1.- ¿Que es una válvula de vacío?
2.- Descubrimiento.
3.- Diferentes formas de emisión de electrones.
4.- Características de las válvulas de vacío.

¿ QUE ES UNA VÁLVULA?
        «Una válvula es un elemento capaz de controlar la cantidad de electrones que pasan por él». La constitución externa de una válvula consiste en un pequeño recipiente de vidrio, herméticamente cerrado, en cuyo interior, del que se ha extraído el aire, existen las piezas metálicas encargadas de regular el paso de los electrones; estas piezas, generalmente de níquel, se denominan «electrodos». Unos pequeños terminales metálicos, llamados patillas, atraviesan el vidrio y sirven para conectar los electrodos interiores con los elementos exteriores del circuito que se desee montar.

Las válvulas tienen tres tipos esenciales de electrodos, que son los siguientes:
CÁTODO: Electrodo que tiene la misión de emitir o desprender electrones.
ÁNODO o PLACA: Electrodo que recoge una parte de los electrones emitidos por el cátodo y los saca al exterior de la válvula para su utilización.
REJILLAS: Son los electrodos que, situados entre el cátodo y el ánodo, sirven para regular el paso de electrones del primero al segundo.
 

DESCUBRIMIENTO
Edison, en 1892, trabajando en el perfeccionamiento de las primeras bombillas eléctricas, que eran lámparas de incasdencencia que despedían luz al atravesar la corriente eléctrica un filamento de carbón, observó que después de estar funcionando durante algún tiempo aparecía el cristal recubierto en su parte interna por una capa oscura (figura izquierda). Llegó a la conclusión de que esta capa era debida a la acumulación de pequeñas partículas del filamento, desprendidas al calentarlo mediante la corriente eléctrica. También descubrió que podía evitarse este ennegrecimiento colocando una lámina metálica entre el filamento y la ampolla de vidrio.

   La placa metálica introducida en la ampolla evitaba el ennegrecimiento, pero se comprobó que adquiría una carga eléctrica negativa. Edison no pudo dar una clara interpretación al fenómeno, porque entonces aún no se conocían ciertas características de los electrones. Fueron Richardson en 1901 y Fleming en 1904 los que demostraron que, si bien el oscurecimiento de la cara interna del cristal era producido por partículas de carbón desprendidas por el filamento caliente, la carga eléctrica que adquiría la placa metálica no la transportaban dichas partículas, sino electrones libres emitidos por el filamento a causa de su alta temperatura. En 1904 Fleming construyó la primera válvula electrónica: «el diodo». Estaba hecha a semejanza de la bombilla de incandescencia, con un filamento que emitía electrones al aumentar la temperatura y una placa metálica que recogía una parte de esos electrones al atraerlos por tener conectado un potencial positivo.
 

DIFERENTES FORMAS DE EMISIÓN DE ELECTRONES
Todas las válvulas poseen un electrodo, llamado cátodo, que se encarga de emitir electrones. Las características del cátodo dependen de la manera de emitir electrones que utilice, destacando por su importancia los siguientes tipos:
1.0) «Emisión termoiónica»: Es la más utilizada, consiguiendo el desprendimiento de los electrones mediante el aumento de
temperatura en un metal.
2°) «Emisión fotoeléctrica»: Algunos materiales tienen la propiedad de emitir electrones, cuando incide en ellos la luz solar u otros tipos de radiaciones luminosas (rayos ultravioletas, infrarrojos, etc.).
3.º) «Emisión secundaria»: Al bombardear con electrones de gran velocidad algunos cuerpos, éstos desprenden electrones a consecuencia de los choques que se producen.
4°) «Emisión de campo»: Se produce al aplicar un elevado campo eléctrico, con el que se liberan electrones del material.

EMISIÓN TERMOIÓNICA
Consiste en la liberación de los electrones mediante la elevación de la temperatura en los metales.
La teoría que explica la emisión termiónica se basa en el comportamiento de los electrones periféricos ante la elevación de temperatura, teniendo en cuenta que estos electrones son los más alejados y, por tanto, los menos atraídos por el núcleo.
Los metales tienen sus átomos formando una red regular y los electrones más exteriores de estos átomos no están permanentemente ligados a uno de ellos, sino que se trasladan de uno a otro. Cuando un átomo pierde o se le escapa un electrón, se le llama «ión positivo», por no estar completo y haber quedado cargado positivamente. La siguiente figura muestra la constitución de un metal con átomos completos, iones positivos (signo +) y electrones libres (signo -).

Los electrones libres se agitan en el seno del metal con velocidades variables, que dependen de la temperatura. Por eso pueden alcanzar una velocidad tal, que pueda contener la suficiente energía cinética como para escapar el electrón del metal. La «energía de extracción» necesaria para escaparse un electrón de la superficie del metal es independiente de la temperatura.
No todos los electrones libres poseen la misma energía cinética o velocidad con una temperatura dada. En cuanto alguno de ellos alcanza su energía de extracción, sale del metal y queda libre en el espacio exterior que lo circunda.

