Audion

El audión era un tubo de vacío electrónico de detección o amplificación ^[1] inventado por el ingeniero eléctrico estadounidense Lee de Forest como diodo en 1906. ^{[2] [3] [4] [5]} Mejorado, fue patentado como el primer triodo en 1908, ^{[1] [6] [7] [8] [9]} consistente en un tubo de vidrio evacuado que contiene tres electrodos : un filamento calentado (el cátodo, hecho de tantalio ), una rejilla y una placa (el ánodo). ^[4] Es importante en la historia de la tecnología porque fue el primer dispositivo electrónico ampliamente utilizado que podía amplificar . ^[4] Una señal de baja potencia en la rejilla podría controlar mucha más potencia en el circuito de la placa.

Los audiones tenían más gas residual que los tubos de vacío posteriores; el gas residual limitaba el rango dinámico y le daba al audión características no lineales y un rendimiento errático. ^{[1] [8]} Originalmente desarrollado como un detector de receptor de radio ^[3] al agregar un electrodo de rejilla a la válvula Fleming , encontró poco uso hasta que su capacidad de amplificación fue reconocida alrededor de 1912 por varios investigadores, ^{[8] [10]} quienes lo usaron para construir los primeros receptores de radio amplificadores y osciladores electrónicos . ^{[9] [11]} Las muchas aplicaciones prácticas para la amplificación motivaron su rápido desarrollo, y el audión original fue reemplazado en pocos años por versiones mejoradas con un vacío más alto. ^{[8] [10]}

Desde mediados del siglo XIX se sabía que las llamas de gas eran conductoras de electricidad y los primeros experimentadores inalámbricos habían notado que esta conductividad se veía afectada por la presencia de ondas de radio . De Forest descubrió que el gas en un vacío parcial calentado por un filamento de lámpara convencional se comportaba de manera muy similar y que si se enrollaba un cable alrededor de la carcasa de vidrio, el dispositivo podría servir como detector de señales de radio. En su diseño original, se selló una pequeña placa de metal en la carcasa de la lámpara y se conectó al terminal positivo de una batería de 22 voltios a través de un par de auriculares, estando el terminal negativo conectado a un lado del filamento de la lámpara. Cuando se aplicaban señales inalámbricas al cable enrollado alrededor del exterior del vidrio, causaban perturbaciones en la corriente que producían sonidos en los auriculares.

Este fue un avance significativo, ya que los sistemas inalámbricos comerciales existentes estaban fuertemente protegidos por patentes ; un nuevo tipo de detector le permitiría a De Forest comercializar su propio sistema. Finalmente descubrió que conectar el circuito de antena a un tercer electrodo colocado directamente en la trayectoria de la corriente espacial mejoraba enormemente la sensibilidad; en sus primeras versiones, esto era simplemente un trozo de alambre doblado en forma de rejilla (de ahí el nombre de rejilla ).

El Audion proporcionaba ganancia de potencia; con otros detectores, toda la energía para operar los auriculares debía provenir del propio circuito de antena. En consecuencia, los transmisores débiles podían oírse a mayores distancias.

De Forest y todos los demás en ese momento subestimaron enormemente el potencial de su Audion de rejilla, imaginándose que se limitaría principalmente a aplicaciones militares. Es significativo que De Forest aparentemente no vio su potencial como amplificador repetidor telefónico en el momento en que presentó la patente que lo reclama, a pesar de que anteriormente había patentado dispositivos de amplificación y los rudimentarios amplificadores de notas electromecánicos habían sido la pesadilla de la industria telefónica durante al menos dos décadas. (Irónicamente, en los años de disputas de patentes que condujeron a la Primera Guerra Mundial, fue solo esta "laguna" la que permitió que se fabricaran triodos de vacío, ya que la patente de Audion de rejilla de De Forest no mencionaba esta aplicación).

