O Triodo

O tubo Audion de De Forest ficou conhecido como tubo triodo porque tinha três elementos:filamento, grade e placa (assim como o "di" no nome de diodo se refere a dois elementos:filamento e placa). Desenvolvimentos posteriores na tecnologia de tubo de diodo levaram ao refinamento do emissor de elétrons:em vez de usar o filamento diretamente como elemento emissivo, outra tira de metal chamada cátodo poderia ser aquecida pelo filamento.

Este refinamento foi necessário para evitar alguns efeitos indesejáveis ​​de um filamento incandescente como emissor de elétrons. Primeiro, um filamento experimenta uma queda de tensão ao longo de seu comprimento, à medida que a corrente supera a resistência do material do filamento e dissipa a energia térmica. Isso significava que o potencial de tensão entre os diferentes pontos ao longo do comprimento do fio do filamento e outros elementos no tubo não seria constante. Por esta e outras razões semelhantes, a corrente alternada usada como fonte de energia para aquecer o fio do filamento tenderia a introduzir “ruído” CA indesejado no resto do circuito valvulado. Além disso, a área de superfície de um filamento fino foi limitada na melhor das hipóteses, e a área de superfície limitada no elemento emissor de elétrons tende a colocar um limite correspondente na capacidade de transporte de corrente do tubo.

O cátodo era um cilindro de metal fino que se ajustava perfeitamente ao fio retorcido do filamento. O cilindro catódico seria aquecido pelo fio de filamento o suficiente para emitir elétrons livremente, sem os efeitos colaterais indesejáveis ​​de realmente transportar a corrente de aquecimento como o fio de filamento tinha que fazer. O símbolo do tubo para um triodo com um cátodo aquecido indiretamente tem a seguinte aparência:




Uma vez que o filamento é necessário para todos, exceto alguns tipos de tubos de vácuo, muitas vezes é omitido no símbolo para simplificar, ou pode ser incluído no desenho, mas sem conexões de energia desenhadas para ele:




Um circuito triodo simples é mostrado para ilustrar sua operação básica como um amplificador:




O sinal CA de baixa tensão conectado entre a grade e o cátodo suprime alternadamente e, a seguir, aumenta o fluxo de elétrons entre o cátodo e a placa. Isso causa uma mudança na tensão na saída do circuito (entre a placa e o cátodo). As magnitudes de tensão e corrente CA na grade do tubo são geralmente muito pequenas em comparação com a variação de tensão e corrente no circuito da placa. Assim, o triodo funciona como um amplificador do sinal CA de entrada (pegando energia CC de alta tensão e alta corrente fornecida pela grande fonte CC à direita e "estrangulando" por meio da condutividade controlada do tubo).

No triodo, a quantidade de corrente do cátodo para a placa (a corrente "controlada" é uma função tanto da tensão da grade para o catodo (o sinal de controle) quanto da tensão da placa para o catodo (a força eletromotriz disponível para empurrar os elétrons através do vácuo). Infelizmente, nenhuma dessas variáveis ​​independentes tem um efeito puramente linear na quantidade de corrente que passa pelo dispositivo (muitas vezes referida simplesmente como "corrente de placa"). Ou seja, a corrente triodo não responde necessariamente de forma direta , de maneira proporcional às tensões aplicadas.

Neste circuito amplificador particular, as não linearidades são compostas, conforme a tensão da placa (em relação ao cátodo) muda junto com a tensão da grade (também em relação ao cátodo) conforme a corrente da placa é estrangulada pelo tubo. O resultado será uma forma de onda da tensão de saída que não se assemelha precisamente à forma de onda da tensão de entrada. Em outras palavras, a peculiaridade do tubo triodo e a dinâmica deste circuito específico irão distorcer a forma da onda. Se realmente quiséssemos complicar como afirmamos isso, poderíamos dizer que o tubo introduz harmônicos ao falhar em reproduzir exatamente a forma de onda de entrada.

Outro problema com o comportamento do triodo é o da capacitância parasita. Lembre-se de que sempre que tivermos duas superfícies condutoras separadas por um meio isolante, um capacitor será formado. Qualquer voltagem entre essas duas superfícies condutoras irá gerar um campo elétrico dentro dessa região de isolamento, potencialmente armazenando energia e introduzindo reatância em um circuito. Esse é o caso do triodo, mais problemático entre a grade e a placa. É como se houvesse minúsculos capacitores conectados entre os pares de elementos no tubo:



Agora, esta capacitância parasita é bastante pequena, e as impedâncias reativas geralmente altas . Normalmente, isto é, a menos que as frequências de rádio estejam sendo tratadas. Como vimos com o tubo Audion de De Forest, o rádio foi provavelmente a principal aplicação para essa nova tecnologia, então essas capacitâncias "minúsculas" se tornaram mais do que apenas um problema potencial. Outro refinamento na tecnologia de tubos foi necessário para superar as limitações do triodo.