¿Qué es un Diodo de Vacío?

¿Qué es un diodo de vacío?

Definición de diodo de vacío

Un diodo de vacío es un tipo de dispositivo electrónico que controla el flujo de corriente eléctrica en un alto vacío entre dos electrodos: un cátodo y un ánodo. El cátodo es un cilindro metálico recubierto con un material que emite electrones cuando se calienta, mientras que el ánodo es un cilindro metálico hueco que recoge los electrones del cátodo. El símbolo del diodo de vacío se muestra a continuación.

El diodo de vacío fue inventado por Sir John Ambrose Fleming en 1904 y también se le conocía como la válvula de Fleming o la válvula termoiónica. Fue el primer tubo de vacío y el precursor de otros dispositivos de tubo de vacío, como tríodos, tetródos y pentódos, que se utilizaron ampliamente en electrónica durante la primera mitad del siglo XX. Los diodos de vacío fueron esenciales para el desarrollo de la radio, la televisión, el radar, la grabación y reproducción de sonido, las redes telefónicas de larga distancia, y las computadoras analógicas y digitales tempranas.

Principio de funcionamiento

El diodo de vacío opera sobre el principio de la emisión termoiónica, donde los electrones son emitidos desde una superficie metálica caliente. Cuando el cátodo se calienta, los electrones escapan al vacío. Un voltaje positivo en el ánodo atrae estos electrones, permitiendo que la corriente fluya del cátodo al ánodo en una dirección.

Sin embargo, si el voltaje positivo aplicado al ánodo no es suficiente, el ánodo no puede atraer todos los electrones emitidos por el cátodo debido al filamento caliente. Como resultado, algunos electrones se acumulan en el espacio entre el cátodo y el ánodo, formando una nube de carga negativa llamada carga espacial. La carga espacial actúa como una barrera que impide la emisión adicional de electrones del cátodo y reduce el flujo de corriente en el circuito.

Si el voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo se incrementa gradualmente, más y más electrones de la carga espacial son atraídos hacia el ánodo y crean espacio vacío para electrones adicionales emitidos. Así, con el aumento del voltaje entre el ánodo y el cátodo, podemos aumentar la tasa de emisión de electrones y, por lo tanto, el flujo de corriente en el circuito.

En algún punto, cuando toda la carga espacial es neutralizada por el voltaje del ánodo, no hay más obstrucción para la emisión de electrones del cátodo. Entonces, un haz de electrones comienza a fluir libremente del cátodo al ánodo a través del espacio. Como resultado, la corriente fluye del ánodo al cátodo a su valor máximo, que depende solo de la temperatura del cátodo. Esto se llama corriente de saturación.

Por otro lado, si el ánodo se hace negativo con respecto al cátodo, no hay emisión de electrones de él ya que está frío, no caliente. Ahora, los electrones emitidos por el cátodo caliente no llegan al ánodo debido a la repulsión del ánodo negativo. Se acumulará una fuerte carga espacial entre el ánodo y el cátodo. Debido a esta carga espacial, todos los electrones emitidos adicionales son rechazados de vuelta al cátodo, y por lo tanto, no ocurre ninguna emisión. Por lo tanto, no fluye corriente en el circuito. Así, los diodos de vacío permiten que la corriente fluya en una dirección solamente: del cátodo al ánodo.

Cuando no se aplica voltaje al ánodo, idealmente, no debería haber corriente. Sin embargo, debido a fluctuaciones estadísticas en la velocidad de los electrones, algunos electrones aún llegan al ánodo. Esta pequeña corriente se conoce como corriente de salpicadura.

Características V-I

Las características V-I de un diodo de vacío muestran la relación entre el voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo (V) y la corriente que fluye a través del circuito (I). Las características V-I de un diodo de vacío se muestran a continuación.

El tamaño de la carga espacial depende de cuántos electrones emite el cátodo, lo cual está influenciado por la temperatura del cátodo y su función de trabajo. La función de trabajo es la energía mínima necesaria para remover un electrón de un metal. Los metales con funciones de trabajo más bajas necesitan menos calor para emitir electrones, lo que los hace más eficientes para este propósito.

Esta región de las características se llama la región de saturación, como se muestra en la figura. La corriente de saturación es independiente del voltaje del ánodo y depende solo de la temperatura del cátodo.

Cuando no se aplica voltaje al ánodo, no debería haber corriente en el circuito, pero en realidad, hay una pequeña corriente debido a fluctuaciones estadísticas en la velocidad de algunos electrones. Algunos electrones son lo suficientemente energéticos como para llegar al ánodo incluso cuando no hay voltaje en el ánodo. La pequeña corriente causada por este fenómeno se conoce como corriente de salpicadura.

Tipos de diodos de vacío

• Diodo rectificador

• Diodo detector

• Diodo Zener

• Diodo varactor

• Diodo Schottky

Aplicaciones de diodos de vacío

• Aplicaciones de alta potencia

• Aplicaciones de alta frecuencia

• Aplicaciones de alta temperatura

• Aplicaciones de audio

Conclusión

Un diodo de vacío es un tipo de dispositivo electrónico que controla el flujo de corriente eléctrica en un alto vacío entre dos electrodos: un cátodo y un ánodo. El cátodo emite electrones cuando se calienta por un filamento o un calentador indirecto, mientras que el ánodo recoge los electrones del cátodo. El diodo de vacío funciona sobre el principio de la emisión termoiónica y permite que la corriente fluya solo en una dirección: del cátodo al ánodo.

Los diodos de vacío fueron inventados por Sir John Ambrose Fleming en 1904 y se utilizaron ampliamente en electrónica durante la primera mitad del siglo XX. Fueron esenciales para el desarrollo de la radio, la televisión, el radar, la grabación y reproducción de sonido, las redes telefónicas de larga distancia, y las computadoras analógicas y digitales tempranas. Los diodos de vacío han sido reemplazados por diodos de semiconductores en la mayoría de las aplicaciones, debido a su menor tamaño, menor consumo de energía, mayor confiabilidad y menor costo. Sin embargo, los diodos de vacío todavía se utilizan en algunas áreas donde tienen ventajas sobre los dispositivos de estado sólido, como aplicaciones de alta potencia, alta frecuencia, alta temperatura y audio.

Los diodos de vacío pueden clasificarse según diferentes criterios, como rango de frecuencia, potencia nominal, tipo de cátodo/filamento, aplicación, parámetros especializados y funciones especializadas. Algunos ejemplos de tipos de diodos de vacío son diodos rectificadores, diodos detectores, diodos Zener, diodos varactor y diodos Schottky.

El diodo de vacío es un dispositivo simple pero importante que ha jugado un papel significativo en la historia y el desarrollo de la electrónica. Aún es relevante hoy en día para algunas aplicaciones que requieren sus características únicas y rendimiento. El diodo de vacío es un testimonio de la ingeniosidad e innovación de los ingenieros y científicos electrónicos que han explorado las posibilidades y potencialidades de los tubos de vacío.