El efecto termoiónico III. El triodo

Triodo y su homólogo moderno, el transistor.

Se vio con anterioridad cual era el uso y cómo funciona un diodo termoiónico, sin embargo si a este le añadimos un nuevo electrodo a los dos que ya posee tenemos lo que se conoce como triodo termoiónico.

Este nuevo electrodo se llama rejilla quedando colocado entre el cátodo y la placa, siendo comúnmente un hilo metálico que va enrollado dispuesto en forma de espiral alrededor del cátodo.

En la siguiente imagen podemos ver en detalle la rejilla alrededor del cátodo de un triodo.

Detalle ampliado de la rejilla alrededor del cátodo.

A simple vista podemos imaginarnos que este nuevo elemento debe de actuar como una especie de barrera para los electrones que circulan desde el cátodo a la placa, y de hecho así es.

A continuación vamos a insertar un triodo en un circuito para poder estudiar cómo se comporta este tipo de válvula.

Como podemos observar tenemos tres circuitos, el circuito A con la batería A que es la que se encarga de calentar el filamento para que emita electrones, el circuito B cuya batería B suministra tensión al circuito formado por el cátodo y placa, y por último tenemos el circuito C, cuya batería cierra el circuito entre el cátodo y la rejilla.

Ejemplo 1.

Veamos que pasa en el primer caso, la rejilla en este momento está conectada al cátodo por lo que la diferencia de potencial entre la propia rejilla y el cátodo será de 0 voltios, es decir, tienen el mismo potencial, esto supone que cuando los electrones emitidos por el cátodo y que se dirigen a la placa atraviesan la barrera que forma la rejilla no van a encontrar ningún impedimento por parte de esta, ya que la rejilla no tiene ni mayor ni menor potencial con respecto al cátodo. Podríamos decir que en este supuesto el triodo responde como un diodo.

Ejemplo 2.

Pero que pasaría si comenzamos a aplicar una tensión cada vez más negativa a la rejilla (ejemplo 2), ocurrirá que, los electrones que parten del cátodo cuando se acerquen a la rejilla se van a encontrar con que esta ahora tiene una carga negativa, y como los propios electrones también tiene carga negativa, una parte de ellos van a ser repelidos (cargas de igual signo se repelen) nuevamente hacia el cátodo, por lo que ahora no todos los electrones que parten del cátodo va a lograr llegar a la placa como lo hacían antes.

Ejemplo 3.

Si progresivamente vamos comunicando un potencial cada vez más negativo a la rejilla (ejemplo 3) llegará un momento en que ningún electrón consiga llegar a la placa, y por lo tanto el miliamperímetro no registrará ninguna corriente. Esta tensión que se aplica a la rejilla a la cual se produce este fenómeno se denomina tensión de corte de rejilla.

Ahora vamos a ir un poco más allá, si observamos con detenimiento la imagen del triodo abierto vemos que la distancia entre la rejilla y el cátodo es mucho menor que entre la rejilla y la placa, esto es fundamental para comprender la aplicación por excelencia de los triodos.

Placa destapada para apreciar la rejilla y el cátodo.

Disposición de los elementos dentro del triodo.

Partiendo de la Ley de Coulomb que en esencia dice que cuanto menor sea la distancia entre dos cargas más van a interaccionar entre ellas sus fuerzas, tenemos que los electrones cuando partan del cátodo se va encontrar con una fuerza de atracción por parte de la placa y una fuerza de repulsión por parte de la rejilla, pero, y aquí está la clave, como la distancia entre cátodo y rejilla es menor que entre cátodo y placa, la propia rejilla aún con menos tensión que la propia placa va a poder influenciar más a los electrones que la placa, precisamente por estar más cerca.

Pongamos un ejemplo, supongamos que para tener una corriente por el circuito B de digamos 50 mA se necesita una diferencia de potencial de 150 voltios entre placa y cátodo, y, teniendo la rejilla conectada al cátodo como en el primer ejemplo, a su vez, si queremos que por este mismo circuito no pase ninguna corriente necesitamos aplicarle una tensión negativa a la rejilla 10 voltios (tensión de corte de rejilla).

De esto podemos deducir que con 0 voltios (con respecto a cátodo) en la rejilla el miliamperímetro registra 50 mA y que si aplicamos 10 voltios a la rejilla el miliamperímetro marcará 0 mA, es decir, que con una tensión aplicada a la rejilla que es 15 veces más pequeña (150/10) que la tensión del circuito B, podemos controlar la corriente total del propio circuito B, o dicho de otra forma, la tensión aplicada a la rejilla produce cambios proporcionales en la corriente que pasa por el circuito B con una relación de 1:15, así que, estamos consiguiendo una amplificación.

Esta es precisamente la aplicación más potente que tienen los triodos termoiónicos, la de su uso como amplificadores, pudiendo usarse como amplificadores de señal en radiofrecuencia, amplificadores de sonido..., y que en la actualidad su homologo sería el transistor.

La siguiente imagen muestra el interior de una válvula ECC82, una válvula de doble triodo.

Detalle de los dos triodos.