Valvole termoioniche

La tensione elettrica presente all’interno di un’antenna è, come detto, minima (millesimi o milionesimi di Volt). Per usufruire delle informazioni ricevute con le onde elettromagnetiche serve più potenza, che proviene dalle prese della corrente elettrica. L’amplificazione delle onde ricevute è fondamentale: senza di esse mancherebbero la radiodiffusione, la TV, il radar, varie strumentazioni di radio aiuto per aerei e navi. All’inizio, al momento della scoperta della necessità dell’amplificazione, lo strumento che venne impiegato per adempiere a questo scopo fu una valvola termoionica detta triodo (il suo nome deriva dal fatto che sia formata da tre parti: filamento, griglia e placca), inventata da Lee De Forest nel 1906. Due anni prima, il britannico John Ambrose Fleming, impiegato alla Marconi Company, aveva usato con successo un diodo termoionico come rilevatore di precisione di frequenze radio.
Il diodo ha una struttura più elementare perché è formato solo da filamento e placca.

Funzionamento
Un corpo metallico incandescente emette elettroni. Questo avviene perché, con l’aumento della temperatura, i moti di oscillazione degli atomi (la loro vibrazione attorno alle loro posizioni equilibrio), aumentano sempre più. L’energia cinetica media è aumentata, inoltre, dagli urti sempre più frequenti tra gli atomi. Ad una certa temperatura gli elettroni sono in grado di superare la barriera di potenziale (che a temperatura ambiente li tratterrebbe nel metallo). Si può comprendere il meccanismo della barriera potenziale citando il simile fenomeno della tensione superficiale nei liquidi. Anche questa forza diminuisce con l’aumento della temperatura, e del vapore può distaccarsi dal liquido. Analogamente, con un’energia maggiore a quella della barriera di potenziale, gli elettroni sfuggono dal metallo. è questo il processo dell’emissione termoionica, scoperto da Edison durante le sue ricerche per trovare i filamenti più adatti alle lampadine ad incandescenza.

Si immagini un tubo in cui è stato ottenuto il vuoto. Quando gli elettroni si separano dal metallo, si forma una nuvola di elettroni attorno a questo. Essa ha carica negativa e impedisce ad altri elettroni di allontanarsi dal conduttore. Se, però, ad una certa distanza nel tubo si pone una placca caricata positivamente (un elettrodo), gli elettroni si spostano immediatamente verso di essa. La nuvola cessa di esistere e si forma un flusso di elettroni, una corrente che si muove dal polo negativo a quello positivo.

Con una corrente alternata, la placca muta continuamente il suo potenziale. In ogni caso, però, il flusso di elettroni passa solo quando la placca è positiva rispetto al filamento metallico. Passando in questo tubo, detto di Fleming, una corrente da alternata si trasforma in pulsante, flotta sempre nello stesso verso; questa corrente è unidirezionale. Fleming battezzò questo congegno "valvola", dalla chiara derivazione idraulica; in America fu chiamato, invece, tube. Oggigiorno i due termini coesistono nel linguaggio scientifico.

Il diodo ha due elettrodi: un catodo emette elettroni, l’anodo li raccoglie. Essi sono contenuti in un’ampolla di vetro in cui la pressione atmosferica giunge fino al milionesimo di atmosfera.
Il triodo ha, invece, tre elettrodi: un catodo, un anodo (questi due hanno le stesse funzioni che nel diodo) e una griglia. Questa è, in pratica, una rete metallica fine (o una spirale) e la sua funzione è simile a quella di un rubinetto. Perché la corrente passi, la griglia deve essere positiva rispetto al catodo; se, invece, questa è negativa, l’attrazione dell’anodo è neutralizzata. Una minima variazione del potenziale elettrico della griglia produce forti variazioni di corrente nella placca positiva. Il segnale che giunge alla griglia con poca potenza, in breve, nella placca ha la stessa forma, ma risulta notevolmente amplificato.

Attualmente le valvole termoioniche sono state in larga parte soppiantate dai transistor, ma rimangono ancora utilizzate per l’amplificazione di segnali a potenze molto alte, dell’ordine del kilowatt, o per apparati audio ad alta fedeltà.