Como funciona la válvula

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Como funciona la válvula

Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Bué charlando con alguien del foro, me dí cuenta que en realidad, si bien hay bastante links de info no hay artículos de conocimiento básico acerca de como funciona la válvula, como funciona la fuente y cosas así.
Por lo que se me ocurrió de a poco y a medida que voy teniendo tiempo empezar a poner cosas así donde varios de los que frecuentan este foro y saben más que yo pueden ir aportando sus conocimientos y experiencias.
Bah, mejorar un poco el contenido formal de info del foro. Obviamente no puede llegar a un nivel muy detallado ni técnico pero sí por lo menos introducir en los conceptos básicos como para que al que le interese conocer más puede agarrar un libro y estudiarlo más a fondo.
Bué empecemos con la válvula. Su origen se inicia con el invento de la lámpara incandescente cuya patente fué comprada por Edison y perfeccionada por él.
Ésta lámpara consistía en un bulbo de vidrio al vacío con un filamento de Tusgteno al que le aplicaba una tensión y el filamento se ponía incandescente.
En 1882 durante algunos experimentos se descubrió que si se introducía una placa metálica y se le aplicaba a ésta una tensión positiva, se registraba una corriente a través de ésa placa. Esto se llamó en ése momento Efecto Edison, aunque también se sostiene que fue Frederick Guthrie, en 1873 que descubrió el efecto de emisión termo-iónica.
Para más detalle de la historia de la válvula pueden ver en Wikipedia --> http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_tub ... evelopment" rel="nofollow" onclick="this.target='_blank'; y acáà http://en.wikipedia.org/wiki/Thermionic_emission" rel="nofollow" onclick="this.target='_blank';
o acá --> http://store.electron-valve.com/tubehistory.html" rel="nofollow" onclick="this.target='_blank';
o acáà http://www.radio-electronics.com/info/r ... ve/hov.php" rel="nofollow" onclick="this.target='_blank';


Veamos en que consiste una válvula hoy en día. La forma más fácil de válvula es la rectificadora.

Válvula rectificadora (o diodo).

Hay una propiedad física de los cuerpos sólidos que se denomina ?Emisión Termo-iónica?.
Especialmente en los metales, al calentarlos, los electrones libres que se encuentran dentro del material, adquieren energía cinética suficiente como para ?escapar? del cuerpo y pasar al espacio que rodea a este.
El fenómeno es muy parecido al de la evaporación en un líquido.
Por lo tanto cuando calentamos a cierta temperatura este metal generamos una nube de electrones (que son cargas negativas) que pasan al espacio que rodea a este metal. La densidad de ésa nube de electrones, o cantidad de cargas negativas que se generan es función de la temperatura que se le aplica, la corriente que circula a través de ése metal y una constante que depende del tipo de material.
OK, el diodo o válvula rectificadora se basa en éste fenómeno para generar una corriente.
El diodo posee dos terminales, el cátodo y el ánodo (también llamado placa).
Inicialmente en las primera válvula el cátodo era el propio filamento, por lo que se aplicaba una tensión a este filamento de forma de hacer circular una corriente a través de él. Esta corriente lo calentaba a temperaturas muy altas y se producía la emisión de electrones termo-iónica que comentamos antes.
Ahora si agregamos una placa metálica (ánodo) en ése espacio al vacío (o casi) y le aplicamos una tensión positiva a ésa placa con respecto al cátodo. Se producirá un efecto que inicialmente llamaron ?Efecto Edison? y que no es otra cosa que una corriente eléctrica entre el ánodo y el cátodo.
Esta corriente se origina en que los electrones libres que liberó el cátodo, son atraídos por la placa y su carga positiva, recuerden que las cargas eléctricas tanto como magnéticas son atraídas por los cuerpos cargados con signo opuesto, generando una corriente eléctrica a través de este circuito secundario que generamos entre placa y cátodo.

diodo.jpg


Observen que el sentido de la corriente eléctrica generada es opuesta al sentido en que se mueven los electrones. Éstos van desde el cátodo hacia la placa y la corriente eléctrica se define entrando por la placa y yendo hacia el cátodo.
Esto tiene origen en la imposibilidad para explicar éste fenómeno que tuvieron Edison y Guthrie al inicio ( bué, no solo ellos sino los investigadores de la época). En aquel momento se tomó como convención ése sentido que era el sentido de movimiento de las cargas positivas. Posteriormente se descubrió que en realidad no había movimiento de cargas positivas desde la placa al cátodo sino que eran, en realidad, cargas negativas que se movían desde el cátodo a la placa. Ya era tarde para cambiar la convención y el sentido de la corriente quedó definido de ésta manera.
Ok, ahora un fenómeno que observaron, es que a medida que incrementaban la tensión de la placa con respecto al cátodo, ésta corriente aumentaba en valor absoluto (o sea que mayor cantidad de electrones liberados se veían atraídos por el ánodo). A medida que disminuían la tensión aplicada entre placa y cátodo esta corriente disminuía en valor absoluto hasta llegar a casi cero cuando el ánodo y el cátodo se encontraban a la misma tensión. A partir de allí si se sigue disminuyendo la tensión entre placa y cátodo (o sea la placa se convierte en negativa con respecto al cátodo). Ya no se observa ninguna corriente a través del circuito secundario de placa/cátodo. Es lógico ya que la placa cargada negativamente con respecto al cátodo es incapaz de captar los electrones libres que tienen la misma carga negativa que él. (las parábolas y paralelos con preferencias sexuales las dejamos de lado).
Veamos entonces una de las primeras curvas, del diodo.
diodo2.jpg


Primero una aclaración. Si bien al principio el cátodo era el mismo filamento que se hacía de tungsteno, posteriormente y por razones constructivas y económicas se separó el filamento del cátodo, en algunos modelos de válvulas. En este caso el filamento se lo empezó a llamar Heater. (o calentador)
Como verán en el esquema de arriba, por un lado tenemos el filamento o heater cuya única función es la de calentar el cátodo y se alimenta con un circuito aparte, que en primera instancia no condiciona ni tiene efecto en el circuito placa/cátodo.
Ok, vamos a relevar la curva entonces. Imagínense que amarmos el circuito de arriba donde podemos variar la tensión Vp (entre placa y cátodo), mientras medimos la corriente Ip que circula.
Vamos a obtener una curva de éste tipo:
CurvaIp-Vp1.jpg