De Forest obtuvo una patente para su versión temprana de diodo de dos electrodos del Audion el 13 de noviembre de 1906 ( patente estadounidense 841,386 ), y la versión "triode" (tres electrodos) fue patentada en 1908 ( patente estadounidense 879,532 ). De Forest continuó afirmando que desarrolló el Audion independientemente de la investigación anterior de John Ambrose Fleming sobre la válvula termoiónica (por la que Fleming recibió la patente británica 24850 y la patente estadounidense de la válvula Fleming, patente estadounidense 803,684 ), y De Forest se vio envuelto en muchas disputas de patentes relacionadas con la radio. De Forest era famoso por decir que "no sabía por qué funcionaba, simplemente funcionaba". ^{[ cita requerida ]}

Siempre se refirió a los triodos de vacío desarrollados por otros investigadores como "Oscillaudiones", aunque no hay evidencia de que haya tenido alguna contribución significativa a su desarrollo. Es cierto que después de la invención del verdadero triodo de vacío en 1913 (ver más abajo), de Forest continuó fabricando varios tipos de aparatos de transmisión y recepción de radio (ejemplos de los cuales se ilustran en esta página). Sin embargo, aunque describía rutinariamente estos dispositivos como que utilizaban "Audiones", en realidad utilizaban triodos de alto vacío, utilizando circuitos muy similares a los desarrollados por otros experimentadores.

En 1914, el estudiante de la Universidad de Columbia Edwin Howard Armstrong trabajó con el profesor John Harold Morecroft para documentar los principios eléctricos del Audion. Armstrong publicó su explicación del Audion en Electrical World en diciembre de 1914, completa con diagramas de circuitos y gráficos de osciloscopio . ^[13] En marzo y abril de 1915, Armstrong habló en el Instituto de Ingenieros de Radio en Nueva York y Boston, respectivamente, presentando su artículo "Algunos desarrollos recientes en el receptor Audion", que se publicó en septiembre. ^[11] Una combinación de los dos artículos fue reimpresa en otras revistas como los Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . ^[13] Cuando Armstrong y de Forest se enfrentaron más tarde en una disputa sobre la patente de regeneración , Armstrong pudo demostrar de manera concluyente que de Forest todavía no tenía idea de cómo funcionaba. ^{[8] [14]}

El problema era que (posiblemente para distanciar su invento de la válvula Fleming) las patentes originales de De Forest especificaban que el gas a baja presión dentro del Audion era esencial para su funcionamiento (Audion es una contracción de "Audio-Ion"), y de hecho los primeros Audions tenían graves problemas de fiabilidad debido a que este gas era absorbido por los electrodos metálicos. Los Audions a veces funcionaban extremadamente bien; en otras ocasiones, apenas funcionaban.

Además del propio De Forest, numerosos investigadores habían intentado encontrar formas de mejorar la fiabilidad del dispositivo estabilizando el vacío parcial. Gran parte de la investigación que condujo al desarrollo de los auténticos tubos de vacío fue realizada por Irving Langmuir en los laboratorios de investigación de General Electric (GE).

Langmuir había sospechado durante mucho tiempo que ciertas limitaciones supuestas en el rendimiento de varios dispositivos eléctricos de baja presión y vacío podrían no ser limitaciones físicas fundamentales en absoluto, sino simplemente debidas a la contaminación y las impurezas en el proceso de fabricación. Su primer éxito fue demostrar que, contrariamente a lo que Edison y otros habían afirmado durante mucho tiempo, las lámparas incandescentes podían funcionar de manera más eficiente y con una vida útil más larga si la envoltura de vidrio se llenaba con un gas inerte a baja presión en lugar de un vacío completo. Sin embargo, esto sólo funcionaba si el gas utilizado se "limpiaba" meticulosamente de todos los rastros de oxígeno y vapor de agua. Luego aplicó el mismo enfoque para producir un rectificador para los tubos de rayos X "Coolidge" recientemente desarrollados. Una vez más, en contra de lo que se creía ampliamente que era posible, en virtud de la limpieza meticulosa y la atención al detalle, pudo producir versiones del diodo Fleming que podían rectificar cientos de miles de voltios. Sus rectificadores se llamaron "kenotrones", del griego keno (vacío, no contiene nada, como en el vacío) y tron ​​(dispositivo, instrumento).

