La válvula Fleming , también llamada válvula de oscilación Fleming , fue una válvula termoiónica o tubo de vacío inventada en 1904 por el físico inglés John Ambrose Fleming como detector para los primeros receptores de radio utilizados en la telegrafía inalámbrica electromagnética . Fue el primer tubo de vacío práctico y el primer diodo termoiónico , un tubo de vacío cuyo propósito es conducir corriente en una dirección y bloquear la corriente que fluye en la dirección opuesta. Posteriormente, el diodo termoiónico fue ampliamente utilizado como rectificador —dispositivo que convierte corriente alterna (AC) en corriente continua (DC)— en las fuentes de alimentación de una amplia gama de dispositivos electrónicos, hasta comenzar a ser sustituido por el rectificador de selenio en el principios de la década de 1930 y reemplazado casi por completo por el diodo semiconductor en la década de 1960. La válvula Fleming fue la precursora de todos los tubos de vacío y dominó la electrónica durante 50 años. El IEEE lo ha descrito como "uno de los desarrollos más importantes en la historia de la electrónica", [1] y está en la Lista de hitos del IEEE para la ingeniería eléctrica .
La válvula consta de una ampolla de vidrio al vacío que contiene dos electrodos : un cátodo en forma de " filamento ", un bucle de alambre de carbono o fino de tungsteno, similar al utilizado en las bombillas de la época, y un ánodo ( placa ) formado por una placa de chapa. Aunque en las primeras versiones el ánodo era una placa metálica plana colocada al lado del cátodo, en versiones posteriores se convirtió en un cilindro metálico que rodeaba el cátodo. En algunas versiones, una pantalla de cobre conectada a tierra rodeaba la bombilla para protegerla contra la influencia de campos eléctricos externos.
En funcionamiento, una corriente separada fluye a través del "filamento" del cátodo, calentándolo de modo que algunos de los electrones del metal ganen suficiente energía para escapar de sus átomos originales al vacío del tubo, un proceso llamado emisión termoiónica . El AC a rectificar se aplica entre el filamento y la placa. Cuando la placa tiene un voltaje positivo con respecto al filamento, los electrones son atraídos hacia ella y una corriente eléctrica fluye del filamento a la placa. En cambio, cuando la placa tiene un voltaje negativo respecto al filamento, los electrones no son atraídos hacia él y no circula corriente por el tubo (a diferencia del filamento, la placa no emite electrones). Como la corriente puede pasar a través de la válvula sólo en una dirección, ésta " rectifica " una corriente alterna a una corriente continua pulsante.
Esta sencilla operación se complicaba un poco por la presencia de aire residual en la válvula, ya que las bombas de vacío de la época de Fleming no podían crear un vacío tan alto como el que existe en los tubos de vacío modernos. A altos voltajes, la válvula podía volverse inestable y oscilar, pero esto ocurría a voltajes muy superiores a los utilizados normalmente.
La válvula Fleming fue la primera aplicación práctica de la emisión termoiónica , descubierta en 1873 por Frederick Guthrie . Mientras mejoraba su lámpara incandescente en 1880, Thomas Edison descubrió que las partículas cargadas de un electrodo negativo calentado se movían a través del vacío y se acumulaban en un electrodo positivo, produciendo corriente. Posteriormente, los científicos llamaron a este fenómeno efecto Edison y determinaron que se debía a electrones emitidos térmicamente. A Edison se le concedió una patente para este dispositivo como parte de un indicador eléctrico en 1884, pero no le encontró un uso práctico. El profesor Fleming del University College de Londres fue consultor de la Edison Electric Light Company de 1881 a 1891 y, posteriormente, de la Marconi Wireless Telegraph Company .
En 1901 Fleming diseñó el transmisor utilizado por Guglielmo Marconi en la primera transmisión de ondas de radio a través del Atlántico desde Poldhu , Inglaterra , hasta Signal Hill, St. John's , Terranova , Canadá . La distancia entre los dos puntos era de unos 3.500 kilómetros (2.200 millas). Aunque el contacto, informado el 12 de diciembre de 1901, fue ampliamente anunciado como un gran avance científico en ese momento, también existe cierto escepticismo sobre la afirmación, porque la señal recibida, los tres puntos de la letra "S" del código Morse , era tan débil, el receptor primitivo tenía dificultades para distinguirlo del ruido de radio atmosférico causado por descargas estáticas, lo que llevó a críticos posteriores a sugerir que pudo haber sido un ruido aleatorio. De todos modos, para Fleming estaba claro que una comunicación transatlántica confiable con el transmisor existente requería un aparato receptor más sensible.
El receptor de la demostración transatlántica empleó un coherer , que tenía poca sensibilidad y degradaba la sintonización del receptor. Esto llevó a Fleming a buscar un detector que fuera más sensible y fiable y, al mismo tiempo, más adecuado para su uso con circuitos sintonizados. [2] [3] En 1904 Fleming probó una bombilla de efecto Edison para este propósito y descubrió que funcionaba bien para rectificar oscilaciones de alta frecuencia y así permitir la detección de las señales rectificadas mediante un galvanómetro . El 16 de noviembre de 1904, solicitó una patente estadounidense para lo que denominó válvula de oscilación. Esta patente se emitió posteriormente con el número 803.684 y encontró utilidad inmediata para detectar mensajes enviados mediante código Morse. La compañía Marconi utilizó la válvula Fleming en sus receptores a bordo hasta alrededor de 1916, cuando fue reemplazada por el triodo .
La válvula Fleming resultó ser el comienzo de una revolución tecnológica. Después de leer el artículo de Fleming de 1905 sobre su válvula de oscilación, el ingeniero estadounidense Lee de Forest creó en 1906 un tubo de vacío de tres elementos, el Audion , añadiendo una rejilla de alambre entre el cátodo y el ánodo. Fue el primer dispositivo amplificador electrónico , permitiendo la creación de amplificadores y osciladores de onda continua . De Forest rápidamente refinó su dispositivo hasta convertirlo en el triodo , que se convirtió en la base de las comunicaciones telefónicas y de radio de larga distancia, los radares y las primeras computadoras digitales durante 50 años, hasta la llegada del transistor en la década de 1960. Fleming demandó a De Forest por infringir sus patentes de válvulas, lo que dio lugar a décadas de litigios costosos y perturbadores, que no se resolvieron hasta 1943, cuando la Corte Suprema de los Estados Unidos declaró inválida la patente de Fleming. [4]
Más tarde, cuando los equipos de tubos de vacío comenzaron a funcionar con tomas de corriente de CA en lugar de baterías de CC, la válvula Fleming se desarrolló hasta convertirla en un rectificador para producir el voltaje de placa de CC (ánodo) requerido por otros tubos de vacío. Alrededor de 1914, Irving Langmuir de General Electric desarrolló una versión de alto voltaje llamada Kenotron , que se utilizaba para alimentar tubos de rayos X. Como rectificador, el tubo se usaba para aplicaciones de alto voltaje, pero su baja permeabilidad lo hacía ineficiente en aplicaciones de bajo voltaje y alta corriente. Hasta que los equipos de tubos de vacío fueron reemplazados por transistores en la década de 1970, las radios y los televisores generalmente tenían uno o más tubos de diodos.
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