Habíamos dicho, cuando se aplica una tensión negativa o cero entre placa y cátodo, no medimos ninguna corriente ya que la placa no tiene carga positiva para atraer los electrones libres que bullen del cátodo.
A medida que aumentamos la tensión Vp entre placa y cátodo, vamos atrapando cada vez más electrones con la placa y eso va generando cada vez más corriente entre placa y cátodo. Si en cualquier momento paramos y suponemos que logramos un valor de tensión de placa igual a vp, en ése momento miramos el amperímetro y vemos que estamos midiendo una corriente ip entre cátodo y placa.
Si aplicamos ley de ohm que nos dice que V=I*R. Podemos calcular la resistencia del diodo haciendo Rd=vp/ip
Esta es la resistencia de continua equivalente del diodo, que por otro lado mide la pendiente de la recta aproximada a la curva que dibujamos arriba.
Como el diodo valvular no es una resistencia perfecta, verán que la pendiente de curva en su parte inicial es diferente que promediando la curva, por lo que si tomamos solo una porción de ésta, la porción dentro de la que haremos trabajar el diodo podemos calcular la resistencia de alterna del mismo diodo.
Miren la siguiente curva:
CurvaIp-Vp22.jpg


Supónganse que nuestro diodo va a trabajar entre los puntos p1 y p2. Entonces podemos calcular la resistencia de alterna rd como rd=dVp/dIp, que será la resistencia que el diodo presentará a la alterna cuando esté trabajando en un circuito.

Ok, hasta acá como funciona el diodo, ahora veremos que existen diferentes tipos de válvulas rectificadoras:
circ326.gif



Acá vemos diferentes tipos de diodos ya sean los que usan el filamento como cátodo como los que tienen cátodo y heater. Los hay también dobles, o sea con dos placas, ya sea con cátodos separados o con un único cátodo.
Por ahora, dejamos acá, ya que la idea era charlar sobre como funciona, para el como se usa veré de hacerlo en otro post. Pero por lo pronto pasemos al triodo.

Saludos :D
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Notapor nicocopo » Sab May 29, 2010 9:31 am

genio, genio, barrilete cosmico!!!!

Muy bueno richard!!!!!


Un abrazo
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Notapor trapiche » Sab May 29, 2010 9:31 am

quedo a la espera deeee... MASSSS :D :D
mil gracias!
saludos y Suerte!!!
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Notapor Tato » Sab May 29, 2010 9:31 am

Buenísimo Negrito.
Te tengo que agradecer por la Biblia.
Aunque parezca mentira, empiezo a entender después de mandarme todas las cagadas. :mrgreen:
Vendo Kit 18 watts
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Notapor Rokos » Sab May 29, 2010 9:31 am

Que capo que sos negrito, hoy o mañana me pongo a leer esto!
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Notapor Iñaki » Sab May 29, 2010 9:31 am

3 millones de gracias! :D
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Bué, vamos a ver como convertimos esta lamparita en algo útil para amplificar.
Partimos de la válvula rectificado la cual por medio de calentar un cátodo producíamos una nube de electrones alrededor de él y estos electrones los atraíamos hacia una placa metálica por medio de una fuerza o campo eléctrico que generábamos por medio de una tensión positiva aplicada a ésta placa.
Fíjense que pasa si introducimos una grilla en medio del paso de este haz de electrones.
Esta grilla es una especie de red con agujero grandes que permite que los electrones pasen a través de ella, o por lo menos la mayoría de los electrones. (en realidad y en la mayoría de las válvulas, se compone de un espiral de alambre muy fino alrededor del cátodo ), y supónganse que aplicamos una tensión negativa a ésta grilla de forma que nos queda algo así:
Triodo-1.jpg


Por cestiones de simplicidad del dibuje saqué la fuente que alimenta el Heather, pero supónganse que sigue estando. Entonces seguimos teniendo ésa nube de electrones que desprende el cátodo al calentarse, y estos electrones siguen siendo atraídos por el ánodo o placa mientras la carguemos positivamente con respecto al cátodo, pero ahora al tener la grilla cargada negativamente con respecto al cátodo, se produce un efecto de aislación parcial del cátodo con respecto a la placa ya que ésta tensión negativa produce un campo eléctrico negativo que tiende a repeler a algunos de los electrones libres que intentan pasar desde el cátodo a la placa (recuerden que las cargas eléctricas negativas se ven atraídas por campos positivos y sufren rechazo por parte de campos eléctricos negativos ).
Supongamos que dejamos Vp (tensión entre placa y cátodo fija), y variamos la tensión entre grilla y cátodo Vg. A medida que aumentamos la diferencia de tensión entre grilla y cátodo (o sea que hacemos más negativa la grilla con respecto al cátodo), se hace más fuerte ése campo eléctrico negativo y por ende son más los electrones que se ven rechazados y no llegan a la placa, o lo que es lo mismo disminuye la corriente entre placa y cátodo.
Por el contrario a medida que decrece la tensión grilla/cátodo, cada vez dejamos pasar más electrones y por ende aumenta la corriente placa/cátodo.
Si hacemos una curva con este circuitito donde fijamos Vp y variamos Vg midiendo la corriente de placa (o placa cátodo que para el caso es lo mísmo), tenemos la siguiente curva.
CurvaIp-VgTriodo.jpg


