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| Frederick Guthrie y Thomas Alva Edison descubrieron el efecto termoionico |
Para
el año 1883 y con el fin de poder controlar este flujo de electrones
Edison hizo el siguiente experimento: Dentro de un bombillo ademas
del filamento colocó una placa de metal, la cual estaba conectada al
polo positivo de una batería a la cual se le conectó un
galvanometro para observar si hay circulación de corriente, en este
caso la aguja del galvanometro se movía, lo que indicaba que había
un flujo de electrones. En cambio, si la placa de metal se conectaba
al polo negativo de la batería, no había movimiento de la aguja del
galvanometro, indicando ausencia del flujo de electrones.
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| Experimento de Edison |
Edison
observó que por medio de la polarización de la lamina de metal se
podía tener una corriente eléctrica, la cual no era mas que el
flujo de electrones que se desprendía del filamento, pero Edison no
sabia que eran electrones solo dedujo que eran cargas eléctricas,
que iba desde el filamento hasta la lamina metálica y que dicha
corriente circulaba en el interior del bombillo y posteriormente hizo
publico el resultado de este experimento, el cual fue llamado efecto
Edison, y tuvo la idea de hacer un regulador de tensión partiendo de
este efecto, la cual patentó pero nunca hizo un uso práctico del
mismo.
Varios
científicos se dedicaron a estudiar el efecto Edison, entre los que
se encontraba el físico británico J. J Thomson quien en 1897
descubrió la existencia de los electrones, determinó en 1899 que
esas cargas eléctricas que salían del filamento del bombillo eran
electrones, mas exactamente, al calentar un conductor en un espacio
ausente de oxigeno, este desprende electrones.
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| Joseph John Thomson descubrió el electrón |
Otro
físico británico, John Ambrose Flemig, mientras trabajaba para la
Edison Electric, la empresa creada por Thomas Alva Edison, observó
el efecto termoiónico, pero que en ese momento no le encontró
utilidad práctica. Pero en el año 1904 cuando laboraba para la
compañía fundada por Gugliemo Marconi, uno de los inventores de la
radio, la Marconi’s Wireless Uelegraph Co, se ele encomendó la
tarea de hacer mejores receptores de radio, para lo cual hizo uso del
efecto Edison o termoiónico, inventando la válvula termoiónica,
también conocida como diodo de vacío (en sis tiempos era llamada
simplemente diodo) o válvula o tubo de vacío, ya que su interior no
contiene oxigeno.
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| El invemtor de la valvula termoinonica: John Ambrose Fleming |
El
diodo de vacío o válvula termoiónica permitía el paso de la
corriente eléctrica en un solo sentido, convirtiendo una señal de
corriente alterna en una de corriente directa, por lo que serviría
como rectificador de tensión. Un diodo consta de un envase de vidrio
en forma de bombillo, el cual esta al vacio, en su interior
originalmente se encontraban dos piezas metálicas llamadas ánodo,
que estaba conectada al polo positivo de una batería y cátodo, que
se conectaba al polo negativo de la batería. A este tipo de diodo se
le llamaba de caldeo directo porque su cátodo se calentaba
directamente para que ocurriera el flujo de electrones Posteriormente
se le coloco una tercera llamada filamento cuya función era la de
calentar al cátodo, a este tipo de diodo se le llama diodo de caldeo
indirecto.
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| Tipos de diodos de vacío |
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| Símbolos del diodo de vacío |
El
principio de funcionamiento era el siguiente: mientras que el cátodo
tenia polarización negativa y el ánodo polarización positiva, es
decir, que ánodo y cátodo estén polarizados directamente habrá un
flujo de electrones en el interior de la válvula, pero si el cátodo
tuviese polarización positiva y el ánodo polarización negativa, es
decir, que ánodo y cátodo estén polarizados inversamente entonces
el flujo de electrones en el interior de la válvula será nulo.
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| Polarización del diodo |
Si
entre ánodo y cátodo se tiene una señal de tensión alterna y
entre esta y la válvula se coloca una carga en la misma solo se
vería una tensión con una sola polaridad los extremos de la misma,
debido a lo siguiente: Cuando ánodo y cátodo estén polarizados
directamente habrá corriente en el interior de la válvula y por lo
tanto en la carga, pero cuando cambie la polaridad cesa el flujo de
corriente en la válvula y por lo tanto en la carga. Esto se va ir
repitiendo constantemente, obteniéndose en la carga una tensión con
una sola polaridad, lo que significa que la tensión entre ánodo y
cátodo fue rectificada. Así funcionaba el diodo de vacío, el
primer componente electrónico de la historia.
