleaciones de torio. el óxido de calcio suele recubrir los filamentos de las pantallas de vacío fluorescentes (VFD)..). la señal útil aparece modulada por las vibraciones mecánicas..) Los cátodos también deben ser buenos conductores. Por ello la temperatura de los filamentos ha ido descendiendo. variando su distancia con la rejilla. óxidos de lantánidos. lo que es especialmente desagradable en el caso de amplificadores de audio. lo que limita la aplicación de algunos recubrimientos a aplicaciones muy particulares... Ánodo El ánodo recibe el flujo de electrones que. En el ánodo. Desgraciadamente. lo que va reduciendo su sección en ciertos puntos que ahora se calientan más que el resto. han sido acelerados hasta adquirir gran energía que transfieren al ánodo cuando chocan contra él. la temperatura de funcionamiento de los cátodos ha ido haciéndose cada vez menor. Este efecto disminuye enormemente si se trabaja a temperaturas bajas con materiales de alto punto de fusión (Wolframio. es decir. se ve sometido al efecto de sublimación del material de su superficie. al estar caliente. Para prolongar la vida de los filamentos. en la mayoría de las válvulas. El filamento El filamento. que debe ser constante a lo largo de la vida de la válvula. los ánodos de las válvulas de potencia son grandes. muchas veces masivos y forman parte del propio cuerpo de la válvula. Efecto microfónico: este efecto consiste en la transmisión al filamento de vibraciones mecánicas. por ello algunas válvulas se encerraban en tubos de gran permeabilidad magnética (mu-metal). su paso al estado gaseoso. transmite estas oscilaciones al cátodo. Cátodo El cátodo es el responsable de la emisión de electrones. pudiendo refrigerarse directamente desde el . Los campos magnéticos también pueden crear oscilaciones del filamento. lo que produce una modulación en la corriente de electrones. Por ello. ya que las vibraciones que se acoplan provienen del propio altavoz. y los cátodos se van agotando según envejecen. Cuando el filamento vibra. aumentando la sublimación en ellos hasta que el filamento se rompe. esto no es así. Por ejemplo. atrae a los electrones. El diodo al vacío El diodo de vacío fue el primer avance hacia las válvulas eléctricas de John Ambrose Fleming lo descubrió en 1904 que al colocar dentro de una bombilla incandescente un electrodo algo alejado del filamento se establecía una corriente entre el filamento y ese electrodo. que está cargado positivamente y. por tanto. El tríodo El primero es el cátodo que al calentarse produce electrones El segundo es el ánodo o placa. con una pequeña tensión controlamos una gran corriente. Anteriormente. Esto es muy interesante pues aplicando una señal de muy débil intensidad entre cátodo y rejilla podemos conseguir que la variación del flujo de electrones entre éste y el ánodo sea muy grande. Por eso. Es decir. la refrigeración de ánodo se realizaba fundamentalmente por radiación. que se produce en el ánodo. de gran energía. vapor de agua. El tercero es la rejilla que se sitúa entre el cátodo y el ánodo. A ese fenómeno se le llama amplificación. por lo que las ampollas de vidrio eran grandes y separadas del ánodo.exterior. normalmente indeseable. etc. cuando los electrones incidentes. el tríodo es un Amplificador. . aire a presión. por contacto con una superficie fría. para que éste pudiese adquirir gran temperatura. La tensión aplicada a la rejilla hace que el flujo de electrones desde el cátodo al ánodo sea mayor o menor. arrancan electrones del metal. La emisión secundaria es un efecto. en la mayoría de ellas degrada la señal y debe evitarse. Aunque en algunas válvulas este efecto se aprovecha para obtener ganancia. repeliendo los electrones secundarios nuevamente hacia el ánodo. consiguiéndose con ello una mejora de la amplificación de las frecuencias altas. A la pantalla se le aplica un potencial positivo con objeto de acelerar los electrones que van del filamento-cátodo a la placa. Esta insensibilidad a la tensión de ánodo permite mucha mayor ganancia a un tetrodo que a un tríodo. Los electrones liberados en esta emisión secundaria son captados por la rejilla pantalla (positiva). dificultando el buen funcionamiento de la válvula en frecuencias altas. Es por ello que. se añadió una nueva rejilla. introduciendo una gran distorsión en las señales amplificadas. Fue inventado por Bernhard D. Esta capacidad parásita re-alimenta la señal de la placa a la rejilla. que ejerce poca influencia sobre la rejilla de control.El tetrodo Se denomina tetrodo a la válvula termoiónica constituida por cuatro electrodos: cátodo. Muy parecida funcionalmente al tríodo tiene tres rejillas en vez de una sola.H. desacoplando la señal entre la placa y la rejilla de control. En muchos pentodos la rejilla supresora va unida internamente al cátodo. Schottky