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Le valvole termoioniche nascono per impieghi non troppo specifici all'inizio e vanno via via specializzandosi nella loro evoluzione. Di segiuto alcuni delle principali tipologie di valvole in funzione dell'impiego per cui sono progettate.
Si tratta in genere di valvole di piccole dimensioni a basso rumore, in genere triodi, che tipicamente hanno correnti anodiche massime dell'ordine dei milliAmpere adatte ad amplificare segnali caratterizzati da ampiezza molto ridotta. Per questo motivo devono avere un rumore interno particolarmente limitato, per non "inquinare" il segnale da amplificare.
Si tratta di valvole di dimensioni notevoli raffreddate sia ad aria che ad acqua nei modelli più potenti, che sopportano tensioni e correnti di placca anche molto alte. Le più grandi vengono usate per le trasmissioni radio.
Sono valvole caratterizzate da frequenze massime abbastanza contenute, adatte all'amplificazione audio. Hanno in genere degli accorgimenti per ridurre la microfonicità .
Si tratta di valvole che presentano una costruzione tale che le rende adatte all'impiego in alta frequenza, fino a qualche gigahertz come ad esempio le valvole coassiali.
Si tratta di valvole di potenza adatte alla trasmissione radio, che quindi possono lavorare a frequenze anche molto alte e con potenze notevoli. In genere di grandi dimensioni.
Si tratta di valvole di potenza particolarmente adatte all'impiego come elemento regolatore negli alimentatori stabilizzati a valvole. Generalmente si tratta di triodi.
Si tratta di valvole sensibili alla luce utilizzate come fotocellule. In qualche caso come per esempio per la 931A RCA anche se nate come valvole fotomoltiplicatrici vengono usate per altri usi come ad esempio generatore di rumore bianco per sistemi jammer (disturbatori).