Luego dirigió su atención al tubo Audion, sospechando nuevamente que su comportamiento notoriamente impredecible podría ser controlado con más cuidado en el proceso de fabricación.

Sin embargo, adoptó un enfoque poco ortodoxo. En lugar de intentar estabilizar el vacío parcial, se preguntó si era posible hacer que el Audion funcionara con el vacío total de un Kenotron, ya que éste era algo más fácil de estabilizar.

Pronto se dio cuenta de que su Audion "vacío" tenía características marcadamente diferentes de la versión de De Forest, y era en realidad un dispositivo muy diferente, capaz de amplificación lineal y a frecuencias mucho más altas. Para distinguir su dispositivo del Audion lo llamó "Pliotron", del griego plio (más o extra, en este sentido significa ganancia , más señal que sale de la que entra).

Básicamente, se refería a todos sus diseños de válvulas de vacío como Kenotrons, siendo el Pliotron básicamente un tipo especializado de Kenotron. Sin embargo, como Pliotron y Kenotron eran marcas registradas, los escritores técnicos tendían a utilizar el término más genérico "válvula de vacío". A mediados de la década de 1920, el término "Kenotron" había pasado a referirse exclusivamente a los rectificadores de válvulas de vacío, mientras que el término "Pliotron" había caído en desuso. Irónicamente, en el uso popular, las marcas "Radiotron" y "Ken-Rad", que sonaban parecidas, sobrevivieron a los nombres originales.

De Forest siguió fabricando y suministrando Audions a la Marina de los EE. UU. hasta principios de la década de 1920, para el mantenimiento de los equipos existentes, pero en otros lugares ya se consideraban obsoletos. Fue el triodo de vacío el que hizo realidad las transmisiones de radio prácticas.

Antes de la introducción del Audion, los receptores de radio utilizaban una variedad de detectores , incluidos los coherers , los barretters y los detectores de cristal . El detector de cristal más popular consistía en un pequeño trozo de cristal de galena sondeado por un alambre fino, comúnmente conocido como " detector de bigotes de gato ". Eran muy poco fiables, requerían un ajuste frecuente del bigote de gato y no ofrecían amplificación. Estos sistemas generalmente requerían que el usuario escuchara la señal a través de auriculares, a veces a un volumen muy bajo, ya que la única energía disponible para operar los auriculares era la que captaba la antena. Para la comunicación a larga distancia normalmente se necesitaban antenas enormes y se debían alimentar enormes cantidades de energía eléctrica al transmisor.

El Audion supuso una mejora considerable, pero los dispositivos originales no podían proporcionar ninguna amplificación posterior a la que se producía en el proceso de detección de la señal. Los triodos de vacío posteriores permitieron que la señal se amplificara a cualquier nivel deseado, normalmente alimentando la salida amplificada de un triodo a la rejilla del siguiente, lo que finalmente proporcionó energía más que suficiente para hacer funcionar un altavoz de tamaño completo. Aparte de esto, pudieron amplificar las señales de radio entrantes antes del proceso de detección, lo que hizo que funcionara de manera mucho más eficiente.

Los tubos de vacío también se podían utilizar para fabricar transmisores de radio superiores . La combinación de transmisores mucho más eficientes y receptores mucho más sensibles revolucionó la comunicación por radio durante la Primera Guerra Mundial .

A finales de la década de 1920, estas "radios de válvulas" comenzaron a convertirse en un elemento fijo en la mayoría de los hogares del mundo occidental , y permanecieron así hasta mucho después de la introducción de las radios de transistores a mediados de la década de 1950.