mientras trabajaba para Siemens & Halske GMBH en Alemania durante la 1 Guerra Mundial. Tellegen en el año 1926. entre la rejilla normal y la placa. Con ello el condensador rejilla-placa queda desdoblado en dos condensadores en serie. había un inconveniente: se producía una emisión segundaria en la placa. dos rejillas y ánodo. Este potencial positivo "oculta" el potencial del ánodo. denominada pantalla. adecuadamente polarizada (más negativa que la placa). El tubo tetrodo fue desarrollado por Walter H. por lo que se introdujo una segunda rejilla. llamada supresora que. Una tercera rejilla a la válvula de cuatro electrodos o tetrodo es que aunque con la segunda rejilla se aumentaba la amplificación. para evitar esta emisión secundaria. . por emisión secundaria. elimina este efecto indeseado. El pentodo Se denomina pentodo a la válvula termoiónico formada por cinco electrodos. La segunda rejilla (pantalla) hace que funcione mejor en frecuencias más altas y la tercera (supresora) elimina la distorsión. ya heredado de la fabricación de bombillas. plumbicones: son tubos de cámara de televisión. Pero un menor vacío implica un mayor desgaste de los filamentos. de modo que para válvulas de alta potencia y radiofrecuencia se prefiere utilizar cerámicas. tienen buena conductividad térmica y alto punto de fusión. voltímetros y . Su talón de Aquiles ha sido el establecimiento de uniones estancas y duraderas entre la cerámica y el metal (conexiones de los electrodos. aumentando el número de colisiones con los electrones y disminuyendo el rendimiento del tubo. aunque se extraiga todo el aire de una válvula. que son menos frágiles. el getter se vuelve blanquecino. La cerámica El material más utilizado en construcción del "recipiente" de la válvula es el vidrio. indicador de equilibrio de puente. orticones. • Iconoscopios. El magnesio evaporado se deposita en la superficie del vidrio formando un recubrimiento brillante. Tipos de válvulas al vacío: Tiratrones: tríodos rellenos de gas. osciloscopios. disipadores). • Ojos mágicos: indicadores de sintonía. Los metales y otros materiales tienen propiedades de absorción y adsorción de gases de la atmósfera. vidicones. Una vez resuelto el problema. el vacío interior se reduce. Pero el vidrio tiene bajo punto de fusión. Para evitarlo se utiliza el getter. magnesio) que se evapora una vez sellado el tubo. ánodo. algunas válvulas como los tiratrones basan su funcionamiento en la presencia de ciertos gases llenando el tubo. El getter adsorbe las moléculas de gas que puedan liberarse en el tubo. • Tubo de rayos catódicos: las pantallas de televisión. etc. por lo que históricamente se ha ido avanzando hacia las válvulas de alto vacío mediante un avance conjunto en todos los demás componentes. Por ello. la cerámica ha desplazado al vidrio en válvulas de potencia y de microondas. es un buen aislante térmico y es frágil. que es un material (por ejemplo. Sin embargo. y cuando se calientan a baja presión los van liberando lentamente. manteniendo la integridad del vacío.Al vacío Un menor grado de vacío implica la presencia de un mayor número de moléculas de gas en la válvula. con el uso. Cuando entra aire en el tubo. Era sin duda otro tipo de televisión. • Klistrones. con el consiguiente por favor. se trataba de una larga espera. y ver cuál de los tubos no lucía. indicador de saturación en grabadores de cinta magnética. de pequeñitos. Entonces se decía eso de “¿tiene una lámpara como esta?”. cuyo único entretenimiento en las largas tardes-noches de inverno era ver la tele. Nuevas aplicaciones de los tubos al vacío Las NASA está desarrollando una nueva generación de tubos de vacío que permitirá hacer chips resistentes a la radiación del espacio. Si la tele dejaba de funcionar entonces se avisaba a un técnico que venía a arreglártela. Estos tubos tenían unos filamentos similares a los de las antiguas bombillas que terminaban por fundirse con el uso.multímetros. todos ellos dispositivos de microondas. magnetrones. La idea era sacarlo de su zócalo y llevarlo a una tienda de electrónica. tubos contadores. uno de los tubos o válvulas de vacío había dejado de funcionar. • Tubo Williams: memoria digital. tanto desde el punto de vista de los contenidos como de la tecnología empleada. Esto se solía deber a que se habían fundido una “lámpara”. teniendo cuidado de no recibir una descarga del condensador ni del sistema de alto voltaje. Lo mejor de esos tiempos es que las cosas se reparaban. ese tipo de televisores dejaba de funcionar súbitamente. Además. y enchufando el nuevo tubo en su lugar. pues estaban pensadas para ser reparadas y no se tiraban. en aquellos tiempos la televisión solamente contaba dos cadenas. sólo conocimos la televisión en blanco y negro. se podía recuperar el funcionamiento del televisor. A veces