Triodo (elettronico)

La lampada a triodo è il primo dispositivo amplificatore di un segnale elettronico. L'ingegnere americano Lee De Forest ha inventato questa lampada nel 1906 , che ha chiamato Audion . È il fisico WH Eccles che dà il nome di triodo a questa lampada con tre elettrodi.

Storico

Operazione

Il triodo è costituito da un catodo , che emette elettroni caldi , un anodo ricevente e una griglia posta tra i due, il tutto in un tubo in cui è stato realizzato il vuoto.

Il catodo è un filamento incandescente o una piastra riscaldata da un tale filamento. Il riscaldamento del catodo fornisce energia sufficiente ai suoi elettroni per consentire loro di liberarsi dal supporto e formare una nuvola elettronica attorno al catodo (si parla di emissione catodica ).

L'applicazione di una differenza di potenziale tra catodo e anodo accelera questi elettroni (negativi) verso l'anodo (positivo) e forma una corrente di pochi milliampere nel circuito.

L'interposizione di una griglia tra i due elettrodi permette, modulandone il potenziale, di favorire o limitare questo passaggio di elettroni. L'enorme vantaggio di questa disposizione è che una piccola variazione di potenziale sulla griglia provoca una grande variazione della corrente raccolta dall'anodo: questo è il principio dell'amplificazione. Giocando sulle caratteristiche geometriche della lampada, possiamo regolare questo fattore di amplificazione (il guadagno).

Diagramma

Caratteristiche del triodo

Il fattore di amplificazione μ di un triodo esprime il rapporto tra la tensione amplificata sull'anodo e la tensione di ingresso applicata al gate: ${\ displaystyle \ mu = {U_ {a} \ over U_ {g}}}$ .

È anche uguale al rapporto tra la capacità parassita griglia-catodo e la capacità parassita anodo-catodo : ${\ displaystyle C_ {gc}}$ ${\ displaystyle C_ {ac}}$ ${\ displaystyle \ mu = {C_ {gc} \ over C_ {ac}}}$ .

Questa seconda equazione mostra che una riduzione della distanza tra la griglia e il catodo consente di aumentare il fattore di amplificazione del tubo, poiché ciò avrà l'effetto di aumentare la capacità tra la griglia e il catodo.

La legge Child per descrivere la corrente di un anodo a triodo: ${\ displaystyle I_ {a} = A \ left (\ mu U_ {g} + U_ {a} \ right) ^ {\ frac {3} {2}}}$ , dove A è una costante che dipende dalla geometria del tubo.

Dall'espansione di Taylor di questa equazione in prossimità del punto di lavoro del tubo, troviamo $\ Delta I_ {a} = {\ tfrac {\ partial I_ {a}} {\ partial U_ {g}}} \ Delta U_ {g} + {\ tfrac {\ partial I_ {a}} {\ partial U_ { a}}} \ Delta U_ {a} = g_ {m} \ Delta U_ {g} + {\ tfrac 1 {r_ {a}}} \ Delta U_ {a}$ .

La prima derivata parziale di questa equazione è la pendenza della caratteristica di trasferimento nel punto operativo ed è chiamata conduttanza reciproca o transconduttanza , che è espressa in siemens (un'unità chiamata mho prima del 1971), o più comunemente in mA / V ( 1 mmho = 1 mA / V). La seconda derivata parziale è la pendenza S della caratteristica anodica. Tuttavia, nell'arte, il nome "pendenza S" (in mA / V) è stato mantenuto per designare, in Europa, l'equivalente della transconduttanza, negli Stati Uniti. Il reciproco di questa pendenza è chiamato resistenza anodica interna ed è espresso in ohm . $g_ {m}$ $RA}$

Per e introducendo queste definizioni, questa equazione può essere scritta $\ Delta I_ {a} = 0$ $0 = g_ {m} \ Delta U_ {g} + {\ tfrac 1 {r_ {a}}} \ Delta U_ {a}$ o $g_ {m} r_ {a} = - {\ frac {\ Delta U_ {a}} {\ Delta U_ {g}}}$ .

Il termine a destra equivale alla definizione del fattore di amplificazione, ovvero il prodotto della pendenza x per la resistenza interna denominata µ. Il segno significa che la tensione anodica diminuisce all'aumentare della tensione di gate. Quest'ultima equazione può essere scritta , una formula molto utile per trovare uno dei parametri del tubo quando gli altri due sono noti. $-$ $\ mu = r_ {a} g_ {m}$

Applicazione

Questa invenzione ha permesso la comparsa del cinema parlante, del TSF (radio) e successivamente dell'elaborazione dei dati (utilizzando il triodo come interruttore "tutto o niente" e sostituendo i relè, molto più lentamente), nonché progressi nelle comunicazioni telefoniche consentendo una significativa amplificazione del segnale senza effetti di distorsione.

