Red de control

La rejilla de control es un electrodo utilizado en válvulas termoiónicas amplificadoras (tubos de vacío) como el triodo , el tetrodo y el pentodo , que se utiliza para controlar el flujo de electrones desde el electrodo de cátodo al ánodo (placa). La rejilla de control suele estar formada por una pantalla cilíndrica o hélice de alambre fino que rodea al cátodo, y está rodeada a su vez por el ánodo. La rejilla de control fue inventada por Lee De Forest , quien en 1906 añadió una rejilla a la válvula Fleming ( diodo termoiónico ) para crear el primer tubo de vacío amplificador , el Audion ( triodo ).

En una válvula, el cátodo caliente emite electrones cargados negativamente , que son atraídos y capturados por el ánodo, al que se le aplica un voltaje positivo mediante una fuente de alimentación. La rejilla de control entre el cátodo y el ánodo funciona como una "puerta" para controlar la corriente de electrones que llega al ánodo. Un voltaje más negativo en la rejilla repelerá los electrones hacia el cátodo, por lo que menos llegarán al ánodo. Un voltaje menos negativo o positivo en la rejilla permitirá que pasen más electrones, lo que aumentará la corriente del ánodo. Un cambio dado en el voltaje de la rejilla provoca un cambio proporcional en la corriente de placa, por lo que si se aplica un voltaje variable en el tiempo a la rejilla, la forma de onda de la corriente de placa será una copia del voltaje de rejilla aplicado.

Una variación relativamente pequeña de voltaje en la rejilla de control provoca una variación significativamente grande en la corriente del ánodo. La presencia de una resistencia en el circuito del ánodo provoca una gran variación de voltaje en el ánodo. La variación en el voltaje del ánodo puede ser mucho mayor que la variación en el voltaje de la rejilla que la provocó y, por lo tanto, el tubo puede amplificar, funcionando como un amplificador .

La rejilla de la primera válvula de triodo consistía en un trozo de alambre en zigzag colocado entre el filamento y el ánodo. Esto evolucionó rápidamente hacia una espiral o pantalla cilíndrica de alambre fino colocado entre un filamento de una sola hebra (o más tarde, un cátodo cilíndrico) y un ánodo cilíndrico. La rejilla suele estar hecha de un alambre muy fino que puede resistir altas temperaturas y no es propenso a emitir electrones por sí mismo. Se utiliza con frecuencia una aleación de molibdeno con un baño de oro . Se enrolla sobre postes laterales de cobre blando , que se prensan sobre los devanados de la rejilla para mantenerlos en su lugar. Una variación de la década de 1950 es la rejilla de marco, que enrolla un alambre muy fino sobre un marco de metal estampado rígido. Esto permite mantener tolerancias muy estrechas, por lo que la rejilla se puede colocar más cerca del filamento (o cátodo).

Al colocar la rejilla de control más cerca del filamento/cátodo en relación con el ánodo, se obtiene una mayor amplificación . Este grado de amplificación se denomina en las hojas de datos de las válvulas factor de amplificación o "mu". También da como resultado una mayor transconductancia , que es una medida del cambio de corriente del ánodo en función del cambio de voltaje de la rejilla. El factor de ruido de una válvula es inversamente proporcional a su transconductancia; una transconductancia más alta generalmente significa un factor de ruido más bajo. Un nivel de ruido más bajo puede ser muy importante al diseñar un receptor de radio o televisión.

Una válvula puede contener más de una rejilla de control. El hexodo contiene dos de estas rejillas, una para la señal recibida y otra para la señal de un oscilador local. La no linealidad inherente de la válvula hace que no solo aparezcan las dos señales originales en el circuito del ánodo, sino también la suma y la diferencia de esas señales. Esto se puede aprovechar como un cambiador de frecuencia en receptores superheterodinos .

Una variación de la rejilla de control consiste en producir la hélice con un paso variable. Esto le da a la válvula resultante una característica no lineal distintiva. ^[1] Esto se suele aprovechar en amplificadores de RF, donde una alteración de la polarización de la rejilla cambia la conductancia mutua y, por lo tanto, la ganancia del dispositivo. Esta variación suele aparecer en la forma de pentodo de la válvula, donde se denomina pentodo de mu variable o pentodo de corte remoto.

Una de las principales limitaciones de la válvula de triodo es que existe una capacitancia considerable entre la rejilla y el ánodo (C _ag ). Un fenómeno conocido como el efecto Miller hace que la capacitancia de entrada de un amplificador sea el producto de C _ag y el factor de amplificación de la válvula. Esto, y la inestabilidad de un amplificador con entrada y salida sintonizadas cuando C _ag es grande, pueden limitar severamente la frecuencia de operación superior. Estos efectos se pueden superar mediante la adición de una rejilla de pantalla , sin embargo, en los últimos años de la era de las válvulas, se desarrollaron técnicas de construcción que hicieron que esta "capacitancia parásita" fuera tan baja que se hicieron posibles los triodos que operaban en las bandas superiores de frecuencia muy alta (VHF). El Mullard EC91 operaba a hasta 250 MHz. La capacitancia de la rejilla del ánodo del EC91 se cita en la literatura del fabricante como 2,5 pF, que es más alta que la de muchos otros triodos de la época, mientras que muchos triodos de la década de 1920 tenían cifras que son estrictamente comparables, por lo que no hubo ningún avance en esta área. Sin embargo, los primeros tetrodos de rejilla de pantalla de la década de 1920 tienen un C _ag de solo 1 o 2 fF, alrededor de mil veces menos. Los pentodos "modernos" tienen valores comparables de C _ag . Los triodos se utilizaron en amplificadores de VHF en configuración de "rejilla conectada a tierra", una disposición de circuito que evita la realimentación de Miller.