podía tardar días y para un niño. • Decatrón y trocotrón. Tubos de onda progresiva. Algunos. claro. Lo peor que podía suceder es que. es decir. de vez en cuando. Pero cuando se tenía un poco de uso de razón se podía abrir la tele por detrás. A la vuelta. • VFD: Displays fluorescentes de vacío. • Selectrón: memoria digital. . la radiación puede alterar la estructura cristalina del semiconductor. Los electrones pueden viajar del filamento cargado negativamente a la placa y ser controlados por el voltaje de la rejilla. Los transistores permitían además hacer circuitos integrados. La radiación no afecta al tubo de vacío. pero la NASA cree que puede usarlos.La verdad es que por esa época los televisores eran ya de los pocos dispositivos que tenían tubos de vacío. incluyendo los tocadiscos. disipaban menos calor y eran mucho más compactos que los tubos de vacío. Si se trata de un triodo. Las computadoras que la NASA pone en el espacio (y similares a las que usamos todos) . como los televisores de blanco y negro antiguos. Las radios y otros aparatos tenían transistores desde hacía mucho tiempo. Así que se han puesto a desarrollar dispositivos integrados que usan tubos de vacío. los tubos pueden ser más rápidos que los transistores y resisten mejor las radiaciones. Pero los tubos de vacío tienen ciertas ventajas sobre los transistores. para ciertas aplicaciones. Este esquema permite la amplificación de una señal. Además de usarlos en aplicaciones de alta potencia. En el espacio exterior puede haber demasiadas radiaciones. y que este deje de funcionar adecuadamente. sobre el filamento habrá otros electrodos. Un tubo de vacío consta de una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío que contiene un filamento incandescente. Los electrones en el tubo de vacío se mueven mucho más rápido que los electrones por el semiconductor de un transistor. y los tubos de vacío resistirían esas condiciones. Sólo los amplificadores de alta potencia llegaron a mantener los tubos. sobre todo en ciertos lugares y momentos. una rejilla y una placa cargada positivamente (aunque en general la geometría es cilíndrica). Además. lo que nos proporcionó todo tipo aparatos electrónicos. previamente mejorados. incluyendo los ordenadores. La verdad es que los transistores de silicio consumían muchas menos energía. Ganaron la batalla muy rápidamente y sólo quedaban algunas reliquias que usaran tubos. Puede que parezca ridículo volver a usar tubos de vacío. Meyya Meyyappan. por ejemplo. Además podrán operar en la gama del espectro electromagnético en torno al terahertz. pues la probabilidad de que los electrones choquen con átomos del aire a esa escala es muy reducida. sumidero y puerta. La ventaja de trabajar a estos tamaños es que no se necesita practicar ningún vacío. son unas 10 veces más rápido que los transistores de silicio habituales. Por otro lado. Los electrones son emitidos por la fuente gracias a un voltaje aplicado entre ella y el sumidero. Esto permitirá el estudio del espectro de emisión de ciertas moléculas o podrá usarse en sistemas de seguridad de aeropuertos. tampoco se necesita crear una nueva industria. un ingeniero de la NASA. El prototipo abre las puertas a la producción en masa a coste reducido.46 Terahertz.tienen que pasar un periodo de varios años hasta que los técnicos consiguen hacer que sean resistentes a la radiación. . Un computador sin blindar y sin ser modificado dejaría de funcionar en el espacio al poco tiempo. El tubo se basa en una cavidad grabada en silicio dopado con fósforo. mamografías precisas y frecuentes si correr los riesgos de los rayos X. Aunque se podrán crear circuitos integrados con ellos. Este tipo de tubo de vacío es capaz de alcanzar una frecuencia de 0. Como está basado en las mismas técnicas fotolitográficas de los chips actuales. lamentablemente los chips obtenidos no serán muy compatibles con los habituales debido a la diferencia de voltaje a la que deberán operar. es decir. mientras que su flujo es controlado por la puerta. y su equipo han conseguido desarrollar nanotubos de vacío. entre las ondas de radio y el infrarrojo. Permitirá hacer. Pero los nuevos chips de “tubos de vacío” ahorraran trabajo y costes a la NASA porque serán resistentes a las radiaciones. necesita 10 voltios para operar frente al voltio de los transistores. La fuente y el sumidero están separados por 150 nanómetros mientras que la puerta está encima. Una muy buena aplicación de la tecnología basada en ondas del terahertz es en el diagnóstico no invasivo. La cavidad está bordeada por tres electrodos que hacen de fuente. Aunque seguro que habrá algún melómano que diga que los tubos dan una sonoridad que no dan los transistores.No está nada mal para los viejos dinosaurios de tubos de vacío. casi extintos durante las últimas décadas. .