Válvula Fleming

La válvula Fleming , también llamada válvula de oscilación Fleming , fue una válvula termoiónica o tubo de vacío inventada 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. El diodo termoiónico fue posteriormente ampliamente utilizado como rectificador —un dispositivo que convierte la corriente alterna (CA) en corriente 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 casi completamente reemplazado por el diodo semiconductor en la década de 1960. La válvula Fleming fue la precursora de todos los tubos de vacío, que dominaron 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 .

La válvula está formada por un bulbo de vidrio al vacío que contiene dos electrodos : un cátodo en forma de " filamento ", un bucle de alambre de carbono o tungsteno fino, similar al utilizado en las bombillas de la época, y un ánodo ( placa ) consistente en una placa de chapa metálica. Aunque en las primeras versiones, el ánodo era una placa metálica plana colocada junto al cátodo, en versiones posteriores, se convirtió en un cilindro metálico que rodeaba al cátodo. En algunas versiones, una pantalla de cobre conectada a tierra rodeaba el bulbo para protegerlo contra la influencia de los campos eléctricos externos.

En funcionamiento, una corriente separada fluye a través del "filamento" del cátodo, calentándolo de modo que algunos de los electrones del metal obtengan suficiente energía para escapar de sus átomos originales hacia el vacío del tubo, un proceso llamado emisión termoiónica . La corriente alterna que se va 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 del filamento a la 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 sencilla operación se complicaba un poco 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. Con voltajes altos, la válvula podía volverse inestable y oscilar, pero esto ocurría con voltajes muy superiores a los que se utilizan normalmente.

La válvula Fleming fue la primera aplicación práctica de la emisión termoiónica , descubierta en 1873 por Frederick Guthrie . Mientras mejoraba su lámpara incandescente en 1880, Thomas Edison descubrió que las partículas cargadas de un electrodo negativo calentado se movían a través del vacío y se acumulaban en un electrodo positivo, produciendo corriente. Los científicos posteriores llamaron a este fenómeno el efecto Edison y determinaron que se debía a los electrones emitidos térmicamente. Edison obtuvo una patente para este dispositivo como parte de un indicador eléctrico en 1884, pero no le encontró un uso práctico. El profesor Fleming del University College de Londres fue consultor de la Edison Electric Light Company entre 1881 y 1891, y posteriormente de la 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 , hasta Signal Hill, St. John's , Terranova , Canadá . La distancia entre los dos puntos era de unos 3.500 kilómetros (2.200 millas). Aunque el contacto, informado el 12 de diciembre 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 "S" del código Morse , era tan débil que el receptor primitivo tenía dificultades para distinguirla del ruido de radio atmosférico causado por descargas estáticas, lo que llevó a los críticos posteriores a sugerir que podría haber sido ruido aleatorio. De todos modos, estaba claro para Fleming que la comunicación transatlántica confiable con el transmisor existente requería un aparato receptor más sensible.

El receptor para 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, 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 oscilaciones de alta frecuencia y, por lo tanto, permitir la detección de las señales rectificadas por un galvanómetro . El 16 de noviembre de 1904, solicitó una patente estadounidense para lo que denominó una válvula de oscilación. Esta patente se emitió posteriormente con el número 803.684 y encontró una utilidad inmediata para detectar mensajes enviados por código Morse. La compañía Marconi utilizó la válvula Fleming en sus receptores de a bordo hasta alrededor de 1916, cuando fue reemplazada por el triodo .

La válvula Fleming resultó ser el comienzo de una revolución tecnológica. Después de leer el artículo de Fleming de 1905 sobre su válvula de oscilación, el ingeniero estadounidense Lee de Forest creó en 1906 un tubo de vacío de tres elementos, el Audion , añadiendo una rejilla de alambre entre el cátodo y el ánodo. Fue el primer dispositivo amplificador electrónico , permitiendo la creación de amplificadores y osciladores de onda continua . De Forest refinó rápidamente su dispositivo hasta convertirlo 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 disruptivos, que no se resolvieron hasta 1943, cuando la Corte Suprema de los Estados Unidos declaró inválida la patente de Fleming. ^[4]

Más tarde, cuando los equipos de tubos de vacío comenzaron a alimentarse con tomas eléctricas de CA en lugar de baterías de CC, la válvula Fleming se desarrolló como 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 alto voltaje llamada Kenotron , que se utilizó para alimentar tubos de rayos X. Como rectificador, el tubo se utilizó para aplicaciones de alto voltaje, pero su baja permeabilidad lo hizo ineficiente en aplicaciones de bajo voltaje y alta corriente. Hasta que los equipos de tubos de vacío fueron reemplazados por transistores en la década de 1970, las radios y los televisores generalmente tenían uno o más tubos de diodos.

• Rectificador de mercurio

Emitido

• Patente estadounidense 803.684 - Instrumento para convertir corrientes eléctricas alternas en corrientes continuas (patente de válvula Fleming)

Citado por

• Patente estadounidense 1.290.438 , 7 de enero de 1910: mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 954.619 , 12 de abril de 1910: patente de John Ambrose Fleming
• Patente estadounidense 1.379.706 , 10 de marzo de 1917: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.252.520 , 8 de enero de 1918: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.278.535 , 10 de septiembre de 1918: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.289.981 , 31 de diciembre de 1918: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.306.208 , 10 de junio de 1919: mejora del circuito de válvulas Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.338.889 , 4 de mayo de 1920: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense 1.347.894 , 27 de julio de 1920: Convertidor inversor de LW Chubb
• Patente estadounidense 1.380.206 , 31 de mayo de 1921: Mejora de la válvula Fleming por RA Weagant
• Patente estadounidense RE16363 , 15 de junio de 1926: Convertidor inversor de LW Chubb
• Patente estadounidense 1.668.060 , 1 de mayo de 1928: mejora del circuito de válvulas Fleming por PE Edelman
• Patente estadounidense 2.472.760 , 7 de junio de 1949: Mejora de electrodos por HL Ratchford

• Medios relacionados con las válvulas Fleming en Wikimedia Commons
• Centro de Historia del IEEE
• Noviembre de 1904: Fleming descubre la válvula termoiónica (u oscilatoria) o "diodo" Archivado el 16 de octubre de 2012 en Archive-It
• Museo de la chispa
• Página de tiempo inverso