En la electrónica moderna , el tubo de vacío ha sido reemplazado en gran medida por dispositivos de estado sólido como el transistor , inventado en 1947 e implementado en circuitos integrados en 1959, aunque los tubos de vacío siguen utilizándose hasta el día de hoy en aplicaciones como transmisores de alta potencia, amplificadores de guitarra y algunos equipos de audio de alta fidelidad.

Imágenes de aplicaciones

• 
  El primer transmisor de radio AM Audion , construido por Lee de Forest y anunciado en abril de 1914
• 
  Algunos de los primeros transmisores de radio AM Audion , construidos por de Forest alrededor de 1916. La invención del oscilador Audion en 1912 hizo posible la transmisión de sonido por radio a bajo costo y fue responsable del surgimiento de la radiodifusión alrededor de 1920.
• 
  Anuncio de Audion, revista Electrical Experimenter , 1916

• Radio Corp. v. Radio Engineering Laboratories , 293 US 1 (Corte Suprema de los Estados Unidos 1934).
• Hong, Sungook (2001), Inalámbrico: De la caja negra de Marconi al audión, MIT Press, ISBN 9780262082983
• De dónde vienen las buenas ideas , Capítulo V, Steven Johnson, Riverhead Books, (2011).

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Audion .

Wikisource tiene el texto original relacionado con este artículo:

Consejos prácticos sobre el Audion

• Fotografía de 1906 del tubo Audion original, de la Galería Digital de la Biblioteca Pública de Nueva York
• Lewis, Tom (1991). "Historia de la telefonía: el imperio del aire: los hombres que crearon la radio". Privateline.com . Archivado desde el original el 11 de mayo de 2014.
• http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1262240/radio-technology/25131/The-Fleming-diode-and-De-Forest-Audion
• Langmuir, Irving (septiembre de 1997) [1915], "La descarga electrónica pura y sus aplicaciones en radiotelegrafía y telefonía" (PDF) , Actas del IEEE , 85 (9): 1496–1508, doi :10.1109/jproc.1997.628726, S2CID  47501618^{[ enlace roto ]} . Reimpresión de Langmuir, Irving (septiembre de 1915), "La descarga electrónica pura y sus aplicaciones en radiotelegrafía y telefonía", Actas del IRE , 3 (3): 261–293, doi :10.1109/jrproc.1915.216680(Incluye comentarios de De Forest.)
• El Audion: Un nuevo receptor para telegrafía inalámbrica, Lee de Forest, Scientific American Supplement No. 1665, 30 de noviembre de 1907, páginas 348-350, Scientific American Supplement No. 1666, 7 de diciembre de 1907, páginas 354–356.
• Audion Piano de Lee de Forest sobre '120 años de música electrónica'
• https://books.google.com/books?id=YEASAAAAIAAJ&pg=PA166 El debate entre Forest y Armstrong
• Cole, AB (marzo de 1916). "Consejos prácticos sobre el audión". QST : 41–44. La bombilla amplificadora del audión es completamente diferente de la bombilla detectora del audión en cuanto a construcción y vacío. [página 43]

  También la página 43 dice:

  Las bombillas detectoras de audión convencionales no están adaptadas para la recepción de ondas continuas, porque el vacío no es el adecuado para tal fin y porque los filamentos deben funcionar a una intensidad tan alta que dan un servicio muy corto, haciéndolos innecesariamente caros.

  También la página 44 dice:

  DESCARGA AZUL DE LUMINOSIDAD

   Esto ocurre en algunas bombillas Audion y en otras no. Si se deja que persista, el vacío aumenta automáticamente. Por este motivo, no se debe permitir que aparezca el resplandor y, desde luego, no que continúe, ya que el vacío puede aumentar hasta un valor muy alto, lo que requiere un voltaje muy alto en la batería “B”.