Il triodo è stato rapidamente perfezionato aggiungendo una seconda griglia, viene poi chiamato tetrodo ; poi, una seconda griglia aggiuntiva per evitare effetti indesiderati, in particolare l'effetto “dynatron”. Questa valvola, chiamata pentodo , sarà rapidamente adottata nella maggior parte degli amplificatori a valvole, per la sua migliore efficienza. Nonostante la necessità di sostituire regolarmente le valvole, il cui catodo si esaurisce (durata ~~ 2000h), sono ancora utilizzate oggi e molto apprezzate da chitarristi ( amplificatori ) e appassionati di hi-fi ( potenza ) per le loro eccellenti qualità di riproduzione del suono , tra i quali possiamo notare:

l' invidiabile spettro armonico in modo lineare;
la corretta risposta ai transienti producendo un suono ritenuto più naturale;
e incidentalmente l'entrata in saturazione morbida durante il clipping (sebbene non sia consuetudine in hi-fi entrare nelle zone di saturazione e clipping, tranne nel caso piuttosto particolare un amplificatore in classe B )

Al di fuori del campo marginale dei collezionisti e degli amanti della musica , il triodo è ampiamente utilizzato come amplificatore di alta potenza (500 W e oltre) fino a circa 100 MHz , in un assemblaggio "a griglia comune", con il vantaggio dell'assenza di neutrodinaggio , a differenza del il pentodo . Questi triodi per amplificatori lineari HF possono erogare da 500 W a 15 kW . I principali fornitori sono EIMAC e AMPEREX.

Modelli attuali

Principali triodi utilizzati nell'audio

Per preamplificatori

genere	$\ mu$	$RA}$ nel $k \ Omega$	$g_ {m}$ in mA / V	Pa max in W	Ua max in V
ECC83 -12AX7 doppio triodo a forte $\ mu$	100	62	1.6	1.2	300
ECC82-12AU7 doppio triodo basso $\ mu$	17	7.7	2.2	2.75	300
ECC81-12AT7 doppio triodo medio $\ mu$	60	11	5.5	2.5	300

Per amplificatori (potenza)

genere	$\ mu$	$RA}$ nel $\Omega$	$g_ {m}$ in mA / V	Pa max in W	Ua max in V
845 triodo di potenza	5.3	1700	3.1	100	1250
Triodo di potenza 300B	3.85	700	5.5	40	450

Principali triodi industriali

3CW30000H3 dissipazione massima 30 kW a 100 MHz
3CW20000A7 dissipazione massima 20 kW a 140 MHz
3CX15000H3 dissipazione massima 15 kW a 90 MHz
3CX10000A7 dissipazione massima 10 kW a 160 MHz
8161R dissipazione massima 4 kW a 110 MHz
833A dissipazione massima 0,4 kW a 30 MHz
TH5-4 dissipazione massima 4 kW a 110 MHz
TH6-3 dissipazione massima 10 kW a 140 MHz
3-500Z dissipazione massima 1000 W a 50 MHz

(i valori indicativi possono variare a seconda del produttore)

Note e riferimenti

Riferimenti

Storia della lampada radio, op. cit. p. 6

Appunti

Il brevetto è stato depositato il 29 gennaio 1907

Vedi anche

link esterno

Lampade radio , libro di Claude Paillard disponibile online

Bibliografia

Bernard Machard, Storia della lampada radio , Lacour, Nîmes, 1989.
Germain Dutheil, Guide des tubes BF , Publitronic Elektor, 1999.
Jean Hiraga, Iniziazione agli amplificatori valvolari , Dunod, 2000.
Francis Ibre, Tubi audio vecchi e recenti , ( ISBN 978-2-86661-155-2 ) , Publitronic Elektor, 2007.
Francis Ibre, Valvole audio: caratteristiche e uso , ( ISBN 978-2-86661-174-3 ) , Publitronic Elektor, 2010.
Peter Dieleman, Theory & Practice of Tube Audio Amplifiers , Elektor, 2005
(en) George Shiers, The First Electron Tube , in Scientific American, marzo 1969, p. 104.
(en) Gerald Tyne, Saga of the vacuum tube , in Prompt Publications, 1977, p. 30-83, ristampa 1994.
(en) John Stokes, 70 anni di tubi e valvole radio , in Vestal Press, NY, 1982, p. 3-9.
(en) Keith Thrower History of the British Radio Valve fino al 1940 , in MMA International, 1982, p. 9-13.