Válvula de vácuo · The Last Codex

Uma válvula de vácuo é uma ampola de vidro fechada e sem ar, na qual um filamento aquecido liberta eletrões que viajam até uma placa de metal. Com dois elétrodos só deixa passar a corrente num sentido; com uma grelha de fio entre o filamento e a placa, uma pequena tensão comanda uma corrente grande. Em 1883, Thomas Edison pediu uma patente para uma lâmpada com um elétrodo a mais que indicava a tensão da rede, e em 1904 John Ambrose Fleming usou uma válvula deste tipo para detetar ondas de rádio. As válvulas fizeram depois funcionar a rádio, o telefone a longa distância e os primeiros computadores eletrónicos.

O que é

Uma válvula de vácuo é uma ampola de vidro, fechada e esvaziada de ar, que contém dois ou mais elétrodos metálicos cujos fios atravessam o vidro até aos pinos da base. Um dos elétrodos, o cátodo, é aquecido, quase sempre na forma de um filamento fino que brilha como o de uma lâmpada elétrica. Outro, uma placa de metal à sua volta, é o ânodo. Na Grã-Bretanha chamou-se-lhe válvula porque a corrente só a atravessa num sentido.

A válvula de dois elétrodos, o díodo, transforma a corrente alternada numa corrente que circula num só sentido e extrai o som de um sinal de rádio. A de três elétrodos, o tríodo, acrescenta uma grelha de fio fino entre o filamento e a placa e torna-se um amplificador: um sinal fraco aplicado à grelha sai na placa como uma cópia muito mais forte. Antes do transístor, as válvulas amplificaram as vozes do telefone a longa distância, tornaram possível a rádio e fizeram a comutação nos primeiros computadores eletrónicos.

Como funciona

Um metal aquecido até ficar incandescente liberta eletrões pela sua superfície, um pouco como um líquido quente liberta vapor. Numa lâmpada com um elétrodo a mais, Thomas Edison verificou que só passava corrente para esse elétrodo quando ele estava positivo em relação ao filamento; os Edison Papers da Universidade Rutgers datam a primeira observação de 13 de fevereiro de 1880, e o IEEE de 1883. Essa corrente é um fluxo de eletrões que atravessam o espaço vazio. O vácuo conta duas vezes: os eletrões viajam sem chocar com moléculas de gás, e o filamento quente não arde.

Num díodo, os eletrões, que são negativos, são atraídos pela placa quando ela está positiva e repelidos quando está negativa. Por isso a corrente só pode atravessar a válvula num sentido. Fleming aproveitou isto para transformar as oscilações rápidas que chegam a uma antena numa corrente que um aparelho de medida ou um auricular podiam registar, e mais tarde os díodos forneceram aos recetores de rádio a corrente contínua de que precisavam a partir da rede alternada.

Os elétrodos de um tríodo: um filamento ao centro, uma fila de fios finos de grelha de cada lado e, à volta, uma placa em forma de caixa retangular aberta, com linhas ponteadas que mostram eletrões a passar entre os fios da grelha até à placa Num tríodo, os eletrões que saem do filamento passam entre os fios da grelha a caminho da placa.

Num tríodo, a grelha fica muito mais perto do filamento do que a placa. Uma grelha ligeiramente negativa devolve muitos eletrões, uma menos negativa deixa passar mais, e como está tão perto, uma pequena variação da sua tensão provoca uma grande variação da corrente de placa. Se parte da saída da placa for devolvida à grelha, a válvula oscila a uma frequência constante, e era assim que os emissores de válvulas produziam as suas ondas. As válvulas posteriores receberam mais grelhas e, em vez do filamento nu, um cátodo em forma de manga revestida e aquecida por dentro, mas o princípio manteve-se.

Uma válvula precisa de uma tensão baixa para aquecer o filamento e de uma muito mais alta para a placa. Os aparelhos de válvulas trabalham com tensões que podem matar, os seus condensadores ficam carregados depois de desligados da tomada, e o vidro aquece e pode implodir se rachar. Só pessoas com formação devem abrir e reparar rádios e amplificadores antigos.

História e evolução

A 15 de novembro de 1883, Thomas Edison pediu uma patente para um indicador elétrico. Era uma lâmpada comum de filamento de carvão com uma peça de platina entre os ramos do filamento, ligada a um galvanómetro fora da ampola. A corrente que atravessava o vácuo até à platina subia e descia com o brilho da lâmpada, pelo que o galvanómetro mostrava as variações da tensão da rede, e o seu ponteiro podia ainda fechar contactos que acionavam reguladores. A patente foi concedida em outubro de 1884.

Uma pequena ampola de lâmpada de vidro com um filamento de carvão em laço e uma placa metálica retangular estreita montada ao lado, encaixada num casquilho de latão de onde descem três fios até uma base redonda de madeira A válvula de oscilação de Fleming de 1904: uma lâmpada com uma placa de metal junto ao filamento.

John Ambrose Fleming, professor no University College de Londres, tinha sido consultor da companhia de iluminação elétrica de Edison em Londres de 1881 a 1891 e tinha estudado o efeito Edison. Em 1899 tornou-se conselheiro científico da companhia de telegrafia sem fios de Marconi, que procurava melhores detetores. Em outubro de 1904 experimentou lâmpadas com uma placa metálica e verificou que retificavam as oscilações de rádio. A 16 de novembro de 1904 pediu a patente da sua «válvula de oscilação». O Science Museum de Londres guarda uma válvula fabricada para ele pela empresa Edison and Swan e usada em outubro de 1904, e lâmpadas experimentais de 1889 que retomou nesse ano.

Uma ampola de vidro tubular sobre um casquilho de rosca de lâmpada, com um filamento, uma grelha de fio em ziguezague e uma placa metálica plana, e dois fios da grelha e da placa que saem pelo topo do vidro e terminam em pequenos anéis O Audion de Lee de Forest colocava uma grelha de fio entre o filamento e a placa.

Depois de ler o artigo de Fleming de 1905, Lee de Forest, em Nova Iorque, colocou em 1906 um terceiro elétrodo, um ziguezague de fio, entre o filamento e a placa. Chamou à válvula Audion e acreditava que o gás que ficava lá dentro tinha um papel no seu funcionamento. Na Western Electric, Harold Arnold e a sua equipa descobriram que a válvula funcionava tanto melhor quanto mais completamente estivesse vazia. Em outubro de 1913, foram instalados amplificadores de alto vácuo numa linha telefónica de longa distância que partia de Nova Iorque, e com repetidores de válvulas ao longo do percurso a linha telefónica de Nova Iorque a São Francisco foi inaugurada a 25 de janeiro de 1915.

Nas décadas de 1920 e 1930, as válvulas levaram a radiodifusão às casas. O ENIAC, computador eletrónico construído na Universidade da Pensilvânia e apresentado em fevereiro de 1946, usava mais de 17 000 válvulas, e manter em funcionamento um número suficiente delas ao mesmo tempo foi o principal problema dos seus construtores. A partir da década de 1950, o transístor, mais pequeno, mais frio e mais duradouro, passou a fazer a maior parte do seu trabalho.