La válvula Fleming , también llamada válvula de oscilación Fleming , era una válvula termoiónica o tubo de vacío inventado en 1904 por el físico inglés John Ambrose Fleming como detector para los primeros receptores de radio utilizados en la telegrafía inalámbrica electromagnética . Fue el primer tubo de vacío práctico y el primer diodo termoiónico , un tubo de vacío cuyo propósito es conducir la corriente en una dirección y bloquear la corriente que fluye en la dirección opuesta. Posteriormente, el diodo termoiónico se utilizó ampliamente como rectificador , un dispositivo que convierte la corriente alterna (CA) encorriente continua (CC): en las fuentes de alimentación de una amplia gama de dispositivos electrónicos, hasta que comenzó a ser reemplazado por el rectificador de selenio a principios de la década de 1930 y reemplazado casi por completo por el diodo semiconductor en la década de 1960. La válvula Fleming fue la precursora de todos los tubos de vacío, que dominó la electrónica durante 50 años. El IEEE lo ha descrito como "uno de los desarrollos más importantes en la historia de la electrónica", [1] y está en la Lista de Hitos del IEEE para la ingeniería eléctrica .
Cómo funciona
La válvula consta de una ampolla de vidrio al vacío que contiene dos electrodos : un cátodo en forma de " filamento ", un bucle de carbón o alambre fino de tungsteno, similar al que se usaba en las bombillas de la época, y un ánodo ( placa ) que consta de una placa de chapa. Aunque en las primeras versiones el ánodo era una placa de metal plana colocada junto al cátodo, en versiones posteriores se convirtió en un cilindro de metal que rodeaba el cátodo. En algunas versiones, una pantalla de cobre conectada a tierra rodeaba la bombilla para protegerla de la influencia de campos eléctricos externos.
En funcionamiento, una corriente separada fluye a través del "filamento" del cátodo, calentándolo para que algunos de los electrones en el metal ganen energía suficiente para escapar de sus átomos originales hacia el vacío del tubo, un proceso llamado emisión termoiónica . La CA a rectificar se aplica entre el filamento y la placa. Cuando la placa tiene un voltaje positivo con respecto al filamento, los electrones son atraídos hacia ella y una corriente eléctrica fluye de filamento a placa. Por el contrario, cuando la placa tiene un voltaje negativo con respecto al filamento, los electrones no son atraídos hacia ella y no fluye corriente a través del tubo (a diferencia del filamento, la placa no emite electrones). Como la corriente puede pasar a través de la válvula en una sola dirección, por lo tanto, " rectifica " una corriente alterna a una corriente continua pulsante.
Esta simple operación fue algo complicada por la presencia de aire residual en la válvula, ya que las bombas de vacío de la época de Fleming no podían crear un vacío tan alto como el que existe en los tubos de vacío modernos. A altos voltajes, la válvula podría volverse inestable y oscilar, pero esto ocurrió a voltajes muy por encima de los utilizados normalmente.
Historia
La válvula Fleming fue la primera aplicación práctica de emisión termoiónica , descubierta en 1873 por Frederick Guthrie . Como resultado de su trabajo con la lámpara incandescente en 1880, Thomas Edison descubrió que el material calentado del electrodo negativo (que luego se descubrió que eran electrones) se movía a través del vacío y se acumulaba en el electrodo positivo, lo que llevó a que se le llamara Edison. efecto . Edison obtuvo una patente para este dispositivo como parte de un indicador eléctrico en 1884, pero no encontró un uso práctico para él. El profesor Fleming del University College de Londres fue consultor de Edison Electric Light Company desde 1881-1891 y, posteriormente, de Marconi Wireless Telegraph Company .
En 1901 Fleming diseñó el transmisor utilizado por Guglielmo Marconi en la primera transmisión de ondas de radio a través del Atlántico desde Poldhu , Inglaterra , a Nueva Escocia , Canadá . La distancia entre los dos puntos era de unos 3500 kilómetros (2200 millas). Aunque el contacto, informado el 12 de noviembre de 1901, fue ampliamente anunciado como un gran avance científico en ese momento, también existe cierto escepticismo sobre la afirmación, porque la señal recibida, los tres puntos de la letra del código Morse "S", era tan débil, el receptor primitivo tuvo dificultades para distinguirlo del ruido de radio atmosférico causado por descargas estáticas, lo que llevó a los críticos posteriores a sugerir que pudo haber sido ruido aleatorio. Independientemente, Fleming tenía claro que la comunicación transatlántica confiable con el transmisor existente requería un aparato receptor más sensible.