Cuando un electrón abandona el metal induce en él una carga imagen positiva, de valor igual y signo contrario a la del electrón. Esta carga imagen ejerce una fuerza de atracción sobre el electrón libre, que puede hacerle regresar al metal. La mayor parte de los electrones libres que han escapado del metal son atraídos por él y retornan, a consecuencia del efecto de la carga imagen, aunque algunos vencen esta atracción y quedan fuera de la zona de influencia del metal. Como consecuencia de este fenómeno, sobre la superficie del metal aparece una nube de electrones que entran y salen del metal y que recibe el nombre de «nube de carga espacial».
La carga espacial, posee un  marcado potencial negativo, repele y se opone a la emisión de nuevos electrones.
La cantidad de electrones que salen de la superficie de un metal viene dada por la ley de Richardson y es proporcional a la temperatura absoluta del metal (273 + t°C) y al trabajo que un electrón debe realizar para escapar de la superficie.

TIPOS DE CÁTODOS TERMIÓNICOS
No todos los materiales tienen similares características de emisión; muy al contrario, tienen diferencias muy acusadas, como lo demuestra el siguiente gráfico. Los óxidos de bario y estroncio (Ba, Sr)O, comienzan a emitir a bajas temperaturas, mientras que para lograr el mismo grado de emisión con volframio puro ha de alcanzarse una temperatura mucho más elevada. La emisividad del volframio toriado es intermedia entre el (Ba, Sr)O y el W.
Hay dos tipos de cátodos, y según el que se emplee se usarán diferentes materiales en su constitución.
Las clases de cátodo existentes son:
A) CÁTODO DE CALDEO DIRECTO
      El mismo filamento que se calienta al ser atravesado por
la corriente eléctrica es el que emite electrones. Suelen estar construidos por volframio o tungsteno, recubierto por una fina capa de torio, y para lograr con ellos una aceptable emisión se necesitan alcanzar casi los 1.500ºC.

B) CÁTODO DE CALDEO INDIRECTO
     Están formados por un cilindro hueco de níquel,
recubierto por óxidos de bario y estroncio, en cuyo interior se aloja un filamento que lo calienta. El filamento se encarga únicamente de calentar el cátodo y éste de emitir los electrones. Debido a los materiales utilizados se consiguen corrientes electrónicas muy interesantes con temperaturas inferiores a los 800°C.

          El caldeo directo es interesante porque el filamento necesita poca potencia para calentarse y la puesta en servicio es casi inmediata. Sin embargo, no se puede alimentar este tipo con c.a., pues produce una variación de la emisión, debido a la alteración del valor de la tensión calefactora. Por este motivo se suelen caldear los cátodos de caldeo directo mediante pilas o baterías del orden de los 2 V.
         En la actualidad el caldeo indirecto es casi el único que se utiliza, pues, además de poderse alimentar con c.a., ya que el cátodo se encuentra a una distancia del filamento en la que no se perciben las oscilaciones de la temperatura, el filamento queda aislado eléctricamente del cátodo. Para alcanzar la temperatura adecuada y comenzar la emisión se precisan algunos minutos, concretamente los que requiere el paso del calor desde el filamento hasta el cátodo por radiación.
        El funcionamiento de la válvula desgasta la sustancia emisora que recubre el cátodo, hasta que deja de emitir electrones, momento en el que se dice que la válvula está agotada. El promedio de duración de una válvula es de unas 30.000 horas. Pasado este tiempo la válvula entra en un período de semiagotamiento en el que se reduce la corriente emitida y enseguida en el de agotamiento total.

       Los valores más normales usados para el caldeo de los filamentos, según el tipo de tensión que se les aplique, son los siguientes:
1) Si la alimentación de los filamentos se efectúa con c.c. y es por pilas, suele ser de 1,5 V, y si se usan baterías, como las de un coche, 6 ó 12 V.
2) Cuando la alimentación de los filamentos es mediante c.a., se utiliza un transformador que proporciona 6,3 V por lo general.
3) En el caso de que la alimentación se pueda hacer indistintamente con c.c. o c.a., las tensiones empleadas son muy dispares, siendo la corriente que pasa por ellos el factor constante, pues se suelen colocar en serie todos los filamentos de las válvulas. Las intensidades más usadas son 100, 150, 200 y 300 mA.

VÁLVULAS DE VACÍO
        Las explicaciones posteriores hacen referencia sólo a las válvulas de vacío, que son a las que se ha extraído de su interior todo el aire y las de aplicación más general.
        Hay tres causas importantes por las que debe reinar en el interior del recipiente hermético de vidrio el vacío más perfecto posible, y que son las siguientes:
1.º Si existieran moléculas de aire en el recorrido de los electrones desde el cátodo hasta el ánodo se producirían choques que impedirían el libre desplazamiento de dichos electrones.
2.º En los choques a que se ha aludido en la causa anterior, si los electrones se mueven con gran velocidad producirían la expulsión de electrones de los átomos y formarían iones positivos -átomos desprovistos de electrones- que al ser atraídos
por la carga espacial negativa del cátodo chocarían contra él, dañándolo rápidamente.
3.º La presencia del oxígeno del aire, con las altas temperaturas en las que funciona la válvula, puede quemar el filamento.

La forma de conseguir el vacío en la válvula se efectúa en dos fases:
«1ª fase»: Antes del cierre hermético de la válvula se realiza la extracción de aire por la parte superior de la válvula, por medio de una bomba neumática.
«2.ª fase»: Como la bomba neumática no alcanza el grado de vacío requerido, se coloca en un soporte que se dispone en la válvula durante el proceso de fabricación un poco de bario. A este soporte se le llama «desgasificador o getter». Una vez realizada la 1ª fase del vacío y sellada la válvula se la somete a un campo eléctrico de alta frecuencia que determina la vaporización del bario, el cual absorbe el residuo gaseoso, depositándose en el interior de la ampolla y en la zona superior una capa negra brillante.