M023 - Válvula Eletrônica

A Válvula Eletrônica

Nos Módulos anteriores nós já estudamos os Condutores , os Resistores e os Capacitores. Estes, junto com os Indutores (veremos mais adiante), formam os principais Componentes Passivos utilizados em eletrônica. Eles são chamados passivos porque não atuam sobre a intensidade da corrente que passa por eles. Esta corrente é simplesmente uma função da tensão que é aplicada ao componente. Nos Componentes Ativos você normalmente vai encontrar um Terminal de Controle que permite alterar a intensidade de corrente que circula pelo componente, em função de um Sinal de Controle.

Neste Módulo nós vamos estudar a Válvula Eletrônica. Ai você me pergunta:vale a pena estudar válvulas eletrônicas? Eu respondo que sim. Primeiro porque os componentes ativos mais modernos, como o transistor, imitam o funcionamento das válvulas e compreendê-las, facilita o estudo destes componentes.

As válvulas foram inventadas no começo dos anos 1900. Quem primeiro observou o fenômeno físico utilizado nas válvulas foi o inventor americano Thomas Edson, o mesmo da lâmpada. Ele observou que se introduzisse uma placa metálica dentro da lâmpada que ele acabara de inventar, era possível passar uma corrente elétrica entre o filamento e esta placa, desde que polarizasse a placa com uma tensão adequada positiva em relação ao filamento. Na figura 1 temos uma representação do experimento de Edson. Este fenômeno ficou conhecido como Efeito Edson

Fig 1

A corrente só circula se o filamento estiver aquecido e se a polaridade da fonte B2 for a mostrada na figura 1. A placa tem de ser polarizada com uma tensão positiva em relação ao filamento. Na época, Edson não conseguiu explicar completamente o fenômeno (eles não tinham conhecimento do elétron e da estrutura dos átomos) mas criou o conceito de portadores de carga.

Pouco tempo depois, o físico inglês J.A. Fleming, aproveitando os experimentos de Edson, inventou o primeiro componente eletrônico ativo prático: o diodo. A figura 2 representa o diodo inventado por Fleming:

Fig 2

O funcionamento deste componente é simples. Todo o conjunto, filamento, catodo e anodo, está dentro do tubo de vidro e no vácuo. Ao se ligar o filamento, ele aquece a placa metálica chamada de catodo. Este aquecimento provoca o desprendimento de elétrons da superfície do catodo que passam a ficar livres no vácuo.

Quando se polariza o anodo com uma tensão positiva em relação ao catodo, este passa a atrair os elétrons que ficaram livres no vácuo, provocando o fluxo de elétrons "e" mostrado na figura 2.

Se agora nós invertermos a polaridade da fonte F2, o anodo passa a repelir os elétrons e a corrente para de circular.

O primeiro uso prático do diodo foi a detecção de sinais de telégrafo e foi o primeiro passo para revolucionar a comunicação.

O Diodo de Fleming foi aperfeiçoado pelo inventor americano Lee de Forest. Ele introduziu um terceiro elemento chamado de grade, conforme representado na figura 3.

Fig 3

Conforme a tensão aplicada à grade, é possível controlar a intensidade de corrente que chega ao anodo. Estava inventada a válvula termoiônica. As válvulas termoiônicas são os primeiros componentes de controle de intensidade de corrente. Com ela Forest conseguiu o feito da primeira transmissão de voz via ondas de rádio.

Outra característica importante das válvulas termiônicas e a capacidade de amplificar sinais. Na figura 3, um sinal de entrada V_e, de pequena amplitude, pode controlar uma razoável quantidade de corrente pelo anodo. Assim, esta corrente passando pelo resistor conectado ao anodo, provoca uma ddp (diferença de potencial), produzindo o sinal de saída V_s que pode ter uma amplitude muitas vezes maior que o sinal de controle V_e. Ou seja, a válvula permite um ganho na aplitude do sinal V_e.

Se a tensão de grade for negativa em relação ao catodo, ela corta o fluxo de elétrons que chega ao anodo. Dizemos que a válvula entrou na região de corte.

Se, por outro lado, aumentarmos a tensão de grade, maior quantidade de elétrons vai chegar ao anodo. Mas num determinado momento, todos os elétrons produzidos pelo catodo já estarão atingindo o anodo e ai não adianta mais aumentar a tensão de grade. Dizemos que a válvula entrou na região de saturação.

A região de funcionamento onde a tensão da grade efetivamente controla o fluxo de corrente, de uma forma aproximadamente proporcional, é chamada de região linear. É nesta região que a válvula tem de funcionar quando se quer amplificar sinais elétricos, como sinais de voz ou imagem numa televisão.

As válvulas reinaram no mundo eletrônico por algumas décadas e só começaram a ser desbancadas seriamente com o aparecimento do transistor. Mas veremos esta história nos próximos Módulos.