Válvula de vacío

Una válvula de vacío es una ampolla de vidrio cerrada y sin aire en la que un filamento caliente desprende electrones que viajan hasta una placa de metal. Con dos electrodos solo deja pasar la corriente en un sentido; con una rejilla de hilo entre filamento y placa, una tensión pequeña controla una corriente grande. En 1883 Thomas Edison solicitó una patente para una lámpara con un electrodo adicional que indicaba la tensión de la red, y en 1904 John Ambrose Fleming usó una válvula de este tipo para detectar ondas de radio. Después, las válvulas hicieron funcionar la radio, el teléfono a larga distancia y los primeros ordenadores electrónicos.

Qué es

Una válvula de vacío es una ampolla de vidrio, cerrada y vaciada de aire, que contiene dos o más electrodos metálicos cuyos hilos atraviesan el vidrio hasta las patillas del zócalo. Uno de los electrodos, el cátodo, se calienta, casi siempre en forma de un filamento delgado que brilla como el de una bombilla. Otro, una placa de metal que lo rodea, es el ánodo. En Gran Bretaña se la llamó válvula porque la corriente la atraviesa en un solo sentido.

La válvula de dos electrodos, el diodo, convierte la corriente alterna en corriente que circula en un solo sentido y extrae el sonido de una señal de radio. La de tres electrodos, el triodo, añade una rejilla de hilo fino entre filamento y placa y se convierte en un amplificador: una señal débil aplicada a la rejilla sale por la placa como una copia mucho más fuerte. Antes del transistor, las válvulas amplificaron las voces del teléfono a larga distancia, hicieron posible la radio y conmutaron en los primeros ordenadores electrónicos.

Cómo funciona

Un metal calentado hasta ponerse incandescente desprende electrones por su superficie, igual que un líquido caliente desprende vapor. En una lámpara con un electrodo adicional, Thomas Edison observó que solo llegaba corriente a ese electrodo cuando era positivo respecto al filamento; los Edison Papers de la Universidad Rutgers fechan la primera observación el 13 de febrero de 1880, y el IEEE en 1883. Esa corriente es un flujo de electrones que cruzan el espacio vacío. El vacío importa por partida doble: los electrones viajan sin chocar con moléculas de gas, y el filamento caliente no se quema.

En un diodo, los electrones, que son negativos, son atraídos por la placa cuando es positiva y rechazados cuando es negativa. Por eso la corriente solo puede atravesar la válvula en un sentido. Fleming lo aprovechó para convertir las oscilaciones rápidas que llegan a una antena en una corriente que un aparato de medida o un auricular podían registrar, y más tarde los diodos dieron a los receptores de radio la corriente continua que necesitaban a partir de la red alterna.

En un triodo, los electrones que salen del filamento pasan entre los hilos de la rejilla camino de la placa.

En un triodo, la rejilla está mucho más cerca del filamento que la placa. Una rejilla ligeramente negativa devuelve muchos electrones, una menos negativa deja pasar más, y como está tan cerca, un pequeño cambio de su tensión produce un gran cambio de la corriente de placa. Si parte de la salida de la placa se devuelve a la rejilla, la válvula oscila a una frecuencia constante, y así producían sus ondas los emisores de válvulas. Las válvulas posteriores recibieron más rejillas y un cátodo en forma de manguito recubierto y calentado desde dentro, pero el principio siguió siendo el mismo.

Una válvula necesita una tensión baja para calentar el filamento y otra mucho más alta para la placa. Los aparatos de válvulas trabajan con tensiones que pueden matar, sus condensadores siguen cargados después de desenchufarlos y su vidrio se calienta y puede implosionar si se raja. Solo personas formadas deberían abrir y reparar radios y amplificadores antiguos.

Historia y evolución

El 15 de noviembre de 1883, Thomas Edison solicitó una patente para un indicador eléctrico. Era una lámpara corriente de filamento de carbón con una pieza de platino entre las ramas del filamento, conectada a un galvanómetro fuera de la ampolla. La corriente que cruzaba el vacío hasta el platino subía y bajaba con el brillo de la lámpara, de modo que el galvanómetro mostraba los cambios de tensión de la red, y su aguja podía además cerrar contactos que accionaban reguladores. La patente se concedió en octubre de 1884.

La válvula de oscilación de Fleming de 1904: una lámpara con una placa de metal junto al filamento.

John Ambrose Fleming, profesor del University College de Londres, había asesorado de 1881 a 1891 a la compañía de alumbrado eléctrico de Edison en Londres y había estudiado el efecto Edison. En 1899 se convirtió en asesor científico de la compañía de telegrafía sin hilos de Marconi, que buscaba mejores detectores. En octubre de 1904 probó lámparas provistas de una placa metálica y comprobó que rectificaban las oscilaciones de radio. El 16 de noviembre de 1904 solicitó la patente de su «válvula de oscilación». El Science Museum de Londres conserva una válvula fabricada para él por la compañía Edison and Swan y usada en octubre de 1904, y lámparas experimentales de 1889 que retomó ese año.

El audión de Lee de Forest colocaba una rejilla de hilo entre el filamento y la placa.

Tras leer el artículo de Fleming de 1905, Lee de Forest, en Nueva York, colocó en 1906 un tercer electrodo, un zigzag de hilo, entre filamento y placa. Llamó a la válvula audión y creía que el gas que quedaba dentro intervenía en su funcionamiento. En la Western Electric, Harold Arnold y su equipo descubrieron que la válvula funcionaba mejor cuanto más completamente se vaciaba. En octubre de 1913 se instalaron amplificadores de alto vacío en una línea telefónica de larga distancia que salía de Nueva York, y con repetidores de válvulas a lo largo del trayecto se inauguró la línea telefónica de Nueva York a San Francisco el 25 de enero de 1915.

En las décadas de 1920 y 1930, las válvulas llevaron la radiodifusión a los hogares. El ENIAC, ordenador electrónico construido en la Universidad de Pensilvania y presentado en febrero de 1946, usaba más de 17 000 válvulas, y mantener a la vez suficientes en buen estado fue el principal problema de sus constructores. A partir de la década de 1950, el transistor, más pequeño, más frío y más duradero, asumió la mayor parte de su trabajo.