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Tipologia delle Valvole: Diodo Termoionico Tungar

Indice Argomento Corrente

1) Diodo Termoionico Tungar

2) Principio di funzionamento

3) Miglioramenti costruttivi atti a migliorarne le caratteristiche

4) Diodo Termoionico Tungar General Electric: esempio commerciale

5) Rumore

6) Curiosità

1 - Diodo Termoionico Tungar:

Si tratta a tutti gli effetti di una valvola termoionica, non a vuoto spinto ma riempita di gas a bassa pressione, ha come tutte le valvole termoioniche, un catodo riscaldato che emette elettroni ed un anodo.
In definitiva una valvola relativamente semplice dal punto di vista costruttivo.
Il nome Tungar deriva dalla contrazione delle due parole Tungsteno (metallo con cui è costruito il catodo) e Argon (il gas inserito nell'ampolla).
Questo tipo di valvola dal momento delle prime versioni ha poi subito delle modifiche sia per quello che riguarda il gas di riempimento che per il catodo ma il nome è rimasto lo stesso.
Questo tipo di diodo è molto antico, è stato commercializzato la prima volta all'inizio del 1900 e ha in genere lo stesso zoccolo (attacco a vite Edison) che si utilizzava per le lampadine, essendo derivato da queste ultime. La costruzione è molto simile a quella di una comune lampadina, fatta eccezione per l'anodo ricavato sulla parte superiore.

A sinistra il disegno di un diodo tungar. Si nota la somiglianza con una comune lampadina. Nel bulbo viene introdotto del gas argon a bassa pressione, caratteristica comune anche ad alcune lampadine ad incandescenza.

2 - Diodo Termoionico Tungar: principio di funzionamento

Questo diodo è usato come rettificatore per (relativamente) alte correnti e si avvale dell'effetto valanga che deriva dalla ionizzazione di un gas. Il lato negativo di questo componente è la relativamente alta tensione inversa che può sopportare. Ma vediamolo nel dettaglio e analizziamone le fasi di funzionamento:

• Applicando una tensione positiva all'anodo del diodo senza accendere il filamento il diodo non conduce.

• Se scaldiamo il filamento ed applichiamo una tensione positiva all'anodo gli elettroni che escono dal filamento per effetto termoionico vengono accelerati verso l'anodo. A questo punto ci sono due possibilità:

• Gli elettroni non hanno abbastanza energia per ionizzare gli atomi di gas che incontrano durante il loro percorso, danno luogo ad una piccola corrente che scorre nel circuito anodico.

• Gli elettroni hanno abbastanza energia per ionizzare gli atomi di gas che incontrano durante il loro percorso, danno luogo ad una corrente che è la somma degli elettroni emessi dal catodo più quelli strappati per collisione agli atomi di gas. Poi a sua volta un elettrone strappato da un atomo di gas può ionizzare un altro atomo e così via, con quello che viene chiamato effetto valanga. Gli atomi divenuti ioni negativi migrano verso il catodo andando a neutralizzarsi su esso.

• La corrente a questo punto è molto più elevata di quella dovuta ai soli elettroni fuoriusciti dal catodo.

• Esiste un livello di tensione minimo per innescare questo fenomeno che una volta partito si autoalimenta e persiste anche a tensioni più basse di quella di innesco detta tensione di mantenimento.

• Al di sotto della tensione di mantenimento il fenomeno cessa.

• Invertendo la polarità ovvero polarizzando negativamente l'anodo, questo essendo freddo non emetterà elettroni e non potrà generare ioni di gas quindi il diodo non conduce.

• Vi è una tensione limite per cui si innesca una scarica fra anodo e catodo anche se l'anodo è negativo che costituisce la massima tensione inversa che il diodo può sopportare senza entrare in conduzione.
  Questa tensione è direttamente proporzionale alla pressione del gas contenuto all'interno e alla distanza fra il catodo e l'anodo. Tuttavia vi è sempre un compromesso fra efficienza del diodo e massima tensione inversa applicabile.
  In altre parole più è alta la tensione inversa applicabile maggiore è la resistenza interna del diodo in polarizzazione diretta.

Funzionamento normale: gli elettroni fluiscono dal catodo all'anodo grazie alla differenza di potenziale delle batteria dando luogo alla corrente anodica (Ia). Gli elettroni nel loro viaggio verso l'anodo collidono con gli atomi di gas generando uno ione positivo che migra verso il catodo e un elettrone libero che incrementa la corrente anodica. Questo fenomeno procede a cascata e si mantiene anche per tensioni molto più basse di quella di innesco.

Invertendo la tensione il diodo termoionico tungar non conduce fino a che la tensione inversa non diventa tanto grande da innescare una scarica fra gli elettrodi.

3 - Diodo Termoionico Tungar: miglioramenti costruttivi atti a migliorarne le caratteristiche

Nella realtà per migliorarne le caratteristiche il diodo tungar può essere realizzato utilizzando una miscela di vari gas con aggiunta di mercurio al posto dell'argon.
Il catodo può essere realizzato in tungsteno toriato o di nichel rivestito con ossido di bario.
L'anodo in genere è realizzato in grafite su un supporto di nichel.

4 - Diodo Termoionico Tungar General Electric: esempio commerciale

Sopra un esempio di un diodo tungar commerciale della General Electric.
Si tratta di un dispositivo atto a operare con tensioni relativamente alte come rettificatore a doppia semionda. Infatti nell'immagine è possibile distinguere i due anodi. Come vediamo i dati salienti sono:

• La tensione di accensione del filamento di 2,5V
• La corrente di accensione del filamento di 24A
• Il tempo di riscaldamento consigliato prima di applicare le tensioni anodiche di 300 Secondi
• La corrente media per anodo di 3A
• La tensione massima applicabile fra gli anodi di 1000V
• La tensione media di uscita di 250V

5 - Diodo Termoionico Tungar: rumore

Il diodo tungar come tutti gli apparati che funzionano in virtù di una ionizzazione di un gas producono molto rumore dovuto alla natura tipicamente probabilistica della ionizzazione del gas e di conseguenza della corrente anodica.

6 - Diodo Termoionico Tungar: curiosità

In genere i diodi tungar hanno il vetro metallizzato o comunque non trasparente, questo per ridurre l'emissione di luce che in alcuni contesti potrebbe essere fastidiosa.