Donde vemos que a medida que disminuye en valor absoluto (o sea se achica la diferencia de tensión) entre grilla y cátodo, la corriente de placas aumenta, y a medida que crece en valor absoluto (o sea se agranda la diferencia de tensión) entre grilla y cátodo (con la grilla negativa con respecto al cátodo), la corriente de placa disminuye.
O sea que para resumir, con la diferencia de tensión entre grilla y cátodo controlamos cuantos electrones pasan del cátodo a la placa, o lo que es lo mismo controlamos la corriente de placa/cátodo. Como una canilla, vió?
Si la tensión entre grilla y cátodo se reduce a cero, dejo pasar todos los electrones que se ven atraídos por la placa., esto se llama punto de saturación y es equivalente a abrir del todo la canilla.
Si hago lo suficientemente negativa la grilla con respecto al cátodo, logro interrumpir completamente el paso de electrones desde el cátodo a la placa y por ende reduzco la corriente de placas a cero. Esto se llama punto de corte y es equivalente a cerrar la canilla completamente.
Acá un comentario, cuando la grilla está negativa con respecto al cátodo, justamente por su carga negativa ésta no atrae electrones sino que los repele, funciona como escudo de la placa, por ende no circula corriente a través de la grilla, por lo menos nada que se pueda apreciar ya que siempre alguna corriente de fuga existe, pero podemos despreciarla por su magnitud muy inferior a la corriente de placas.
Por el otro lado cuando la tensión de grilla se hace positiva con respecto al cátodo, la grilla empieza a actuar como si fuera una placa adicional (poco eficiente) pero con carga positiva, por lo que empieza a captar electrones y empieza a circular corriente por el circuito grilla/cátodo que empieza a ser apreciable frente a la corriente de placas. Mas a medida que aumento la tensión grilla/cátodo siendo siempre la grilla positiva con respecto al cátodo.
Ok, entonces agarramos un diodo valvular, y le metimos un escudo para interrumpir el paso de corriente el que controlamos con la tensión entre ése escudo y el cátodo (que es el emisor de electrones).
Si recordámos el diodo valvular, habíamos dicho que a medida que aumentamos la tensión de placas atraémos más electrones del cátodo y por ende la corriente de placas aumentaba, no? (vean la curva Ip/Vp que dibujamos para el diodo).
En nuestro reciente experimento nosostros fijamos la tensión de placa en un valor y fuimos variando la tensión de grilla/cátodo para graficar la corriente de placas ( curva Ip/Vg que dibujamos arriba).
Que pasa realizamos el mismo experimento pero fijando la tensión de placa/cátodo en otro valor diferente?
Pues nos dará una familia de curvas como la que vemos acá:
CurvaIp-VgTriodo2.jpg


Donde vemos que la corriente aumenta cuando disminuimos la diferencia de tensión entre grilla y cátodo, pero que a la vez la curva se va desplazando a valores mayores de corriente de placa a medida que aumentamos la tensión Vp entre placa y cátodo. Lógico, ya habíamos visto que a medida que aumentamos la tensión entre placa y cátodo, aumentaba la corriente de placa porque captábamos más electrones.
Esto de agregar un terminal al diodo (que en realidad es un escudo entre la placa y el cátodo) para controlar la corriente que pasa entre placa y cátodo, es muy útil porque justamente me permite controlar la corriente que pasa de placa a cátodo (con el efecto parecido al de una canilla). Pero a la vez me complica un poco la cosa de modelizar matemáticamente la cosa. Antes, para un diodo, me bastaba con una curva donde se representara los valores de tensión/corriente de los dos únicos terminales que tenía (placa y cátodo). Pero ahora al introducir un terminal adicional, tengo mucho más variables para analizar y las interacciones, entre ellas se multiplican.
Ya vimos como afecta la tensión de grilla/cátodo a la corriente de placa con la curva Ip/Vg. Incluso que pasa cuando cambiamos el valor que fijamos de Vp, para relevar la curva.
Como quedaría ahora, con este nuevo invento, si relevamos una curva Ip/Vp. Para esto dejamos fija la tensión entre grilla y cátodo Vg y empezamos a variar la tensión entre placa y cátodo mientras medimos la corriente de placa.
CurvaIp-VpTriodo.jpg


Vemos de la gráfica que la curva es muy parecida a la que teníamos con el diodo valvular ya como vimos antes para el diodo, aquí también a medida que aumentamos la tensión de placa aumenta la corriente de placa ya que se captan más electrones, independientemente de que la tensión negativa fija de grilla me esté cortando o estrangulando un poco ésa corriente por el rechazo de algunos electrones.
A medida que aumento la tensión entre placa y cátodo, es mayor la fuerza de atracción de electrones de la placa, por ende más electrones se verán atraídos por ella, como la tensión de grilla que me rachaza algunos electrones permanece fija la cantidad de electrones rechazados también permanece fija, con lo que la cantidad neta de electrones que pasan a placa en aumenta, por ende la corriente aumenta.
Que pasaría si repetimos el mismo procedimiento que hicimos para la segunda gráfica de Ip/Vg pero para ésta curva. O sea repetimos el experimento de variar Vp y medir Ip pero esta vez para un valor fijo distinto de tensión de grilla Vg.
Obtendremos una curva como esta:
CurvaIp-VpTriodo2.jpg


Otra vez vemos que se origina una familia de curvas (una curva para cada valor de Vg fija) y observamos que a medida que aumentamos la diferencia de tensión entre grilla y cátodo, para un valor fijo de tensión de placa, vp, vemos que la corriente de placa ip va haciéndose más chica a medida que aumentamos la diferencia de tensión entre grilla y cátodo (Vg). Nótese que digo aumentando la tensión entre grilla y cátodo y esto se refiere a valor absoluto ya que la grilla tiene que ser siempre negativa con respecto al cátodo.
CurvaIp-VpTriodo3.jpg