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| Diodo como rectificador |
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| Como funciona el rectificador de tensión |
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| Tensión en el diodo y en la carga |
Tomando
como base el diodo y debido a que este no permitía la amplificación
de señales de radio, en el año 1906, el ingeniero estadounidense
Lee DeForest, quien para esa época ya tenia tiempo haciendo
investigaciones en el campo de la transmisión y recepción de ondas
de radio y ya había fundado su propia empresa, la American DeForest
Wireless Telegraph Co., para solucionar esta problemática realizo
una serie de investigaciones que le llevaron a inventar el triodo,
que no es mas que un diodo al cual dentro del mismo y entre ánodo y
cátodo se ja colocado otra pieza de metal en forma de malla llamada
rejilla o grilla y cuya función es la de amplificar señales y al
igual que el diodo lo habia de caldeo directo y de caldeo indirecto,
es decir con un filamento que calentaba al cátodo. El nombre que le
dió DeForest a su invento fue el de válvula audion pero fue mas
conocida como triodo y fue un gran avance en la electrónica, ya que
se podían amplificar tanto señales de radio como de audio. Gracias
al triodo las señales de radio podían llegar mas lejos al poder ser
amplificadas, asi como tener una mejor recepción así como tener una
mejor calidad de sonido.
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| Lee DeForest, inventor del triodo |
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| Tipos de triodo |
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| Símbolos del triodo |
La
tensión presente en la rejilla o grilla al flujo de electrones que
circula entre ánodo y cátodo. Con un valor bajo de tensión en la
misma se tendrán grandes variaciones en el flujo de electrones entre
ánodo y cátodo, lo que significa que una señal con niveles bajos
de tensión que se coloque en la rejilla se verá amplificada, con lo
que tiene un mayor control de la corriente eléctrica que fluye en su
interior y pasa por la carga.
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| Triodo como amplificador |
El
triodo tenia el problema que a altas frecuencias no amplificaba bien,
lo que llevó al físico alemán Walter Hermann Schottky quien
trabajaba para la compañía Siemens & Halske GMBH a buscarle
solución a este problema, consiguiéndolo en 1919 al inventar el
tetrodo. El tetrodo era una variación del triodo al que se le añadió
una rejilla que cubría a la rejilla original, corrigiendo con esto
las fallas de amplificación en altas frecuencias.
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| William Herman Schottky, inventor del tetrodo |
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| Tetrodo y su simbolo |
Pero
el tetrodo, si bien podía amplificar en altas frecuencia con la
inclusión de otra rejilla, esto traía problemas de distorsión de
la señal. Esto se solucionaría añadiéndole otra rejilla mas, que
fue lo que hicieron los físicos holandeses Gilles Holst y Bernard
Tellegen quienes laboraban para la empresa Phillips, al inventar en
1926 la válvula termoiónica llamada pentodo.
El
pentodo ademas de corregir el problema de la distorsión, podía
amplificar señales en frecuencias mas altas que el tetrodo.
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| Gilles Holst y Bernard Tellegen. inventores del pentodo |
Las
valvulas termoionicas o tubos de vacío fueron los primeros
componentes electrónicos, pero todos basados en el mismo principio
que es el efecto Edison. Los
circuitos electrónicos fueron hechos exclusivamente con válvulas de
vacío durante mas de 50 años, por ejemplo, una de las primeras
computadoras, la ENIAC usaba miles de estos componentes.
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| Aparato de radio antiguo hecho con tubos de vacío |
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| La computadora ENIAC tenia miles de tubos de vacío |
En
1948 hubo un gran cambio con la invención del transistor, que
realizaba las mismas funciones pero consumiendo mucha menos potencia
y obteniéndose circuitos de menor tamaño.
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| La invención del transistor en 1948 significo un gran cambio en la electrónica |
Ya con el transistor comienza otra época, pero eso es algo de lo que hablare en otra publicación. Espero que haya sido de su agrado. Pueden comentar si lo desean, asi como hacer cualquier sugerencia. ¡Hasta la próxima!
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