Válvula eletrônica

Princípio de funcionamento das válvulas

A válvula, tubo de eletrons, válvula termoiônica, tubo de vácuo, vacuum tube, e outras denominações é o primeiro dispositivo ativo da eletrônica. Sua descoberta e primeiro desenvolvimento se deu através dos testes de Thomas Edison, o famoso inventor da lâmpada no final do século XIX.

Ele (re)descobriu que quando um metal é aquecido, libera elétrons. Este efeito já era conhecido, mas com a invenção da lâmpada, ficou mais fácil estudar e encontrar uma aplicação prática.

Mais detalhes históricos podem ser encontrados na Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Thomas_Edison

O fenômeno, batizado de “Efeito Edison” consiste no seguinte: quando um material condutor é aquecido, acelera seus elétrons, facilitando o desprendimento dos mesmos e criando uma nuvem eletrônica em volta do metal. Se este material estiver próximo de outro menos aquecido e entre eles for aplicada uma diferença de potencial adequada, pode ocorrer uma corrente elétrica.

A “lâmpada de efeito Edison”, ou válvula, consiste em duas placas condutoras, uma próxima ao filamento, sofrendo aquecimento e outra a uma certa distância.

Quando o condutor próximo ao filamento é polarizado com tensão negativa, os elétrons são desprendidos pelo calor e atraidos pela placa positiva.

O contrário, a placa fria negativa não fornece energia térmica suficiente e os elétrons não se desprendem.

Dessa forma, foi criado o diodo termoiônico, válvula diodo ou simplesmente diodo.

Diodo

Acompanhe os desenhos:

Uma fonte de alimentação fornece os elétrons para o catodo (condutor aquecido). Como existe uma placa fria e positiva, os elétrons livres criam uma corrente elétrica no vácuo, fechando o circuito elétrico.

Nesta condição, a placa não tem energia térmica suficiente para movimentar os elétrons e estes pouca energia para atingirem o catodo quente. Nenhuma corrente é estabelecida e o circuito está aberto.

Qualquer semelhança com o diodo semicondutor moderno não é mera coincidência.

Triodo

Após a descoberta de Edison, não demorou para este novo componente despertar o interesse da comunidade científica.

Contemporâneos descobriram que ao adicionar mais um eletrodo, chamado de grade, com polaridade negativa, é possível controlar a corrente de placa. Estava inventado o amplificador.

Seu funcionamento é baseado na repulsão das cargas de mesma polaridade. Quanto maior for a tensão negativa da grade, menos elétrons conseguem passar do catodo para a placa, criando assim um efeito de válvula de restrição. Foi daí que surgiu o nome “válvula” para a Lâmpada de efeito Edison.

Características interessantes:

· Uma pequena variação na tensão negativa de grade provoca grande variação de corrente de placa

· Como não existe corrente circulando pela grade, sua impedância é praticamente infinita, impossível de se conseguir com transistores

· Na realidade, a grade é apenas um fio enrolado em espiral em volta do catodo, sem contato físico com este

· O ganho é sensivelmente mais linear que qualquer eletrônica moderna inventada até agora

O transistor nasceu com a finalidade de imitar o funcionamento do triodo, sem a necessidade do elemento aquecedor.

Tétrodo

Após o furor que o amplificador a triodo produziu, novas pesquisas mostraram que ele não é eficiente em altas frequências.

O motivo para isso são as capacitâncias parasitas existentes entre catodo e grade e grade e placa. Esta última principalmente provoca realimentação entre a saída (placa) e a entrada (grade), criando uma forte tendência à instabilidade, principalmente em altas frequências.

Por esse motivo foi desenvolvida uma nova válvula com mais uma grade entre a grade de controle e a placa, denominada de grade de blindagem.

Este eletrodo adicional recebe uma tensão ligeiramente inferior à placa. Por exemplo, com uma tensão de placa de 250V, a grade de blindagem pode receber por exemplo 190V aproximadamente (isto é apenas um exemplo!! Verifique as características da sua válvula em particular!).

Dessa forma, a capacitância parasita é dividida entre grade de controle e grade de blindagem e grade de blindagem e placa, reduzindo o efeito da realimentação.

Pêntodo

Se a intenção da criação do tétrodo foi boa, os efeitos colaterais não agradaram.

Aquela válvula em particular tem uma região altamente não-linear, que precisa ser evitada a todo custo no projeto. O motivo para isso é o fato de ter dois eletrodos positivos – a grade de blindagem e a própria placa – que acabam por provocar a aceleração dos elétrons e a consequente emissão secundária (elétrons desprendidos pela força de atração da tensão positiva).

Para evitar esse efeito, a válvula pêntodo foi dotada de mais um eletrodo, a grade supressora, geralmente ligada internamente ao catodo.

Tendo a mesma polaridade (negativa) do catodo, esta grade acaba por desacelerar os elétrons, evitando o efeito indesejável da emissão secundária e tornando esse dispositivo praticamente linear.

As válvulas de saída dos amplificadores de áudio e as grandes etapas de saída de transmissores geralmente são dotadas de um ou vários pêntodos.

A pergunta que nunca cala: qual a vantagem da válvula?

Fora a nostalgia, o gosto de ver a sala iluminada e aquecida com o bom e velho “caixão de abelha” (sem dizer o fato de sempre sentir cheiro de poeira queimada), os entendidos de música dizem que ela é insuperável em fidelidade sonora, tanto que os melhores amplificadores para baixo e guitarra são valvulados, com preços na casa dos R$5.000,00 !!

Um amigo meu, desenvolvedor de eletrônica industrial tem uma frase interessante: “Mecanicamente é muito frágil... caiu, quebrou, mas eletricamente é um touro. Você pode errar feio na tensão de polarização, tensão reversa, etc, e se desligar em menos que 5 minutos, ela está pronta para outra. Já com um transistor...”.

Há de se salientar, porém o alto consumo do filamento, que é da ordem dos 2,5W para cada uma das válvulas pequenas de um rádio a até alguns quilowatts para as enormes amplificadoras de saída dos transmissores de rádio ou TV.

Em eterna construção