Está claro con estas curvas que tanto la tensión de grilla/cátodo como la tensión Placa/cátodo afectan la corriente de placa, no?
Pero algo interesante se dá cuando analizamos el detalle de las curvas reales de un triodo. Tomen de una hoja de datos la curvas Ip/Vp y hagan el ejercicio de analizar para una vp fija cuanto cambia la corriente Ip, igual que en el gráfico de acá arriba.
Van a notar que un cambio relativamente pequeño en la tensión de grilla produce un gran cambio de corriente de placa, mientras que para cambiar la misma proporción de corriente de placas se precisan grandes cambios de tensión de placa.
Esto hace que el triodo sea un elemento útil para amplificar una señal.
Imagínense que meto una señal de tensión pequeña entre la grilla y cátodo, o sea que voy a estar modificando la tensión grilla cátodo con ésa señal, eso hará que la corriente de placa module al compás de la señal que metí por la grilla.
O sea cuando la señal que estoy metiendo en grilla suba en tensión, hará que la diferencia de tensión entre grilla y cátodo disminuya dejando pasar más electrones y aumentando la corriente de placa. Por el contrario cuando la señal de tensión que meto por la grilla baje en tensión, aumentará la diferencia de tensión entre grilla y cátodo produciendo mayor estrangulamiento y por lo tanto decrementando la corriente de placa. Complicado de entender? Les dejo que lo piensen solos un tiempo y después lo vemos de nuevo cuando veamos la aplicación del triodo.
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Acá empiezan a surgir los primeros parámetros de la válvula:

El primero es la transconductancia gm:
La transconductancia sería una medida de cuanto afecta la variación de tensión de entrada (tensión de grilla Vg) en la corriente de salida (Ip). O sea una medida de cuan sensible es la corriente de salida a la tensión de entrada si consideramos la tensión de placa fija.
Tomando de ejemplo la gráfica anterior :
CurvaIp-VpTriodo3.jpg

:D
gm= variación de corriente Ip/ variación de tensión Vg (para una tensión Vp fija)
Si tomamos del gráfico una Vp fija vp, podemos calcular gm como
Gm=(ip0-ip1)/(1) fijénse que 1V es lo que se necesita que cambie la tensión de grilla Vg para pasar de ip0 a ip1 manteniendo la tensión de placas vp.
La transconductancia gm se mide en mhos (algo contrario a ohms) y no es constante para todos los valores de tensión de placa, o sea variará el valor de gm dependiendo del lugar de las curvas que estemos trabajando.

Otro parámetro que verán en la hojas de datos es u (en realidad es mu, la letra griega).
El factor de amplificación u nos dá la idea de cuanto afecta la tensión de entrada (Vg tensión de grilla) en la tensión de salida (Vp tensión de placa). Si bien esto supone el acoplamiento de una carga la medida se hace, prescindiendo de ella y dejando constante la corriente de placas.
U= variación de tensión de placa/variación de la tensión de grilla
El factor de ganancia no tiene unidades ya que justamente es un factor de comparación entre variables del mismo tipo.
Los diferentes tipos de triodos tienen diferentes factores de ganancia, por ejemplo la 12AX7 está en 100 y se considera de alta ganancia, la 12AT7 está en 60 y es un triodo de ganancia media al igual que la 12AY7 (u=47), 12AV7 (u=41) o 12AU7 (u=19) y por otro lado están los triodos de baja ganancia que tienen factor menor a 10.

De la misma manera que calculamos la resistencia de placa o de salida en el diodo valvular podemos calcular la resistencia de salida del triodo con la siguiente curva.
CurvaIp-VpTriodo4.jpg


Donde la resistencia de alterna de placa (o salida) está dada por:
Rpa=(vp1-vp0)/(ip1-ip0)
Tanto la Resistencia de placa rpa como la transconductancia gm varían con el punto de la curva o zona donde estamos trabajando, ésa es una de las cagadas, (o ventajas según como se lo mire) del triodo.
Lo único que se mantiene mas o menos constante es el factor de ganancia siempre que no estemos en una zona de la curva demasiado cerca de los límites, (ni cerca de Ip=0 ni cerca de Ip=Ipmáxima).
Bué, dejamos pa´ la próxima los detalles de capacitancia de entrada salida y demases.

Saludos :D
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Ok, tenemos nuestro primer dispositivo para amplificar señal. Este dispositivo nos permite con una señal de potencia muy pequeña (alrededor del volt en la grilla y casi sin corriente de grilla), modular una señal de salida en la placa de mucha mayor potencia, con tensiones e alrededor de los 200V y con corrientes de alrededor del miliamper.
Estaría buenos ahora ver las curvas características de placa de un triodo real (12AX7). Porque son tan importantes las curvas del triodo en general y particularmente las de característica de placa (Ip vs Vp)?.
En primer lugar porque ellas dicen mucho de cómo va a funcionar el triodo y por otro lado porque para el diseñador son una herramienta imprescindible (por lo menos antes de la llegada de softwares de simulación), ya que la función de Ip vs Vp no sigue una función definida simple para el cálculo por lo que normalmente se diseñaba con el método gráfico de superponer rectas sobre éstas curvas y calculando los valores en base a medición sobre las mismas.
Esta es la curva de características de placas de una 12Ax7:
Caractdeplaca.jpg


Sobre ésa familia de curvas marqué tres puntos. Supongamos que nuestra válvula estará trabajando en las inmediaciones de ésos puntos.
Dijimos que gm (transconductancia) es una una medida de cuanto varía la corriente de placa Ip con la tensión de entreda (tensión de grilla Vg) cuando la tensión de placa (Vp) es constante.
Si miramos el punto 2 y 3 marcado en las curvas vemos que tenemos Vp fija igual a 240V entonces
Gm= (I3-I2)/ (Vg3-Vg2) = (1,9mA-1mA)/(-1,5V-(-2V))= 1,8 mA/V=1,8mho

La resistencia de placa sería, tomámos los puntos 1 y 3 y calculamos:
Rp= (Vp3-Vp1)/(Ip3-Ip1)= (240V-190V)/(1,9mA-1mA)=50V/0,9mA=55,6Kohms

Recuerden que tanto gm como rp dependen de donde estamos laburando en la curva.
Ahora veamos el factor de ganancia u (mu). Dijimos que el factor de ganancia es una medida de cuanto afecta la tensión de grilla Vg en la tensión de placa Vp, cuando la corriente de placa se mantiene constante. Vamos a ver cuanto nos dá para esta 12AX7.
Mirando los puntos 1 y 2 podemos calcular el factor de tensión de la siguiente manera:
U= (Vp2-Vp1)/(Vg2-Vg1) = (240V-190V)/(2-1,5)=50/0,5= 100

