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Tipologia delle Valvole: Diodo Termoionico

Indice Argomento Corrente

1) Diodo Termoionico

2) Utilizzare una qualsiasi valvola come diodo termoionico

3) Esempio di Diodo Termoionico Commerciale

1 - Diodo Termoionico:

E’ la valvola meno complessa, ha solamente due elettrodi, l’anodo e il catodo e viene usata come raddrizzatore negli alimentatori.
Infatti gli elettroni possono transitare solo dal catodo (che li emette) all’anodo (o placca) che li riceve e questo succede solo se l’anodo è positivo rispetto al catodo.
Viceversa se l'anodo è negativo o a potenziale zero non vi è corrente anodica (Ia).
Da notare la non linearità del comportamento del diodo termoionico, che si accentua nella parte superiore della curva che assume un andamento orizzontale, ovvero aumentando la tensione la corrente non cresce.
Questo fenomeno detto saturazione è da imputare al fatto che tutti gli elettroni emessi vengono catturati dall’anodo.
Essendo il numero di elettroni emessi costante, la corrente anodica non aumenta.
Unico modo per aumentarla è far lavorare il diodo termoionico fuori dalle caratteristiche aumentando la corrente nel filamento e riscaldando di più il catodo che a quel punto emetterà più elettroni, processo che tuttavia ne pregiudica la durata.

Corrispondenza fra gli elettrodi reali e la simbologia grafica adottata per il diodo termoionico. L'immagine si riferisce ad un diodo termoionico a riscaldamento indiretto.

Funzionamento normale: gli elettroni fluiscono dal catodo all'anodo grazie alla differenza di potenziale delle batteria dando luogo alla corrente anodica (Ia).
Sopra a sinistra diodo con catodo a riscaldamento indiretto, a destra diodo con catodo a riscaldamento diretto.

Invertendo la tensione il diodo termoionico (sopra a sinistra con catodo a riscaldamento indiretto, a destra con catodo a riscaldamento diretto) non conduce.

Il diodo termoionico è un dispositivo che permette la circolazione della corrente in un solo verso, dal catodo verso l’anodo.
Quindi, come evidenziato nella figura sottostante, applicando una tensione alternata all’anodo la corrente circola solo in corrispondenza delle semionde positive.

Nella figura sopra, se ad un diodo termoionico viene applicata una tensione alternata, nel circuito circola una corrente solo in corrispondenza delle semionde che rendono positivo l’anodo rispetto al catodo.
Infatti gli elettroni possono andare solo dal catodo, dove vengono emessi, all’anodo che li attira.
Quando l’anodo è negativo rispetto al catodo, quest’ultimo continua ad emettere elettroni, ma questi non possono essere attirati dall’anodo, e quindi non vi può essere corrente. Sulla resistenza di carico Rc, quindi circola corrente solo in un verso.

Riassumendo:

• Quando l'anodo è positivo in corrispondenza della semionda positiva della tensione alternata il diodo termoionico conduce, vi è passaggio di corrente anodica e vi è una tensione ai capi della resistenza di carico (Rc) in misura di VRc=Rc*Ia

• Quando l'anodo è negativo in corrispondenza della semionda negativa della tensione alternata il diodo non conduce, non vi è passaggio di corrente anodica e non vi è una tensione ai capi della resistenza di carico (Rc) perché VRc=Rc*Ia dove Ia=0 quindi la tensione VRc=0

Il diodo termoionico è impiegato in virtù di questa sua proprietà negli alimentatori come raddrizzatore e nelle radio come rettificatore.

Nella figura sottostante è invece riportato il circuito usato per rilevare la curva anodica caratteristica del diodo termoionico.

V = Voltmetro. Serve per misurare la tensione anodica mA= Milliamperometro. Serve per misurare la corrente anodica La tensione della batteria viene parzializzata da un reostato. Normalmente si usa direttamente un alimentatore a tensione variabile, che, tuttavia deve avere una tensione di uscita dell’ordine delle centinaia di Volt.

Si procede in questo modo: si porta, manovrando il reostato la tensione a 0 Volt, poi si incrementa e si rileva la corrente, si incrementa e si rileva la corrente e così via. Questa procedura viene fatta per il numero di volte necessario ad avere una curva il più precisa possibile.
I risultati (le coppie di valori Va Ia) vengono riportati in un grafico in cui sulle ascisse si riporta il valore della tensione e sulle ordinate il valore della corrente.
Da notare: il verso della corrente è quello convenzionale cioè va dall'anodo al catodo.
Questo per un motivo ben preciso: all'inizio non si sapeva dell'esistenza degli elettroni e si pensava che fossero le cariche positive a muoversi.

Aumentare la corrente di saturazione aumentando la tensione di filamento porta ad un prematuro esaurimento della valvola ma può aumentare la corrente oltre al valore di saturazione.
Questo perché per aumentare la corrente di saturazione occorre aumentare il numero di elettroni emessi cosa possibile solo aumentando la tensione di alimentazione del filamento e quindi la temperatura di quest'ultimo.

2 - Utilizzare una qualsiasi valvola come diodo termoionico

Non è una cosa che si fa di solito ma come semplice esperimento o all'occorrenza è possibile utilizzare un triodo, un tetrodo o un pentodo come diodo termoionico, aldilà della convenienza economica (normalmente sono valvole più complesse e costose), se occorre, basta collegare le griglie all'anodo.
In questo caso ci sarebbe una corrente di griglia che si somma alla corrente anodica. Un ulteriore vantaggio è che la resistenza interna della valvola diminuisce, in quanto le griglie essendo polarizzate positivamente concorrono ad estrarre gli elettroni dal catodo.
Unico problema: le griglie normalmente non sono progettate per dissipare calore, quindi potrebbero surriscaldarsi ed è necessario collegarle all'anodo attraverso un resistore che ne limiti la corrente. Ovviamente l'utilizzo in tal senso di valvole non dedicate allo scopo ha effetti imprevedibili sulla durata e sull'efficienza delle stesse e non esiste costruttore che dichiari delle caratteristiche per questo tipo di impiego.

3 - Esempio di Diodo Termoionico Commerciale

Diodo PY81 progettato nel 1959. E' stato costruito come diodo termoionico ad alta efficienza per essere impiegato nelle televisioni. Il raddrizzatore è disegnato per resistere ad una tensione di polarizzazione inversa di 5000 Volt, e un picco di corrente di 450 mA. La tensione di filamento è di 17Volt e la corrente di filamento 300mA. L'involucro, un tubo di sottile vetro è di 19 mm di diametro e, escludendo i pin di base, è alto 71 mm. Da notare che il catodo per aumentare la massima tensione inversa è stato collegato alla sommità della valvola per scongiurare scariche fra i pin.

Diodo VT166: è un raddrizzatore ad alto vuoto utilizzato come diodo "clipper" nei RADAR. Da notare le dimensioni in rapporto al righello. Lunghezza = 9,25" Diametro = 2.62" Tensione Anodica Massima=25000Volt Corrente Anodica Massima = 300 mA Tensione filamento = 5Volt Corrente Filamento = 10,3 ampere In questo caso per aumentare l'isolamento fra gli elettrodi l'anodo è stato elettricamente collegato alla sommità dell'involucro di vetro.

Particolare dell'anodo del diodo raddrizzatore ad alto vuoto VT166. Come vedete l'anodo ha una conformazione tale da massimizzare la dissipazione di calore ed è sostenuto da una struttura che è solidale con il terminale per il collegamento dell'anodo al circuito esterno realizzato nella parte superiore della valvola per motivi di isolamento.