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Valvole termoioniche con anodo a bassa tensione

Esistono valvole termoioniche a bassa tensione?

Certo che esistono, si tratta di tubi progettati per impieghi a batteria, per esempio le radio delle automobili, le radio ricetrasmittenti militari trasportabili, unica limitazione è impossibile ottenere della potenza con questo tipo di approccio.
Quindi in genere sono tubi adatti a funzionare in radioricevitori e non come amplificatori di potenza.
Negli apparati a batteria, come le autoradio vi erano principalmente tre possibilità per utilizzare le valvole termoioniche:

1. La più utilizzata consisteva nell'impiego di un circuito vibratore meccanico, una specie di piccolo inverter meccanico a rele' che poteva essere ridotto alla dimensione di una valvola octal (con lo zoccolo per poterlo rimpiazzare velocemente) e aveva il problema del consumo dei contatti nonché produceva molto rumore elettrico.

2. Convertitore rotativo composto da un motore che funziona alla tensione della batteria e una dynamo (dynamotor) o un alternatore collegato sull'asse del motore che produceva la tensione continua, nel caso della dynamo e alternata nel caso dell'alternatore per alimentare le valvole. Soluzione spesso adottata in apparati militari visto il costo.

3. Utilizzare delle valvole espressamente progettate per funzionare con anodica a bassa tensione.

Valvole con anodica a bassa tensione e "carica spaziale"

Alla fine degli anni "50 gli ingegneri della Tung-Sol decisero di creare una serie di valvole adatta a funzionare con la batteria delle automobili (12V) sia per quello che riguarda la tensione di alimentazione dei filamenti che la tensione anodica, adatte ad essere montate sulle autoradio.
Queste valvole differiscono da quelle standard in quanto la prima griglia, quella di controllo che usualmente ha un potenziale negativo rispetto al catodo, veniva polarizzata positivamente (con un potenziale fisso) per attrarre gli elettroni presenti nella nube elettronica attorno al catodo (detta anche carica spaziale) verso l'anodo.
Una seconda griglia posta più in prossimità dell'anodo ha la funzione di griglia di controllo.
Questo espediente unitamente ad una progettazione mirata a ridurre la distanza fra gli elettrodi ha permesso di abbassare notevolmente la tensione richiesta per permettere agli elettroni di migrare da catodo ad anodo.
Questo espediente a volte non è neppure necessario, vi sono dei tubi che funzionano tranquillamente a tensioni di 12V anche senza adattamenti di nessun tipo. Di seguito una lista dei principali tubi espressamente nati per alimentazione anodica a bassa tensione:

Sigla Tipologia della Valvola termoionica - Tubo a vuoto 8056 Triodo per alta frequenza (nuvistore) 12U7 Doppio triodo a medio-Mu (9pin) 12K5 Tetrodo di potenza 12J8 Doppio diodo e tetrodo di potenza 12G8 Doppio Triodo 12F8 Doppio Diodo e Pentodo (remote-cutoff) 12GA6 Convertitore pentagriglia 12FX8 Triodo a medio Mu e Convertitore pentagriglia 12FT6 Doppio Diodo e Triodo 12FR8 Pentodo + Triodo + Diodo 12FM6 Doppio Diodo + Triodo a medio Mu 12FK6 Doppio Diodo + Triodo a basso Mu 12FA6 Convertitore pentagriglia 1SH24B Pentodo a riscaldamento diretto 1SH29B Pentodo a riscaldamento diretto

Sigla Tipologia della Valvola termoionica - Tubo a vuoto 12F8 Doppio Diodo e Pentodo (remote-cutoff) 12EZ6 Pentodo per radiofrequenza 12EM6 Diodo + Tetrodo di potenza 12EL6 Doppio Diodo + Triodo ad alto Mu 12EK6 Pentodo (remote-cutoff) 12EG6 Eptodo a doppio controllo (amplificatore pentagriglia) 12EC8 Triodo a medio Mu + Pentodo (semiremote-cutoff) 12EA6 Pentodo (remote-cutoff) 12DZ6 Pentodo (remote-cutoff) 12DY8 Triodo a medio Mu + Tetrodo (remote-cutoff) 12DW8 Diodo e 2 Triodi con diverse caratteristiche 12DV8 Doppio Diodo e Tetrodo di potenza 12DV7 Doppio Diodo e Tetrodo di potenza ECC86 Doppio Triodo AF 1P24B Pentodo a riscaldamento diretto

Ovviamente essendo la tensione di alimentazione bassa la massima elongazione del segnale in uscita da un circuito del genere non può eccedere la tensione stessa (come valore picco a picco).
Altro problema è che dette valvole non possono essere impiegate in amplificatori di potenza perché essendo le tensioni e le correnti in gioco molto limitate anche la potenza in gioco è bassa.
Quindi nel caso di una radio al massimo possiamo pilotare una cuffia ad alta impedenza.

Valvole con anodica a bassa tensione: impieghi attuali

Attualmente (anno 2014) mi è capitato di vedere diverse applicazioni di valvole a bassa tensione per pilotare (aiutate in genere da un mosfet utilizzato come adattatore di impedenza) delle cuffie a bassa impedenza. Altro caso è quello dei buffer valvolari che si usano fra pre e finale per conferire al suono una nota valvolare.
Un altro impiego tipico e negli effetti (distorsore, overdrive e fuzz, in genere) per basso e chitarra elettrica.
Sono dei circuiti che cercano di unire il "sound" delle valvole a quello dei componenti allo stato solido per avere una timbrica tipicamente valvolare.
In linea di massima è possibile costruire un po' di tutto partendo da queste valvole, a parte come anzidetto amplificatori di potenza.
Certamente con lo sviluppo della tecnologia degli alimentatori switching è anche possibile produrre con una certa facilità tensioni tali da poter pilotare anche valvole standard, certamente più facili da reperire.

Impiego dei tetrodi e pentodi standard in configurazione "carica spaziale" per bassa tensione anodica

Esempio con un generico pentodo: La griglia di controllo viene collegata al positivo e la griglia schermo diventa la griglia di controllo. Tutto il resto rimane invariato rispetto ad una configurazione classica a catodo comune. Con questo tipo di configurazione il comportamento della valvola esula da tutte le possibili misure fatte sui datasheet quindi dovremo testarla e rilevare nuovamente le caratteristiche anodiche.

Esempio con un generico tetrodo: La griglia di controllo viene collegata al positivo e la griglia schermo diventa la griglia di controllo. Tutto il resto rimane invariato rispetto ad una configurazione classica di un tetrodo a catodo comune. Con questa configurazione ci si può aspettare che le caratteristiche anodiche assomiglino di più a quelle di un triodo.

Altro aspetto da prendere in considerazione è che usando la prima griglia per accelerare gli elettroni verso l'anodo la resistenza interna della valvola si abbassa, si riduce la carica spaziale e di conseguenza si dovrebbe ridurre in egual misura il rumore prodotto dalla valvola stessa.
Infatti come è noto, gli elettroni presenti nella carica spaziale e non inviati all'anodo ricadono ciclicamente sul catodo con un andamento tipicamente statistico, generando rumore.