Porqué es importante el factor de amplificación?
Primero porque es uno de los parámetros del triodo que más constante se mantiene a lo largo de las curvas características y segundo porque nos dá una idea de cuanto amplifica la señal de tensión de entrada en la salida.
Considerando entonces que tenemos como principales parámetros del triodo, la transconductancia gm, la resistencia de placa rp y el factor de amplificación u. Podemos considerar al triodo como el siguiente circuito equivalente:
modelodeltriodo.jpg


Donde Rg es la resistencia Grilla/Cátodo, que es terriblemente grande, ya que la corriente de grilla es casi nula en la medida que trabajemos dentro de la zona mas o menos lineal del triodo.
La salida de ése circuito equivalente está compuesto por una fuente de tensión cuyo valor es el factor de amplificación multiplicado por la tensión grilla/cátodo que apliquemos (obviamente ya que u=Vp/Vg) y una resistencia de placa rp que no roba un poco de ésa ganancia útil que de otra manera sería aprovechada completa en la resistencia de carga RL.
Este modelo nos indica que el triodo no es otra cosa más que un amplificador de tensión que tendrá a la salida la misma tensión que ponemos a la entrada multiplicada por un factor u, y de la cual solo aprovecharemos una parte en nuestra resistencia de carga RL dado que la resistencia de salida rp forma un divisor resistivo con RL.
En la medida que usemos una RL mucho más grande que rp, el desperdicio de tensión a la salida será menor. El problema es que el triodo no se comporta igual en todo su rango de tensión de salida, por lo que éste modelo es válido solo para pequeña señal (o sea un rango acotado alrededor de nuestro punto de trabajo), de ahí que no sea conveniente utilizar una resistencia mucha mas grande que la resistencia de placa rp. Lo que queda claro es que en el circuito que usemos el triodo nunca la ganancia llegará a ser mayor que u, ya que siempre se cumplirá que ésta será función de la relación entre la resistencia de carga que usemos y la resistencia de placa rp en el punto donde trabajemos.
Ahora si observamos un poco el funcionamiento veremos que si el cambio de corriente neto de placa es cero se cumple que => 0=gmVg+Vp/rp => -Vp/Vg=gm*rp => u=gm*rp

Con lo cual podemos considerar el circuito equivalente de arriba como :
Modelodecorrientetriodo.jpg


Aunque por el comportamiento propio del triodo en pequeña señal, hace que sea más acorde al funcionamiento de un amplificador de tensión, por lo que es más propio utilizar el modelo anterior ya que los valores de gm y rp cambian según en donde se trabaje en la curva. Recuerden que en el triodo lo que se mantiene más o menos sin variación es el factor u de amplificación.

Veamos si entendemos un poco mejor de que se trata esto del factor de amplificación.
Analizando el funcionamiento del triodo podemos considerar que el mismo se compone de tres capacidades, una entre cada par de terminales:
TriodoCapacitancias.jpg


Por lo cual tenemos Cgc que es la capacitancia grilla cátodo y Cpc capacidad placa cátodo.
En la medida que aumentamos la tensión ?inversa? sobre la capacidad Cgc, reducimos la cantidad de electrones que cruzan de cátodo a placa y por ende reducimos la corriente que pasa a través de Cpc.
Anulamos ésa corriente cuando la carga que exibe la capacidad Cgc es igual a la carga Cpc (que atrae los electrones que libera el cátodo). Por ende se cumple que :
CgcVg+CpcVp=0 esto es lo mismo que decir ?CgcVc+CpcVp=0 ya que la palabra clave que dijimos antes es ?inversa? (O sea que el cátodo debe ser positivo con respecto a grilla).
De esto deducimos que CpcVp=CgcVc => Vp/Vc=Cgc/Cpc . Habíamos dicho que el factor de amplificación es la relación de las tensiones de salida y entrada, o sea justamente Vp/Vc.
Entonces u=Cgc/Cpc . Esto es, el factor de amplificación será igual a la relación de las capacidades grilla cátodo y placa cátodo. De ahí la importancia de éstos valores en la hoja de datos del triodo.
Pero hay algo que nos pasamos por alto, y es la incidencia de Cpg (capacidad grilla/placa). Ésta capacidad es relativamente alta lo que nos puede jugar en contra para amplificar frecuencias altas ya que produce una realimentación negativa desde la salida (placa) hacia la entrada (grilla) que hace que se vean menos amplificadas estas frecuencias.
Visto de una forma más práctica el efecto es el siguiente. A medida que disminuimos la diferencia de tensión entre grilla y cátodo, dijimos que aumenta la corriente de placa ya que se frenan menos electrones liberados del cátodo que son atraídos por la carga positiva de la placa no? Entonces aumenta la corriente de placa. Pero si tenemos en cuenta que para utilizar el triodo como elemento de amplificación tenemos que ponerle una resistencia de carga, al aumentar la corriente que circula por ésta resistencia de carga también aumenta la caída de tensión sobre ésta resistencia, con lo que la tensión de placa baja.
Entonces disminuimos la diferencia de tensión grilla cátodo, aumenta la corriente de placa, y baja la tensión de placa, pero al bajar la tensión de placas menos electrones de los que soltó el cátodo se ven atraídos por la placa, ya que su carga positiva baja cuando baja su tensión relativa al cátodo, con lo que produce un efecto inverso al aumento de corriente que queríamos conseguir con la disminución de la diferencia de tensión grilla cátodo con la que comenzamos. Esto es particularmente evidente en alta frecuencia por lo que podemos considerar que existe una capacidad Cpg relativamente alta que realimenta las señales por encima de cierta frecuencia directamente desde la placa a la grilla.
Así se evidencia el efecto de realimentación negativa que hace que el triodo baje su factor de amplificación para frecuencias altas debido a la interacción que existe entre la corriente de cátodo y la tensión neta aplicada a la placa. Éste es uno de los principales problemas del triodo.