El receptor de la demostración transatlántica empleó un coherer , que tenía poca sensibilidad y degradaba la sintonización del receptor. Esto llevó a Fleming a buscar un detector que fuera más sensible y confiable y, al mismo tiempo, fuera más adecuado para su uso con circuitos sintonizados. [2] [3] En 1904 Fleming probó una bombilla de efecto Edison para este propósito y descubrió que funcionaba bien para rectificar las oscilaciones de alta frecuencia y así permitir la detección de las señales rectificadas mediante un galvanómetro . El 16 de noviembre de 1904, solicitó una patente estadounidense para lo que llamó una válvula de oscilación. Esta patente se emitió posteriormente con el número 803.684 y encontró una utilidad inmediata en la detección de mensajes enviados por código Morse. La válvula Fleming fue utilizada por la empresa Marconi en sus receptores de a bordo hasta alrededor de 1916, cuando fue reemplazada por el triodo .
Válvulas de oscilación
La válvula Fleming demostró ser el comienzo de una revolución tecnológica. Después de leer el artículo de 1905 de Fleming sobre su válvula de oscilación, el ingeniero estadounidense Lee de Forest creó en 1906 un tubo de vacío de tres elementos, el Audion , agregando una rejilla de alambre entre el cátodo y el ánodo. Fue el primer dispositivo amplificador electrónico que permitió la creación de amplificadores y osciladores de onda continua . De Forest refinó rápidamente su dispositivo en el triodo , que se convirtió en la base de las comunicaciones telefónicas y de radio de larga distancia , los radares y las primeras computadoras digitales durante 50 años, hasta la llegada del transistor en la década de 1960. Fleming demandó a De Forest por infringir sus patentes de válvulas, lo que resultó en décadas de litigios costosos y perturbadores, que no se resolvieron hasta 1943 cuando la Corte Suprema de los Estados Unidos dictaminó que la patente de Fleming no era válida. [4]
Aplicaciones de energía
Más tarde, cuando el equipo de tubos de vacío comenzó a funcionar con energía de pared mediante transformadores en lugar de baterías, la válvula Fleming se convirtió en un rectificador para producir el voltaje de placa de CC (ánodo) requerido por otros tubos de vacío. Alrededor de 1914 Irving Langmuir en General Electric desarrolló una versión de alta tensión denominada la Kenotrón que se utilizó para poder tubos de rayos x . Como rectificador, el tubo se usaba para aplicaciones de alto voltaje, pero su alta resistencia interna lo hacía ineficaz en aplicaciones de bajo voltaje y alta corriente. Hasta que el equipo de tubos de vacío fue reemplazado por transistores en la década de 1970, las radios y televisores generalmente tenían uno o más tubos de diodos.
Referencias y notas
Citas
- ^ "Hitos: válvula Fleming, 1904" . Red de historia global IEEE . IEEE . Consultado el 29 de julio de 2011 .
- ^ Comunicaciones por radio: una breve sinopsis
- ^ John Ambrose Fleming (1849-1945) por WA Atherton, publicado en Wireless World agosto de 1990
- ^ La Corte Suprema anuló la patente debido a un descargo de responsabilidad indebido y luego mantuvo que la tecnología en la patente era conocida como técnica cuando se presentó. Para obtener más información, consulte Lectura errónea de la Corte Suprema: un capítulo desconcertante en la historia de la radio . Mercurians.org.
Patentes
- Emitido
- Patente de EE . UU . 803,684 - Instrumento para convertir corrientes eléctricas alternas en corrientes continuas (patente de válvula Fleming)
- Citado por
- Patente de EE. UU . 1,290,438 , 7 de enero de 1910: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 954,619 , 12 de abril de 1910: patente de John Ambrose Fleming
- Patente de EE. UU . 1.379.706 , 10 de marzo de 1917: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.252.520 , 8 de enero de 1918: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.278.535 , 10 de septiembre de 1918: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.289.981 , 31 de diciembre de 1918: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.306.208 , 10 de junio de 1919: mejora del circuito de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.338.889 , 4 de mayo de 1920: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . 1.347.894 , 27 de julio de 1920: convertidor inversor de LW Chubb
- Patente de EE. UU . 1.380.206 , 31 de mayo de 1921: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
- Patente de EE. UU . RE16363 , 15 de junio de 1926: convertidor inversor de LW Chubb
- Patente de EE. UU . 1,668,060 , 1 de mayo de 1928: mejora del circuito de la válvula Fleming por PE Edelman
- Patente de EE. UU . 2.472.760 , 7 de junio de 1949: mejora de electrodos por HL Ratchford
enlaces externos
- Medios relacionados con las válvulas Fleming en Wikimedia Commons
- Centro de historia de IEEE
- Noviembre de 1904: Fleming descubre la válvula termoiónica (u oscilación) o 'diodo'
- Museo Spark
- Página de tiempo inverso