Siamo sul finire dell’800, precisamente nel 1880: in America Centrale sta iniziando la costruzione del Canale di Panama che collegherà l’Oceano Atlantico con l’Oceano Pacifico, un po’ più a nord, precisamente a New York, Thomas Edison sta registrando il brevetto per la lampada elettrica a incandescenza. Questa lampada, ha però il problema dell’annerimento dei bulbi e della rottura dei filamenti interni e Edison ha già costruito diversi prototipi sperimentali con piastre, filamenti supplementari ed elettrodi collegati ad un galvanometro. Da questi esperimenti emerge un dato molto interessante: imponendo alla lamina una carica positiva maggiore rispetto a quella imposta sul filamento, si registra un flusso di cariche negative che si sposta dal filamento verso la lamina. Allo stesso tempo, imponendo alla lamina una carica negativa maggiore alla carica imposta sul filamento, non avviene alcun passaggio di cariche. Quello appena descritto, prende il nome di effetto termoionico o, se preferite, effetto Edison. Tutto qui? Assolutamente no.

Quando Edison scopre l’effetto termoionico, Sir John Ambrose Fleming, un ingegnere britannico nato a Lancaster, ha oltre trent’anni. Affascinato dalle scoperte dello scienziato americano, pensa di prenderle come spunto per aggiungere il suo personale contributo alla scienza. Intuendo la potenzialità delle scoperte di Edison, costruisce un rilevatore di oscillazioni radioelettriche formato da un anodo e un catodo racchiusi in un bulbo di vetro a vuoto. Riscaldando il catodo vengono emessi elettroni, mentre l’anodo riceve elettroni e la corrente scorre in una sola direzione. L’effetto termoelettrico alla base del principio è l’effetto Seebeck, processo inverso all’effetto Peltier. L’invenzione messa a punto nel 1904 prende il nome di “Diodo” (due elettrodi).

Due anni dopo, all’interno dei laboratori della Western Electric di Chicago, il poliedrico scienziato Lee De Forest prende l’invenzione di Fleming e la porta ad un livello superiore: oltre ai due elettrodi, inserisce un terzo elettrodo chiamato “griglia di comando“, posto nelle immediate vicinanze del catodo (per migliorare l’amplificazione delle correnti elettriche). La griglia avendo un potenziale negativo maggiore rispetto al catodo, è in grado di respingere gli elettroni emessi dal catodo stesso, mentre aumentando ulteriormente il potenziale negativo della griglia stessa, si arriva ad ottenere una tensione chiamata “di interdizione” che impedisce il passaggio di elettroni e azzerando la conduzione del Triodo. Agendo sulla variazione del potenziale di griglia, la corrente all’anodo subisce una variazione. Occorre ricordare che la griglia non avrà mai potenziale positivo rispetto al catodo, pertanto la corrente di griglia è pari a zero.

La Valvola Termoionica è, di fatto, il primo componente elettronico attivo della storia. Una sorgente esterna di energia applicata alla valvola infatti, consente alla valvola stessa di fornire in uscita un segnale amplificato rispetto al segnale d’ingresso. Gli impieghi di queste valvole sono sempre stati molteplici, uno su tutti l’audiofilia, nella quale l’impiego di valvole termoioniche consentono di avere grande definizione sonora. In campo tecnologico, oltre all’impiego in campo bellico per le comunicazioni, la Valvola Termoionica era alla base dell’Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC), primo computer elettronico “general purpose” della storia, che ne conteneva addirittura 17468.

Questo tipo di valvola ha avuto sviluppi successivi al Triodo di De Forest, come per esempio il Tetrodo e il Pentodo: per mezzo del Tetrodo, inventato nel 1927, è possibile amplificare segnali in alta frequenza grazie all’aggiunta di un quarto elemento, denominato “griglia schermo” messa tra la griglia di controllo e l’anodo. Il problema principale del Tetrodo è dovuto all’esasperazione di un problema comune a tutte le valvole termoioniche, ovvero la distorsione di segnale causata dal fenomeno dell’emissione secondaria tra anodo e catodo. In questo caso, con la griglia schermo molto vicina all’anodo, l’emissione secondaria riduce la corrente anodica aumentando la distorsione. Il Pentodo è praticamente identico al Tetrodo, con l’aggiunta di un quinto elemento denominato “griglia di soppressione“, avente lo scopo di ridurre l’emissione secondaria e la distorsione tipica del Tetrodo. Pur ottenendo elevata amplificazione ed elevata larghezza di banda, con bassa distorsione e linearità, il Pentodo ha il difetto di avere un livello di rumore troppo elevato.

Oltre a questi che sono i principali tipi di Valvola Termoionica, ce ne sono molti altri, sviluppati in base alla tipologia di utilizzo. Storicamente parlando, sappiate che il forno a microonde è un’invenzione basata sul Magnetron, una valvola in grado di avere oscillazione fissa di frequenza con erogazione ad elevata potenza. Sviluppata in Gran Bretagna per essere impiegata nei primi sistemi radar, è stata di fatto l’invenzione che ha permesso di vincere la Battaglia d’Inghilterra, punto di svolta della seconda guerra mondiale.

Se vi siete persi i primi tre capitoli della Paleotecnologia, potete trovarli qui:

• Paleotecnologia I: Il Tubo di Williams-Kilburn.
• Paleotecnologia II: la memoria a nucleo di ferrite .
• Paleotecnologia III: il Coesore.

Fabrizio Bianchini

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