Hasta la próxima. Saludos :D
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Como vimos antes y si bien el triodo es un útil dispositivo de amplificación de tensión, tiene sus falencias en cuanto a ganancia y respuesta en frecuencia. A pesar de estas falencias es muy útil en un amplificador (y sobre todo de guitarra) para elevar la amplitud de la anémica señal que proviene de los mics de una guitarra eléctrica.
Para esto se utilizan diferentes modelos de válvulas pero los más comúnmente utilizados en amps de guitarra son los de la linea 12Aalgo7 como (12AX7, 12AT7, 12AU7, 12AY7) o algunos de sus reemplazos europeos (ECC83, ECC82, ECC81, etc.).
Éstas válvulas se componen de dos triodos generalmente iguales con cátodo separados.
12ax7.jpg


Esta es una disposición típica de una doble triodo de la serie 12Aalgo7 dende vemos que las patas 1 y 6 son las placas de los triodos 1 y 2 respectivamente, las pata 2 y 7 las grillas de los triodos 1 y 2 respectivamente y las patas 3 y 8 los cátodos de los triodos 1 y 2 respectivamente.
Las patas 4 y 5 son los extremos de la bobina calentadora siendo la pata 9 el punto medio de la misma bobina. Esto nos dá la posibilidad de alimentar las bobinas calentadoras con una tensión específica conectando un extremo de ésa alimentación a las patas 4 y 5 (puenteadas) y el otro extremo de ésa alimentación al punto medio (pata9). Esta forma de alimentar los heaters se denomina en paralelo. La otra manera es dejár el punto medio sin conectar (en el aire) y alimentar con el doble de tensión (que en el caso anterior) entre patas 4 y 5, de esta forma alimentamos los heaters en serie.
Constructivamente el triodo se asemeja a algo como esto:
FIG13.jpg


Donde podemos ver el cátodo como un cilindro de metal con el filamento calentador dentro, y la grilla como un espiral alrededor del cátodo (y bastante cercano a él) que cumple la función de formar el campo negativo que repelerá los electrones que salen del cátodo e intentan llegar a la placa que es la gran chapa externa que envuelve al conjunto. Algo así.
GRID.jpg
ANODE1.jpg


Dadas las desventajas en ganancia y respuesta en frecuencia, fue evidente la necesidad de mejorar el diseño del triodo para solucionar estas deficiencias.
Si bien ya hablamos un poco del origen de estas deficiencias vamos a darle una repasada.
La injerencia o impacto de la tensión de placa en la determinación de la corriente de placa, produce un efecto que llaman Miller.
Esto es, como ya habíamos visto, al disminuir la diferencia de tensión entre grilla y cátodo (siendo siempre el cátodo positivo con respecto a grilla), dijimos que la corriente de placas aumentaba debido a que la grilla oponía menos resistencia al paso de electrones que se desprenden del cátodo y son atraídos por la carga positiva de la placa, no?.
Ok, pero en realidad al aumentar la corriente de placa y debido a la conexión de una carga en serie con una fuente de alimentación, la tensión de placa baja debido a que la caída de tensión en la carga es mayor producto de la mayor corriente de placa. Ahora si la tensión de placa cae, la fuerza de atracción que ejerce sobre los electrones que suelta el cátodo es menor, con lo que tiende a caer un poco la corriente de placa.
En resumen la tensión de placa tiene un efecto que contra-resta, en parte, el efecto de aumento de corriente de placa por la reducción de la tensión relativa entre grilla y cátodo. Más aún, este efecto es más notorio cuanto mayor es la frecuencia de la señal aplicada ya que al acortarse el período en el cual la placa recupera tensión para movilizar los electrones que precisan de una cierto trabajo para romper la inercia de movimiento, la placa no cuenta con la energía necesaria para realizar éste trabajo y se interrumpe el paso de corriente sin capacidad de recuperación.
Este efecto se puede asociar con un efecto de realimentación producido por una capacitancia entre placa y grilla relativamente alta.
Para solucionar este problema se desarrolló el tetrodo,

El tetrodo
El tetrodo surge del trabajo de W Schottcky y Albert Hull alrededor de los años 20.
El tetrodo posee un grilla adicional conocida como pantalla o screen grid en inglés, ubicada entre la grilla de control y la placa.
Esta pantalla es polarizada con tensión continua, positiva con respecto al cátodo ( una tensión algo menor a la tensión de reposo de la placa) con la función de acelerar los electrones que deja pasar la grilla independientemente de la tensión de placa.
Durante el período de trabajo del tetrodo la tensión de la placa varía modulado por la tensión de alterna que se aplica en grilla, pero la tensión de pantalla permanece fija alimentada con una tensión de continua relativamente alta, por lo que los electrones que suelta el cátodo y deja pasar la grilla siempre sufren la misma fuerza de atracción hacia la placa eliminando de esta forma e efecto de la tensión de placas sobre la corriente de placa.
En otras palabras, ésta pantalla funciona de blindaje o aisla el conjunto cátodo-grilla del efecto de la tensión en la placa.
El diagrama y el símbolo del tetrodo es el siguiente:
FIG19.jpg


La pantalla reduce el valor de la capacitancia entre placa y grilla en un factor que puede ir de varios cientos de veces a mil veces, aumentando también la resistencia de placa y eliminando en gran parte el efecto de realimentación interna del que adolece el triodo.
Obviamente con éste diseño se mejora la ganancia del dispositivo y se amplía la respuesta en frecuencia.
Si miramos las curvas características de un tetrodo veremos el siguiente tipo de curvas:
TET35.jpg



Tómense un minuto y comparen las curvas características del triodo (Ip vs Vp) con ésta del tetrodo.
Raro, no?
Veamos si podemos interpretar un poco como reacciona el dispositivo con ésta pantalla que se agregó.
En una primera mirada vemos que la pantalla hace un buen laburo aislando la placa del conjunto grilla-cátodo.
Si miramos las curvas vemos que se mantienen relativamente planas a medida que va creciendo la tensión de placas, indicando esto, que la corriente de placas ha ganado independencia con la tensión de placas.
Sin embargo se puede ver una salto de corriente en alrededor de 90V de tensión de placas.
Que es esto?

