Lo que usted necesita sobre estos componentes antiguos!
Los nuevos en la electrónica tal vez nunca hayan montado algo que utilice válvulas y en algunos casos ni siquiera visto un aparato que utilice esos componentes antiguos, a no ser como chatarra o en algún museo, casa de antigüedades o película antigua. Sin embargo, las válvulas son muy importantes y hasta hoy existen equipos que las usan pues los componentes modernos no las supera en desempeño en muchos casos. Vea en este artículo cómo funcionan las válvulas y cómo se utilizan.
La válvula termiónica, o simplemente válvula, tiene algunas desventajas importantes en relación a los componentes equivalentes más modernos, que son los transistores. Es mucho mayor, trabaja caliente y necesita tensiones muy altas para funcionar. Sin embargo, convenientemente utilizada ella puede hacer las mismas cosas que los transistores y en realidad, lo hace, desde muchos años antes de existir el propio transistor. La válvula se inventó mucho antes del transistor.
La válvula diodo (de dos elementos) fue quien dio inicio a todo. Fue inventada por Fleming en 1904, seguida por la válvula triodo (de tres elementos) que es el equivalente más cercano al transistor, que fue inventado en 1906 por Lee de Forest. Aparecieron válvulas con más elementos después como el tetrodo, pentodo, hexodo y otras, pero es de la válvula diodo y de la válvula triodo que vamos a hablar inicialmente en este artículo.
La Válvula Diodo
Si en un tubo de vidrio hacemos el vacío, es decir, retirar todo el aire, y colocar un filamento de tungsteno que pueda ser calentado por la pasan de una corriente, notaremos un fenómeno interesante. En torno al filamento, cuando se calienta se forma una especie de "nube" de electrones que técnicamente se denomina "carga espacial", como muestra la figura 1.
Lo que ocurre es que el calentamiento provoca una agitación térmica de las partículas que forman el filamento y que acaba por liberar electrones de los átomos. Si en el interior de esta misma válvula añadimos un elemento metálico más, denominado ánodo o placa, y conectamos este elemento o electrodo a una fuente de tensión positiva, cargándolo con esa carga, atraerá los electrones estableciendo así un flujo de electrones, o es decir, una corriente, como muestra la figura 2.
Observe sin embargo que si la placa es negativa el flujo no ocurre, pues los electrones son repelidos. Esto significa que la corriente tiene un sentido único en este dispositivo: los electrones sólo pueden fluir del filamento a la placa. Esta válvula tiene las mismas propiedades de los conocidos diodos semiconductores, es decir, conduce la corriente en un único sentido, por lo que se denomina "válvula diodo".
Posteriormente se hizo un perfeccionamiento en esta estructura: en lugar de usar el filamento para emitir las cargas lo que se denomina "calentamiento directo", se agregó un nuevo electrodo envolviendo el filamento. Este elemento en forma de tubo se denomina cátodo y aparece en las válvulas de calentamiento indirecto, tal como se muestra en la figura 3.
Estas válvulas diodo de calentamiento directo e indirecto pueden ser usadas en las mismas aplicaciones que los diodos comunes, es decir, en la detección y rectificación y tiene sus símbolos mostrados en la figura 4.
Observe que tenemos en esta figura el símbolo de una válvula doble, es decir, un doble diodo que tiene un cátodo común y un ánodo. Este tipo de válvula es comúnmente encontrada en la fuente de muchos radios antiguos e incluso televisores de los años 1940 a 1950 y hasta después.
Una diferencia muy importante de las válvulas en relación con los transistores y los diodos semiconductores es que las válvulas necesitan tensiones más altas para funcionar y además una fuente adicional para calentar los filamentos. Para los filamentos es común encontrar tensiones de 1,5 a 12 V y para la operación en sí, es decir, polarizar el ánodo las tensiones pueden quedar en el rango de los 80m a los 600 voltios típicamente. Por otro lado, con una tensión elevada en el ánodo, las corrientes que fluyen entre este elemento y el cátodo son relativamente bajas variando entre 10 mA y 500 mA. Si el reproductor tiene alguna radio antigua en su casa puede encontrar válvulas diodos como la 35W4, 6X4 o 5Y3.
La tradicional 35W4 que funcionaba con 35 V de filamento.
Una colección de 5Y3 de diversas épocas y fabricantes - fotos de Internet.
En las válvulas de nomenclatura americana, como las ejemplificadas arriba, el primer número indica la tensión de filamento: 35, 6 y 5 V.
