13.3: El Triodo

El tubo Audion de De Forest llegó a ser conocido como el tubo de triodo porque tenía tres elementos: filamento, rejilla y placa (así como el “di” en el nombre diodo se refiere a dos elementos, filamento y placa). Los desarrollos posteriores en la tecnología de tubos de diodos llevaron al refinamiento del emisor de electrones: en lugar de usar el filamento directamente como elemento emisor, otra tira metálica llamada cátodo podría ser calentada por el filamento.

Este refinamiento fue necesario para evitar algunos efectos no deseados de un filamento incandescente como emisor de electrones. Primero, un filamento experimenta una caída de voltaje a lo largo de su longitud, ya que la corriente supera la resistencia del material del filamento y disipa la energía térmica. Esto significó que el potencial de voltaje entre diferentes puntos a lo largo de la longitud del cable de filamento y otros elementos en el tubo no sería constante. Por esta y similares razones, la corriente alterna utilizada como fuente de alimentación para calentar el hilo de filamento tendería a introducir “ruido” de CA no deseado en el resto del circuito del tubo. Además, el área superficial de un filamento delgado fue limitada en el mejor de los casos, y el área de superficie limitada en el elemento emisor de electrones tiende a colocar un límite correspondiente en la capacidad de transporte de corriente del tubo.

El cátodo era un cilindro metálico delgado que encajaba cómodamente sobre el alambre retorcido del filamento. El cilindro catódico sería calentado por el alambre de filamento lo suficiente como para emitir electrones libremente, sin los efectos secundarios indeseables de llevar realmente la corriente de calentamiento como el alambre de filamento tuvo que hacerlo. El símbolo de tubo para un triodo con un cátodo calentado indirectamente se ve así:

Dado que el filamento es necesario para todos menos algunos tipos de tubos de vacío, a menudo se omite en el símbolo por simplicidad, o puede incluirse en el dibujo pero sin conexiones de alimentación dibujadas a él:

Se muestra un simple circuito de triodo para ilustrar su funcionamiento básico como amplificador:

La señal de CA de bajo voltaje conectada entre la rejilla y el cátodo suprime alternativamente, luego mejora el flujo de electrones entre el cátodo y la placa. Esto provoca un cambio de voltaje en la salida del circuito (entre la placa y el cátodo). El voltaje de CA y las magnitudes de corriente en la red del tubo son generalmente bastante pequeñas en comparación con la variación de voltaje y corriente en el circuito de placa. Así, el triodo funciona como un amplificador de la señal de CA entrante (tomando energía de CC de alta tensión y alta corriente suministrada desde la fuente grande de CC a la derecha y “estrangulándola” por medio de la conductividad controlada del tubo).

En el triodo, la cantidad de corriente del cátodo a la placa (la corriente “controlada” es una función tanto del voltaje de rejilla a cátodo (la señal de control) como del voltaje de placa a cátodo (la fuerza electromotriz disponible para empujar electrones a través del vacío). Desafortunadamente, ninguna de estas variables independientes tiene un efecto puramente lineal sobre la cantidad de corriente a través del dispositivo (a menudo denominada simplemente la “corriente de placa”). Es decir, la corriente triodo no responde necesariamente de manera directa, proporcional a los voltajes aplicados.

En este circuito amplificador particular, las no linealidades se componen, ya que el voltaje de la placa (con respecto al cátodo) cambia junto con el voltaje de la red (también con respecto al cátodo) a medida que la corriente de la placa es estrangulada por el tubo. El resultado será una forma de onda de voltaje de salida que no se parece precisamente a la forma de onda de la tensión de entrada. En otras palabras, la peculiaridad del tubo triodo y la dinámica de este circuito en particular distorsionarán la forma de onda. Si realmente quisiéramos complicarnos sobre cómo dijimos esto, podríamos decir que el tubo introduce armónicos al no reproducir exactamente la forma de onda de entrada.

Otro problema con el comportamiento del triodo es el de la capacitancia parásita. Recuerde que cada vez que tengamos dos superficies conductoras separadas por un medio aislante, se formará un condensador. Cualquier voltaje entre esas dos superficies conductoras generará un campo eléctrico dentro de esa región aislante, potencialmente almacenando energía e introduciendo reactancia en un circuito. Tal es el caso del triodo, más problemáticamente entre la rejilla y la placa. Es como si hubiera condensadores diminutos conectados entre los pares de elementos en el tubo:

Ahora bien, esta capacitancia parásita es bastante pequeña, y las impedancias reactivas suelen ser altas. Por lo general, es decir, a menos que se estén tratando las frecuencias de radio. Como vimos con el tubo Audion de De Forest, la radio fue probablemente la aplicación principal para esta nueva tecnología, por lo que estas “diminutas” capacitancias se convirtieron en algo más que un problema potencial. Otro refinamiento en la tecnología de tubos fue necesario para superar las limitaciones del triodo.