Si observamos en el ángulo superior izquierdo de las curvas observamos que las mismas están trazadas para una tensión de pantalla de 90Volts.

Al chocar los electrones en la placa, habiendo sido acelerados desde el cátodo, se produce el desprendimiento de nuevos electrones desde la misma placa, los que en el caso del triodo eran rápidamente captados por la fuerza de atracción que le proveía a la placa su potencial positivo.
Ahora, en el tetrodo sucede algo diferente. Cuando la tensión en la placa es menor que la tensión en la pantalla, todos estos electrones producto del choque de los electrones catódicos (llamémoslos a los que vienen acelerados desde el cátodo) se ven atraídos por la pantalla que es más positiva que la placa, creando una corriente parásita entre placa y pantalla. A este efecto se le denomina emisión secundaria.

Es más, si miramos en detalle ésta zona de las curvas (en la que tensión de placas es menor que la tensión de pantalla) veremos que a medida que aumenta la tensión de placas disminuye levemente la corriente de placa, generando el efecto de una resistencia negativa.
Que genera éste efecto?
Como dijimos, la emisión secundaria s produce al impactar los electrones acelerados desde el cátodo, en la placa. La fuerza con que impactan ésos electrones determinará si se sueltan más o menos electrones desde la placa, y si esta es negativa con respecto a la pantalla determinará también cuan grande será la corriente que se establece entre placa y pantalla. A mayor aceleración de los electrones que impactan mayor cantidad de electrones que se sueltan y por ende mayor corriente entre placa y pantalla.
Esta corriente es en sentido opuesta a la corriente de placa-cátodo por lo que produce un efecto de reducción de corriente de placas.
Ahora si el efecto de emisión secundaria es más severo cuanto mayor es la velocidad final de los electrones que impactan en la placa, y si tenemos en cuenta que la velocidad final de estos electrones es función de la tensión positiva que se aplica sobre ésos electrones para acelerarlos en su trayecto desde el cátodo a la placa, entonces tiene sentido que la corriente entre placa y pantalla debida a emisión secundaria decrezca a medida que la tensión de placa decrece y se hace más negativa con respecto a la pantalla y por ende la corriente de placa aumente ya que se le resta menos corriente placa-pantalla.

En realidad lo que sucede es que, si bien los electrones que vienen del cátodo son atraídos con la tensión positiva fija de la pantalla, en el trayecto entre la pantalla y la placa se produce una desaceleración debido a la tensión negativa de la placa con respecto a la pantalla. Ésta desaceleración hace que la velocidad con que impacta el electrón en la placa finalmente no sea tan grande reduciendo la emisión secundaria.
Cuanto más negativa sea la placa con respecto a la pantalla mayor será la desaceleración y menor el efecto de emisión secundaria.
El peor caso se encuentra cuando la placa es levemente menor en tensión que la pantalla (entre los 50 y 70 volts de nuestro ejemplo anterior), ya que el electrón viene con toda la aceleración y sin freno (o muy leve) impacta en la placa soltando unos cuantos electrones que van a engrosar las filas de la corriente placa-pantalla, maximizándo así las perdidas de la corriente neta de placa por aumento de la corriente secundaria negativa, entre placa y pantalla.

Si un tetrodo fuera a ser utilizado para audio y si bien se encuentra que posee una mejor respuesta en frecuencia y mayor ganancia que el triodo, se debe diseñar el circuito de tal forma que la recta de carga se encuentre en el extremo derecho de las curvas, y que la excursión de la señal de tensión de salida nunca pise la zona en que tensión de placa es menor que la tensión de pantalla. Si esto sucediera se produciría una distorsión severa de la señal de salida.
Esta característica hace del tetrodo un ineficiente amplificador de señal de audio, sin embargo su utilidad en la zona de tensión de placa menor a tensión de pantalla, para osciladores es casi perfecta.

Esta desventaja del tetrodo para amplificar audio dio paso al pentodo o al beam ?tetrode, que veremos la próxima.

Saludos :D

Ya sé que no soy muy bueno explicando, por lo que les pido que lo que no se entienda lo comenten de forma de poder aclararlo o conversarlo para mejorar el contenido de este post.
De la misma manera a todos los que ya conozcan de esto, que son unos cuantos, les pido que en caso que quieran agregar, corregir o modificar de lo que está puesto, lo posteen de forma que podamos enriquecer la cosa con puntos de vista diferentes o data adicional interesante.

Saludos :D
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Bué, o todos entienden a la perfección, o nadie entiende un carajo, o simplemente estoy hablando completamente solo.
No importa, sigamos con la última parte. Recuerdan que encontramos una forma de mejorar al triodo, obteniendo mayor ganancia y mejorando la respuesta en frecuencia, por medio de apantallar la placa del conjunto Cátodo-Grilla con un elemento al que llamamos ?pantalla? o ?screen?. Al hacerlo descubrimos que mientras la placa permanezca con potencial positivo con respecto a esta pantalla, todo andaba de maravillas, pero en el punto donde la tensión de la placa es menor al de la pantalla las cosas se nos complicaban para amplificar señales de audio debido a la emisión secundaria.
Ok, intentemos eliminar ésa emisión secundaria.
Para esto se desarrollaron dos tipos diferentes de solución, el ?tetrodo de haz? o ?beam tetrode? y el pentodo.