Las Válvulas Triodo
Lee de Forest descubrió un hecho interesante al investigar el funcionamiento de las válvulas. Si entre la placa y el cátodo se colocó una pantalla de metal, una tensión aplicada en esta pantalla podría servir para controlar el flujo de cargas en el interior de la válvula. Bastaba cargar la "pantalla", denominada "rejilla" con tensiones apropiadas para tener un control total de la corriente circulante entre el ánodo y el cátodo. Se creó la válvula triodo cuya estructura interna y símbolo se muestra en la figura 5.
En la figura 6 mostramos cómo el control de las cargas puede ser hecho: una tensión negativa bloquea el flujo de cargas y una tensión positiva deja los electrones pasar al ánodo, habiendo así una corriente.
Si una señal, por ejemplo la corriente que viene de un micrófono, se aplica a la rejilla de una válvula, la variación de la tensión en la cuadrícula provocará una variación de la corriente que atraviesa el dispositivo para la placa o el ánodo. Esta corriente tiene la misma forma de onda de la señal aplicada pero está amplificada. Esto significa que la válvula puede funcionar como un excelente amplificador para señales eléctricas, como se muestra en la figura 7.
Observe las fases de las señales en los dos casos.
En esta figura mostramos también el circuito amplificador equivalente con el conocido transistor.
Otros tipos de válvulas
Con el tiempo, con el objetivo de mejorar el rendimiento de la válvula, se añadieron otros elementos internos. Así, tenemos la válvula tetrodo (con dos rejillas), pentodo (con tres rejillas), conforme muestra la figura 8.
En una válvula pentodo, como muestra la figura 9, podemos usar una rejilla en un circuito de realimentación para hacerla oscilar en un transmisor y segunda rejilla para aplicar la señal moduladora. La tercera cuadrícula se utilizará como un "supresor" mejorando su funcionamiento.
Diferencias Básicas
Además de trabajar con tensiones más altas y también calientes (ellas necesitan ser calentadas antes de entrar en funcionamiento y eso puede llevar hasta más de 1 minuto), las válvulas presentan otras diferencias importantes en relación a los transistores. Una de ellas se refiere al hecho de que la válvula opera con una tensión aplicada a la rejilla y no corriente aplicada a la base como el transistor. Así, la válvula es un dispositivo de alta impedancia mientras que el transistor común (bipolar) es un dispositivo de baja impedancia. Los transistores de efecto de campo, por ejemplo, se aproximan más a las características de las válvulas, porque también son amplificadores de tensión y por eso dispositivos de alta impedancia. Por esta característica, la válvula no puede ser conectada directamente a un altavoz que es un dispositivo de baja impedancia, exigiendo un transformador, como vimos en la figura 9.
Otro hecho importante está en el desgaste de la válvula. Con el tiempo, puede ocurrir la evaporación gradual de las sustancias que revisten el cátodo y con ello la emisión de los electrones se vuelve menor. El propio vacío en el interior de la válvula puede perder sus propiedades con la entrada de aire. Cuando esto ocurre la válvula "se debilita" perdiendo sus propiedades amplificadoras. En una radio o amplificador esto puede resultar en pérdida de rendimiento, sonido bajo o distorsionado. En un televisor, puede afectar la imagen. La válvula también puede quemarse. Esto ocurre cuando el filamento, como el de una lámpara común, se detiene. Si el reproductor dispone de aparatos antiguos con válvulas, asegúrelas porque hay algunos proyectos interesantes que pueden utilizar.
Club de la Válvula
Hay amantes de la música de buena calidad que defienden la idea de que el sonido producido por un equipo que utiliza válvulas es más "puro" que el sonido de los equipos modernos con transistores y circuitos integrados. La diferencia estaría en el hecho de que el transistor tiene una pequeña distorsión por lo que se denomina "cross-over" debido al hecho de que no es lineal en tensiones muy bajas, lo que no ocurre con la válvula. Los oídos más sensibles pueden percibir la diferencia y de ahí la preferencia por los equipos valvulados. Así, incluso en nuestros días existen fábricas de amplificadores valvulados que los venden al precio de oro ". Y ese precio de oro es real: las válvulas usadas tienen sus electrodos revestidos de oro para eliminar lo que se denomina "emisión secundaria" garantizando así la mejor calidad de sonido. Un simple amplificador de 100 W valvulado de esta nueva generación puede costar más de R $ 10.000! En la foto, un amplificador valvulado de altísima calidad (y costo!).
El amplificador de la foto pesa 22 kg proporcionando 40 W de potencia por canal. Este otro amplificador pesa 20 kg y tiene una potencia de 60 W por canal costando aproximadamente 1 000 dólares.