I tubi a vuoto sono ampolle di materiale dielettrico (di solito vetro) che presentano al loro interno un catodo e un anodo fra i quali avviene passaggio di elettroni. L’emissione di elettroni da parte del catodo avviene per mezzo termico, ossia il catodo, portato ad alta temperatura, emette elettroni per lo stesso fenomeno che porta all’evaporazione delle molecole di un liquido. Infatti gli elettroni che alla superficie del metallo si muovono più velocemente superano un dislivello di potenziale ed escono dal metallo ("evaporano"). Questo effetto prende il nome effetto termoionico. Il riscaldamento del catodo avviene per via elettrica e può essere diretto o indiretto. Nel primo caso si applica una differenza di potenziale direttamente al catodo attraverso due reofori che escono dall’ampolla (la corrente circolante provoca riscaldamento del catodo per effetto Joule), mentre nel secondo caso il catodo ha la struttura di un tubicino dentro cui è posta una resistenza elettrica che riscalda il catodo stesso. Di solito l’anodo ha forma cilindrica allungata e il catodo è posto al suo interno, così viene facilitata la raccolta da parte dell’anodo degli elettroni emessi dal catodo. Un dispositivo del genere svolge una funzione molto interessante:
• Se fra catodo e anodo non c’è d.d.p., non circola corrente: gli elettroni emessi ritornano al catodo poiché richiamati dalle cariche positive che essi vi hanno abbandonato.
• Se fra anodo e catodo c’è una d.d.p. negativa (il catodo è a potenziale superiore a quello dell’anodo), a maggior ragione non circola corrente poiché il campo applicato stesso spinge gli elettroni verso il catodo.
• Se fra anodo e catodo c’è una d.d.p. positiva ( il catodo è a potenziale inferiore a quello dell’anodo), gli elettroni emessi possono finire sull’anodo, facendo circolare corrente sui due reofori che escono dall’ampolla e che sono collegati al catodo e all’anodo.
Il tubo a vuoto acquista allora la funzione di valvola termoionica (da cui deriva la primitiva denominazione del tubo a vuoto) che apre e chiude il circuito elettrico, interrompendo o meno la corrente, in dipendenza del potenziale applicato all’anodo.
Per d.d.p. elevate il passaggio dall’anodo al catodo avviene per tutti gli elettroni, mentre per d.d.p. più limitate, solo gli elettroni emessi con maggiore energia giungono al catodo. Quindi la corrente circolante dipende dalla d.d.p. secondo il grafico:
Struttura di un tubo a vuoto:
Il diodo, utilizzatato anche come raddrizzatore di corrente (per trasformare corrente alternata in corrente continua, è stato il capostipite di una serie di dispositivi elettronici, fra i quali abbiamo il triodo. Il triodo, che equivarrebbe ad un diodo in cui tra l'anodo e il catodo è presente una griglia con potenziale variabile, ha l'importante funzione di amplificatore. Infatti la griglia, a potenziale diverso dal catodo, modifica il campo esistente tra anodo e catodo, respingendo gli elettroni verso il catodo (se il potenziale della griglia è minore rispetto a quello di quest'ultimo), spingendoli verso l'anodo se il potenziale della griglia è maggiore di quello del catodo. Questo provoca una diminuzione o un aumento della corrente circolante, e conseguentemente una dimunuzione o un aumento della differenza di potenziale ai capi di un resistore colelgato in serie all'anodo.
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