Pentodo:
Para eliminar el efecto de la emisión secundaria, el pentodo agrega una grilla llamada grilla supresora entre la pantalla y la placa.
La idea es cargar ésta grilla negativamente con respecto a la placa de manera de rechazar ésos electrones arrancados de la placa evitando que se vean atraídos por la pantalla. Una especie de pantalla de la pantalla.
FIG23.jpg


Esta pantalla generalmente se conecta directamente al cátodo y en ocasiones ya viene directamente conectada internamente en la misma válvula. Por otro lado en amplificadores HiFi, se suele conectar la pantalla supresora en una salida parcial del bobinado primario del transformador de salida del amp (salida normalmente denominada como UltraLineal que se encuentra alrededor de un 75% del total del bobinado o de la porción de bobinado que le corresponde a ésa válvula). Esta conexión permite que la tensión en la supresora siga la onda de tensión de salida pero siempre más negativa que la propia placa, asegurando la eliminación del efecto de emisión secundaria.
Si observamos las curvas características del pentodo Ip vs Vp, veremos algo así:
PentodoCaract.jpg


Observamos aquí, que se logra cierta independencia de la corriente de placa con respecto a la tensión de placa, aunque en el caso de una tensión de grilla demasiado negativa y con baja tensión de placa, todavía se observa cierta deformación.
PentodoTransf.jpg


Si observamos las curvas Ip vs Vg (o sea el efecto de la tensión de grilla en la corriente de placa), vemos que no difiere mucho de la de un triodo, por lo cual su parámetro gm son comparables. Pero debido al que el pentodo elimina el efecto de la tensión de placa en la corriente de placa, su factor de amplificación es mucho mayor. De hecho carece de sentido de hablar de factor de amplificación o mu en un pentodo, ya que el pentodo es capaz de producir una onda de salida con amplitud casi tan grande como grande sea la alimentación, introduciendo relativamente poca distorsión. Esto lo hace gran candidato para trabajar en la parte de potencia del amp debido a que es más eficaz que el triodo eliminando la realimentación negativa interna, intrínseca en el funcionamiento del triodo.
En otras palabras, el pentodo es una útil fuente de corriente controlada debido a su alta resistencia de placa.
Por esto es más útil el circuito equivalente de Norton para representar el pentodo (en lugar del circuito equivalente de Thevenin que se usaba para el triodo) cuando se realiza un modelo de pequeña señal..
Modelodecorrientetriodo (1).jpg


Donde la ganancia del modelo es:
A=Vo/Vi = gm*Rl/(1+Rl/rp)

Si consideramos la alta resistencia de placa del pentodo en relación a la resistencia de carga, la ganancia se puede simplificar de la siguiente manera.
A=gm*Rl

Entre los pentodos más communes en amplis de viola están las El34, El84, Ef50, EF80 y Ef86 entre otros.

Beam Tetrode:
Fue desarrollado en la década del 30 por RCA-MOV para evitar infringir la patente del pentodo de Mullar.
Al igual que el tetrodo original, posee un cátodo calentado por el heater, una grilla de control, una pantalla y la placa o ánodo, pero a diferencia del tetrodo, su diseño se centra en producir un haz muy focalizado de electrones, lo que logra alineando perfectamente la grilla de control y la pantalla, entre otras cosas.
BEAMTETF.jpg


Gracias a éste alineamiento se reduce la corriente de pantalla hasta en un 10% debido a que los electrones que logran pasar la grilla de control no se encuentran obstruidos en su paso hacia la placa por la pantalla.
Por otro lado se agrega un quinto electrodo a los cuatro ya definidos, este quinto elemento son un par de placas cargadas negativamente que forman un campo obviamente de carga negativa, en todo el trayecto de los electrones que van del cátodo a la placa.
Beamtetrode.jpg



En que beneficia éste campo? Por un lado permite focalizar el haz de electrones en todo su trayecto a través de ambas grillas (de control y pantalla) y por otro lado ayuda a repeler la emisión secundaria. Al focalizar el haz de electrones que parten del cátodo, se crea todo a lo largo de este camino, una fuerte carga negativa debido a la gran concentración de electrones. De ésta forma, todos los electrones que se desprenden de la placa producto del choque del haz, se verán repelidos en su intento de llegar a la pantalla (que puede tener carga positiva en ése momento) por ésa gran carga determinada por la concentración grande de electrones.
Si observamos las curvas del BeamTetrode tenemos:
BeamCaract.jpg


beamTransf.jpg


Si comparamos estas curvas características con las que se obtienen en el pentodo, se observa que se obtiene una leve mejora en el beam tetrode a la hora de independizar la corriente de placa con la tensión de placa, lo que lo hace un amplificador más eficiente.
Superponiendo las curvas del pentodo con las del tetrodo de haz tendríamos algo así.
BEAMVPEN.jpg


Ésta ventaja del tetrodo de haz con respecto al pentodo, es relativa ya que para obtener realmente ése extra de amplificación hay que hacer funcionar la válvula muy cerca de la zona de saturación (o sea con la tensión de grilla muy cerca de poseer una tensión positiva con respecto al catodo) Esto implica poseer corriente de grilla y por ende se debe prever un circuito para manejarla (que generalmente los amps de viola no tienen)
Ejemplos de tetrodos de haz son las 6L6, 6V6, 5881, Kt88, KT66 y 6550, y el modelo matemático y de circuito utilizado para éste tipop de válvula es exactamente el mismo que el pentodo solo que con los propios parametros de gm, resistencias, etc.

Saludos :D
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Notapor ska_gatotw » Sab May 29, 2010 9:31 am

Negrito01 escribió:Bué, o todos entienden a la perfección, o nadie entiende un carajo, o simplemente estoy hablando completamente solo.


Te seguimos chee!! pero yo por mi parte no quería ensuciar el topic.

gracias!
Nunca termino nad
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Notapor Negrito » Sab May 29, 2010 9:31 am

Que no se ensucia, hombre! :cry:
Se enriquece, con el aporte o preguntas de los demás. Cuantos más aporten experiencias, dudas, aclaraciones, etc. Más aprendemos todos. :wink:

Saludos :D
:lol: Ja, Ja. Ya sé que no hablo solo, puedo ver quienes y cuantos acceden al post, es solo un recurso para ver si movilizo a alguien para hacer algún aporte. :wink:
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Notapor gofio » Sab May 29, 2010 9:31 am

No, papá. Yo lo sigo como en misa, lo que pasa es que no puedo aportar nada. Es muy groso lo que estás haciendo.
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Notapor Juanro » Sab May 29, 2010 9:31 am

Negrito,

Después si querés puedo aportar una comparación entre el triodo y un FET.

Saludos,
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