El tubo de Barkhausen-Kurz, también llamado tubo de campo retardador , triodo reflejo , oscilador B-K y oscilador de Barkhausen , fue un oscilador electrónico de tubo de vacío de alta frecuencia inventado en 1920 por los físicos alemanes Heinrich Georg Barkhausen y Karl Kurz. [1] [2] Fue el primer oscilador que podía producir potencia de radio en la porción de frecuencia ultra alta (UHF) del espectro de radio , por encima de los 300 MHz. También fue el primer oscilador en explotar los efectos del tiempo de tránsito de electrones. [1] Se utilizó como fuente de ondas de radio de alta frecuencia en laboratorios de investigación y en algunos transmisores de radio UHF durante la Segunda Guerra Mundial. Su potencia de salida era baja, lo que limitaba sus aplicaciones. Sin embargo, inspiró la investigación que condujo a otros tubos de tiempo de tránsito más exitosos, como el klistrón , que dejó obsoleto el tubo de Barkhausen-Kurz de baja potencia.
El tubo de vacío triodo desarrollado por Lee de Forest en 1906 fue el primer dispositivo capaz de amplificar y se utilizó en la mayoría de los transmisores y receptores de radio a partir de 1920. Se descubrió que la frecuencia más alta a la que se podía utilizar el triodo estaba limitada por el espacio entre los componentes internos. Incluso con el menor espacio entre ellos, el límite de frecuencia de los primeros triodos estaba en el rango bajo de megahercios . Se teorizó una técnica llamada modulación de velocidad para superar esta limitación.
En 1920, Heinrich Barkhausen y Karl Kurz de la Technische Hochschule de Dresde (Alemania) utilizaron la teoría de modulación de velocidad para desarrollar un triodo de "campo retardado". Descubrieron que podía funcionar a frecuencias de la región UHF , siendo el primer tubo de vacío en hacerlo. Aunque su potencia de salida era muy limitada, el tubo Barkhausen-Kurz se adoptó rápidamente en todo el mundo para la investigación en UHF. Este dispositivo también se denomina oscilador de campo retardado y rejilla positiva. Se utilizaron versiones del oscilador Barkhausen en algunas de las primeras aplicaciones de las microondas, como el primer sistema de relé de microondas experimental , un enlace de 1,7 GHz a través del Canal de la Mancha en 1931, [3] y en los primeros sistemas de radar utilizados en la Segunda Guerra Mundial.
El éxito del tubo Barkhausen-Kurz en la generación de ondas de radio en frecuencias de microondas inspiró la investigación para desarrollar tubos similares que no tuvieran sus limitaciones de potencia, lo que dio como resultado la invención de otros tubos que se conocieron como "osciladores reflejos". El resultado más conocido de esta investigación fue el tubo klistrón [4] [5] inventado en 1937 por Russell y Sigurd Varian, que se utiliza ampliamente como fuente de microondas de alta potencia hasta el presente. Fuentes como el klistrón y el tubo magnetrón reemplazaron al tubo BK alrededor de la Segunda Guerra Mundial y quedó obsoleto.
El tubo de Barkhausen-Kurz era un triodo que funcionaba con la rejilla (una malla fina de cables) a un potencial positivo en relación tanto con el cátodo (o filamento ) como con el ánodo (o placa ). Los electrones negativos emitidos desde el cátodo se aceleran hacia la rejilla positiva. La mayoría pasa entre los cables de la rejilla y continúa hacia la placa del ánodo, pero el potencial negativo en el ánodo los repele e invierten la dirección antes de que golpeen la superficie de la placa del ánodo y se aceleran de nuevo hacia la rejilla de potencial relativamente más alto por la que acaban de pasar. Nuevamente, la mayoría pasa a través de los cables de la rejilla, pero luego son repelidos por el potencial negativo del cátodo e invierten la dirección justo antes de alcanzar la superficie del cátodo. Los electrones continúan oscilando de ida y vuelta a través de la rejilla hasta que uno por uno golpean los cables de la rejilla.
El potencial oscilante de la rejilla inducido por el paso de los electrones a través de la rejilla excita oscilaciones en un circuito tanque conectado a la rejilla, que generalmente consiste en una línea de transmisión paralela de un cuarto de longitud de onda en cortocircuito en el extremo, llamada ramal resonante . A su vez, el voltaje oscilante en el circuito tanque varía el potencial de la rejilla, lo que hace que los electrones se agrupen en una nube de electrones que se mueven de un lado a otro a través de la rejilla en fase a la frecuencia resonante.
El movimiento oscilatorio de la nube de electrones continúa; esta nube constituye la corriente alterna de salida. Algunos electrones se pierden en la rejilla en cada paso, pero el suministro de electrones se repone continuamente con nuevos electrones emitidos por el cátodo. En comparación con un oscilador de triodo convencional, la cantidad de electrones que realmente golpean la placa del ánodo y la rejilla es pequeña, por lo que las corrientes alternas de la placa y la rejilla son pequeñas y la potencia de salida del oscilador BK es baja. Más tarde se desarrollaron dispositivos de mayor potencia, como el klistrón, para superar esta limitación.
La frecuencia de oscilación depende del espaciamiento y los potenciales de los electrodos, y se puede ajustar dentro de un ancho de banda limitado alterando los voltajes de los electrodos. [6]
Medios relacionados con el tubo Barkhausen–Kurz en Wikimedia Commons